智慧柑橘果园生产模式与典型案例
一、适宜品种和区域
适宜品种:蜜橘、脐橙、红美人等各类柑橘品种
适应区域:湖北省丘陵山区,优先适用于平原、缓坡区域及已完成宜机化改造的丘陵山区,且需具备水、电设施配套及硬化主干道,满足智慧设备(如传感器、巡检机器人)安装与运行环境需求。
二、智慧果园生产技术路线
宜机化建园—机械平地—开沟施肥—智能除草—水肥灌溉—智能植保—机械修剪—机器人采摘—机械运输—智慧监测—智慧管控平台。
三、主要环节作业要点与机具配置
作业环节 | 作业要点 | 技术模式 | 机具配置要点 | 基地配置机具 | |
宜机化 建园 | 缓坡地或平地果园 | 种植适配:果园建设需要充分考虑机械作业条件,果园周边设置机耕道; 平整:平整作业后,要求土壤表面平坦,土块细碎,无残枝等各类杂物,满足后续智能设备(如土壤传感器、水肥滴灌管)安装要求。 基建配套:主干道硬化,水、电全覆盖,为智慧设备(如气象站、水肥系统)提供稳定运行条件。 | 拖拉机、激光平地机 | 拖拉机:配套动力≥60马力; 激光平地机:适配拖拉机功率 100-150hp,工作宽度3000mm,作业效率 1.6-2.0h㎡/h,能高效覆盖果园及连片农田。平地平整度误差控制在 ±20 -30mm。 |
拖拉机
激光平地机 |
开沟施肥 | 开沟 | 开沟距4米,开沟深度60厘米,宽度50厘米。 | 果园小型挖掘机 | 铲斗容量≥0.02m³;发动机功率≥30kW;挖掘深度≥0.8m;爬坡能力≥30°。 |
挖掘机 |
施肥覆土 | 采用履带运输车运送肥料,每亩施肥3-5吨。施肥后,使用挖掘机进行回土覆盖。 | 履带运输车、挖掘机 | 行走方式:履带式;发动机功率≥15kW;爬坡能力≥30°;最大载重量≥500kg。 |
履带运输车 | |
定植 | 栽种 | 选用无病毒苗(符合 GB 5040 和 GB/T 9659-2008),采用宽行密株的栽植管理方式,果树栽植行距4米,株距1.2-1.5米。 | 挖坑机 | 作业效率≥100m/h;挖坑深度≥0.6m;发动机功率≥13.8kW。 |
挖坑机 |
除草 | 割草或除草 | 智慧监测预警:通过果园巡检机器人定期巡查,识别草害发生区域,管控平台指导生成除草作业任务; 作业参数管控:机割除草留茬高度5-13cm,割草作业漏割率≤5%,设备实时上传作业轨迹数据,平台远程监控作业质量。 | 果园巡检机器人、智能遥控无人割草机 | 果园巡检机器人:搭载基于激光雷达与惯导的导航系统,支持远程遥控控制、全自动路线规划与巡航;配备二维与三维视觉系统、工控机及GPU,能够对果树图像进行采集并进行本地计算,实现基于视觉的植物三维分割与表型信息提取,三维分割精度>90%,提取的表型参数精度>95%;果树高精度三维重建,完整度大于90%。 智能遥控无人割草机:纯电动力底盘割草机,有效割幅≥800mm,作业续航≥5小时,搭载定位模块,支持路径规划、自动导航、实时上传作业轨迹数据。 |
果园巡检机器人
智能遥控无人割草机 |
灌溉 | 滴灌水肥 | 精准供给:根据果树生育期(春梢萌动期 3-5 月、果实膨大期 7-10 月)与多光谱长势数据,动态调整灌溉量(浸透根系分布层),幼树采用 “少量多次” 模式,通过水肥系统精准控制单次灌水量; 智能联动:灌溉系统与施肥模块联动,支持液态化肥、营养液同步施用,作业完毕后自动记录操作时间、灌水量、施肥量,数据上传至平台形成水肥管理档案; 远程调控:用户可通过手机APP或电脑端远程查看灌溉状态,手动干预灌溉方案,支持离线数据存储,网络恢复后自动同步。 | 水肥一体化系统 | 额定流量50m3/h,每株4个滴(喷)头,包括首部及供水系统、施肥机及灌溉管理系统和田间控制系统。控制灌溉和施肥,支持定量/定比例施肥,支持与智慧平台对接,保证每次作业完毕后,系统自动记录操作时间、灌水量、施肥量、灌溉时间和施肥时间。 |
