果园作业平台存在的问题及发展对策

秦家辉，马志伟，李 玲，罗自瑶，杨淑华，郝建军

（1.河北农业大学 机电工程学院，河北 保定 071001；2.河北省智慧农业装备技术创新中心，河北 保定 071001；3.河北农业大学 农村发展学院，河北 保定 071001；4.承德市农业技术推广站，河北 承德 067000；5.河北省核桃产业技术研究院，河北 临城 054330）

我国水果种植面积及总产量均居世界首位，2019年我国水果产量达到1.9×108t，果园种植面积达1.23×108hm2，其中超62%的果园位于丘陵山区，果树种植较为分散且地块面积较小，果园生产中的修枝剪枝、疏花疏果、套袋采收等高位作业环节多以人工作业为主，劳动强度大、危险系数高、作业效率低[1-2]。近年来，随着我国果园的规模化发展，亟需实用先进的果园机械。但我国果园机械化作业水平较低，已成为制约我国林果业高质量发展的主要因素[3-4]。

近年来，《农机装备发展行动方案（2016-2025）》《关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》（国发〔2018〕42号）、《关于加快推进农业机械化转型升级通知》（农机发〔2019〕4号）等文件相继出台，发展现代农机装备被提高到前所未有的战略高度，惠及果园机械化发展的相关举措为我国林果产业的持续高质量发展带来了生机。在我国果园规模化发展及农业从业人员减少、人工成本增加的背景下，果园机械市场旺盛、需求骤增。果园作业平台作为辅助人工作业的重要机械装备，不仅可以节约人工投入成本、提高生产效率、降低生产成本、保障生产安全，而且会大大降低果实损伤率，提高果农的经济效益，果园作业平台在现代果园生产中正发挥着越来越重要的作用。

1 果园作业平台的分类

从结构型式上，果园作业平台可分为悬挂式、牵引式和自走式3种，见图1[1,5,6]。悬挂式和牵引式果园作业平台结构简单、制造成本低、维护保养方便，但其需要额外配备拖拉机作为动力，转向不灵活。悬挂式果园作业平台适用于作业工作量较低的小型传统果园，牵引式果园作业平台适用于机耕道和行间距规范的大型现代化果园；自走式果园作业平台自带动力，结构紧凑、功能完备、操作简便，具有较好的灵活性、机动性和适应性，适合不同规模和模式的绝大部分果园使用，但制造成本较高。

图1 果园作业平台的分类Fig.1 Classification of orchard operation platform

2 我国果园作业平台研究现状

与欧美地区相比，我国的果园作业平台的研究起步相对较晚，且最初发展缓慢[7]。20世纪90年代，在市场需求带动下，果树种植热情高涨[8]，辅助升降作业平台开始进入市场。1992年浙江金华农机所开发出了专门用于采摘水果的升降机，2007年新疆机械研究所成功研制国内第1台自走（手扶）履带式多功能果园作业平台（LG-1型，如图2），其主要由行走底盘和升降机构两大组成，搭载空压机、发电机及喷雾系统，可完成修剪、喷药、采摘、运输等功能[9-10]，该机的成功研制开创了我国果园机械的多功能作业时代。随着传统果园升级改造及矮砧密植宽行标准化果园的发展，国内掀起了果园多功能作业平台相关技术及装备研究高潮[11]。2011年北京市农业机械试验鉴定推广站研制出小型多功能遥控动力平台，该平台的行进、转向和停车均可以远程遥控，遥控范围可达60 m[7,12]；针对于丘陵山区特殊地形环境，2011年中国农业大学研制出一种适用于丘陵山地作业的全地形农业用行走底盘（如图3），该底盘在崎岖地形行驶时，可根据实际需求实时灵活调整悬架角度以保持车轮与路面始终紧密结合，从而使车辆具有较好的越障性能与平稳性[12-13]；2015年河北农业大学、森海机械公司、河北中农博远农业装备有限公司、新疆农科院农机化研究所等单位研制了可左右伸展的果园作业平台，使作业平台的作业效率得到提高[14]。

