苹果树冠层光照分布计算与虚拟修剪方法

发布时间: 2022-11-07

来源: 科技服务团

基本信息

合作方式：技术咨询

成果类型：新技术

行业领域：

农、林、牧、渔业,农业

成果介绍

该成果针对苹果树剪枝不可逆、初学者少有机会实操难以熟练掌握修剪技术的问题，研究了苹果树冠层光照分布计算与虚拟修剪方法。使用三维扫描设备获取冠层点云数据，建立颜色特征与光照数据的关联关系，通过实测冠层内光照强度值，构建以每层点云颜色特征为输入、以光照强度为输出的预测模型；基于冠层光照分布预测模型，模拟剪枝前后冠层优质光区的变化结果，实现虚拟剪枝指导决策；基于虚拟现实和三维重构技术，完成苹果树模型三维重建与果园虚拟修剪环境构建，以虚拟剪枝指导决策为依据，研究虚拟果树枝条快速修剪方法，搭建果树修剪培训系统，可提高苹果产量，降低农艺培训成本，减少由于不合理修剪造成产量下降的情况出现。

成果亮点

该成果构建了苹果树冠层光照分布预测模型，提出冠层虚拟剪枝决策方法和基于VR的果树修剪农艺推广方法。基于机器学习方法，建立点云颜色特征与光照强度的联系，构建光照分布预测模型。使用虚拟现实技术和信息融合技术，模拟剪枝前后冠层光区的变化结果，研究不同剪枝决策对光区分布的影响，根据修剪前后的优质光区比例变化判定剪枝的有效性，修正剪枝决策。目前，果农和果树专业学生学习果树修剪技术多通过书籍、视频、科技人员指导等，然而，果树修剪技术性强、修剪方法灵活，且其不可逆性决定了初学者少有机会实际操作，难以掌握正确的修剪方法。该成果在分析传统果树修剪技术方式的基础上，引入体感设备，以光照分布模型为依据，研究虚拟果树枝条快速修剪方法，研发交互式果树虚拟修剪系统。

团队介绍

该成果由河南科技大学农业装备工程学院智慧果园技术研究团队完成，团队成员有讲师师翊、副教授王甲甲、讲师代智光、讲师赵龙、研究生赵辛博、研究生金姗姗。师翊主要从事农业信息化、智慧农业、数字植物等研究；王甲甲主要从事智慧农业、智能农机装备、运动生物力学仿生、仿生机构设计等方向研究；代智光主要从事智慧农业、节水灌溉理论与新技术方向研究；赵龙主要从事智慧农业、农业遥感和水肥一体化等方向研究；赵辛博、金姗姗为河南科技大学农业信息化方向研究生。团队负责人师翊博士负责项目的整体方案制定和系统搭建，团队成员王甲甲副教授负责果树模型重构，代智光博士负责果园试验，赵龙博士负责预测模型搭建，赵辛博负责点云数据获取与处理，金姗姗负责软件开发。

成果资料

产业化落地方案

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成果综合评价报告

评价单位：“科创中国”葡萄酒产业科技服务团 (中国农业工程学会) 评价时间：2022-11-17

郭亚

江南大学

教授

综合评价

该成果构建冠层光照分布预测模型，以虚拟剪枝决策方法为修剪依据，引入VR设备，开发交互式虚拟修剪系统，对传统果树修剪技术具有一定的引领性作用。所涉及技术成熟，开发周期短，投资回报比较可靠，目标市场处于成长市场，有利于当前政策要求，但市场会存在多种技术路线，产品会竞争激烈。建议强化相应产品优化，降低产品成本，以开拓小规模农业生产市场。

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