水肥一体化系统 |
植保 | 打药 | 智慧预警:虫情自动采集传输设备(自动诱虫、杀虫、拍照、识别)实时上传虫害数据,结合气象站温湿度、风速数据,智慧平台通过内置的AI模型预测病虫害发生趋势,提前3-5天推送防治建议; 施药:遵循“预防为主,综合防治”植保方针,进行病虫害防治; 作业追溯:植保设备记录施药时间、地块、农药种类、用量,数据上传至平台,形成植保档案,可对接农产品溯源系统。 | 虫情自动采集传输设备、变量喷雾机 | 虫情自动采集传输设备:具备AI虫情识别功能(识别准确率>90%),自动上传虫情数量、种类数据。 变量喷雾机:风送式喷雾,药箱容积500L,雾化粒径80~200μm,最大流量60L/min,喷雾范围(静态)20~35m,续航≥6h。 |
虫情自动采集传输设备
变量喷雾机 |
修剪 | 剪枝 | 根据果树品种、树形,生长期,对果树进行树体管理,剪除强枝、弱枝、病虫害枝,达到通风透光、立体结果、方便机械作业、省力增效的目的。具体方法按GBZ26580和NY/T5015 的规范进行。 利用电动修剪刀、电动锯完成修枝作业。 | 电动修剪机、电动锯 | 电动修剪机:SK5钢刀刃,配备3块以上锂电池(单块续航≥1.5小时),适配0-30mm枝条; 电动锯:最大切割直径80mm,链条转速8-10m/s。 |
电动修剪机、电动锯 |
收获 | 采收 | 早熟品种宜在果实全面着色,果实可溶性固形物和含酸量达到该品种应有的标准时采收,晚熟栽培的果实可根据市场需要,随销随采,同一棵树可分批采摘,先采大果或中上部果实,严禁摘青。中晚熟品种根据天气情况,及时采收销售或贮藏,防止果实受冻。采收时要选择合适的天气,可选用采摘辅助平台加圆头果剪采果。要求一果两剪,果蒂平齐。 | 采摘辅助平 台、采摘机器人 | 在地势平坦或已进行宜机化改造的果园使用; 采摘辅助平台:行走速度2~25km/h,调平角度≥10°,最大运载能力≥200kg,平台升降高度0.6~3.3m; 采摘机器人:地形适应性强,适用于坡度≤35°的丘陵果园。果国内自主导航,实现自动精准到点作业。采摘精度高,范围广,识别准确率达90%以上,对高度在0.5-2.5m的树形实现了全覆盖采摘。作业效率高,低损耗,力度分辨率0.1N,单果采摘平均时间≤20s,可避开枝-叶等障碍物干扰,实现果树冠层内部水果采摘。 |
采摘辅助平台
采摘机器人 |
运输 | 果实/物资运输 | 综合考虑柑橘园面积、形状、坡度、柑橘数量等环境条件,做好园区规划,合理选择运输轨道架设。 选择遥控自走式单轨运输机进行果实和物资运输。 | 遥控自走式单轨运输机 | 遥控自走式单轨运输机:载重量300-500kg,行驶速度0.3-0.7m/s,爬坡角度≥35°,轨道间距50-60m,支持PLC或集成电路控制模块,支持4G+Wifi+LoRa通讯可自主避障,支持车辆在轨位置定位识别,支持实时上传运输路径。 |
遥控自走式单轨运输机 |