图2 LG-1型多功能果园作业平台Fig.2 LG-1 multifunctional orchard operation platform

图3 中国农业大学研制的全地形农用车Fig.3 All terrain agricultural vehicledeveloped by China Agricultural University

3 果园作业平台存在的问题

作为现代果园生产中不可缺失的重要的农机装备，果园作业平台正在发挥着越来越重要的作用。近年来，科研工作者对果园作业平台，尤其是自走式果园作业平台开展了大量卓有成效的工作，但仍存在诸多不足，主要表现在以下几方面：一是我国果园作业平台大多以传统农用运输机具底盘为平台进行开发，而针对果园环境下特殊作业工况下的专用底盘缺乏，不能很好满足果园生产对作业平台通过性、稳定性需求。二是高端果园作业平台上使用的液压泵、控制阀、传感器等零部件产品精度和质量尚不能很好满足可调平式果园作业平台的调平精度和响应时间需求。三是果园作业平台的机电液一体化集成度不够，气、电、液动力输出接口不能很好满足果园耕整（起垄、锄草、松土、打穴、旋耕）、果树管理（修剪、疏花、套袋）、果实收获（采摘、集果）等作业机具及多工位作业需求。四是果园作业平台的信息化、数字化、智能化水平较低，自动导航、远程遥控、物联网、人工智能、机器视觉、5G等新技术融入度不高。

4 果园作业平台发展对策

在我国现代化果园面积逐年扩大、用工成本剧增的背景下，果园作业平台作为有效提高果园生产效率的重要手段和工具，其发展具有重要意义。自走式的功能果园作业平台是未来发展的主要方向，针对我国果园作业平台存在的问题，认为应在以下几方面开展相关工作。一是加强果园作业平台专用底盘技术和产品研发，拓宽使用场景。开发轮距/轨距可调式系列化、多样化底盘结构，提高果园作业平台的通用性，拓展其应用场景。二是开发机电液一体化高度集成的气、电、液动力输出接口，方便挂接起垄、锄草、松土、旋耕、施药、施肥、修剪、疏花、套袋、采摘等果园作业机械，拓展作业平台功能，实现一机多用。三是选用高精度传感器及控制更精准的液压调节阀等液压元器件，采用神经网络、PID等控制算法，不断优化作业平台的主动调平能力，提高作业平台的安全性和操控性。四是加强果园作业平台电动底盘的能源系统、驱动系统和控制系统及作业平台电动升降、电动调平等技术研究与开发，使作业平台具有更好的经济性和操控性。五是加强机器视觉、物联网、人工智能、5G等新技术应用，实现作业平台自主导航、自动路径规划、智能避障，提高作业平台的信息化、数字化、智能化水平。六是完善配套政策，进一步发挥财政补贴资金作用，加大传统果园升级改造、丘陵山地果园宜机化改造、标准化建园及果园作业平台购机补贴力度，资助作业平台整机及其关键零部件自主研发，加大相关先进技术及装备的引进力度，加强科技成果转化及从业人员技能培训，扶持发展规模经营。

5 结语

随着我国传统果园升级改造及新建标准化果园的快速发展，果园作业平台，尤其是具有起垄、锄草、松土、旋耕、施药、施肥、修剪、疏花、套袋、采摘等功能的果园作业平台在现代果园生产中发挥着越来越重要的作用。针对我国果园作业平台存在的不足，加强薄弱环节果园多功能作业平台技术创新研究和装备的研发、推广与应用，解决目前果园作业平台大多存在的功能单一、可操控性差、自动化水平低等“卡脖子”问题，为现代果园的规模化、产业化及可持续发展提供有力的技术支撑，对推进我国林果业高质高质量发展具有重要的现实意义。