智慧监测 | 智慧化多维信息感知 | 空天地一体化监测:多光谱无人机(每周巡园1次)+多光谱植被监测仪(每小时采集1次)+果树生长自动监测仪+地面传感器(土壤、气象),构建三维监测网络,反演果树长势、水分胁迫、营养水平; 视频监控:全园覆盖光学变焦监控摄像头(分辨率≥400万像素); 数据实时传输:所有监测设备通过4G/5G或LoRa无线传输数据,延迟≤10秒,平台实时更新数据看板(土壤墒情、气象、虫情); 异常预警:设定监测指标阈值(如土壤湿度<15%、虫情数量>10头/天),超出阈值时平台自动向管理人员发送短信/ APP预警。 | 多光谱无人机、多光谱植被检测仪、果树生长自动监测仪、土壤/气象传感器、监控摄像头 | 多光谱无人机:搭载可见光+多光谱相机,续航≥40 分钟,巡园效率≥50亩/架次。 多光谱植被监测仪:监测参数包括 NDVI(归一化植被指数)、PRI(光化学反射指数),数据采集频率1小时/次,无线传输距离≥2km,续航≥6个月; 果树生长自动监测仪:可同时监测果树的多个生长指标,包括树干直径、树高、冠幅等,支持数据上传。 气象站:监测风速、风向、温湿度、气压、降水,数据采集频率10分钟/次,精度符合气象观测标准,支持与灌溉、植保系统联动; 监控摄像头:支持夜间红外拍摄。 |
多光谱无人机
多光谱植被监测仪 |
智慧管控平台 | 智慧化综合管控 | 数据融合:整合感知层(传感器、无人机、摄像头)、执行层(农机装备、水肥系统)所有数据,构建果园数字孪生体,实时同步园区状态; 智能决策:内置AI模型(生长物候期预测、病虫害预警、水肥优化),基于监测数据自动生成作业方案(如灌溉时间、施肥量、植保时机),方案准确率≥75%; 远程控制:支持电脑/手机 APP 远程启停设备(灌溉、运输机),查看设备运行状态与作业进度,控制延迟≤5秒; 管理功能:集成果园规划、设备管理(维护提醒、故障诊断)、农资管理(入库/出库/使用记录)、生产档案(作业记录、品质追溯)、任务管理(分配、跟踪、考核),形成全流程数字化管理闭环。 | 物联网管控平台、移动端APP | 智慧农业管控平台:支持私有化部署或云端访问,界面可视化(地图看板、数据图表),用户权限分级管理(管理员、操作员、查看员),数据存储年限≥5年; 移动端 APP:支持iOS/Android系统,功能包括数据查看、设备控制、预警接收、任务处理,适配离线操作; 数据接口:开放API接口,可对接农产品溯源平台、农资管理系统、农机调度平台,实现跨系统数据共享。 |
智慧农业管控平台 |
四、典型基地效益分析
武汉市长江新区武湖农业生态园智慧果园示范基地,占地面积60亩,由武汉市农业科学院联合武汉市农业机械化技术推广指导中心建设,是集“智慧感知、智能决策、自动执行、全程管控”于一体的柑橘智慧生产标杆基地。基地严格按照智慧宜机化标准建设,构建“感知层—决策层—执行层—管控平台”完整架构,配备多光谱无人机、智能遥控无人割草机、变量喷雾机、巡检机器人等农机装备,同步搭建智慧果园管控平台与水肥一体化灌溉系统,全面应用AI病虫害预警、数据驱动水肥调控、智能农机协同作业等技术。与传统果园相比,基地通过智慧化管理实现显著节本增效:人工成本每年节省 27.84 万元(含日常管护减员节约24万元、施肥环节节约3.84万元),肥料费用每年节省2万元,整个果园管护成本每年可节省29.84万元,达到节本增效、智能化升级的目的。
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