宋志禹 韓余 丁文芹 占才學(xué) 蔣清海

摘要：從土肥管理機械、茶樹管理機械、災(zāi)害管理機械、采茶機械、智慧管控5個方向詳述了“十三五”我國茶園機械的研究進展。分析了我國茶園機械研究“十四五”發(fā)展趨勢與重點，并對當(dāng)前國內(nèi)茶園機械化研究發(fā)展方向提出了建議。

關(guān)鍵詞：茶園;機械化;“十三五”;進展;“十四五”;發(fā)展方向

Tea Garden Machinery Research Progress during the

13th Five-Year Plan Period and Development

Direction in the 14th Five-Year Plan Period

SONG Zhiyu， HAN Yu， DING Wenqin， ZHAN Caixue， JIANG Qinghai

Nanjing Institute of Agricultural Mechanization， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Nanjing 210014， China

Abstract： The research progress of tea garden machinery in the "13th Five-Year Plan" was introduced in detail， from

five directions， including soil and fertilizer management machinery， tea tree management machinery， disaster

management machinery， tea picking machinery， and smart management and control. The development trend and key

points of tea garden machinery research in the "14th Five-Year Plan" period were analyzed， A series of recommendations

for the current development direction of domestic tea garden mechanization research were also put forward.

Keywords： tea garden， mechanization， the 13th Five-Year Plan， progress， the 14th Five-Year Plan， development

direction

茶園全程機械化生產(chǎn)是指農(nóng)機與農(nóng)藝技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，從茶園種植、田間管理、收獲直至茶葉加工等全程實現(xiàn)機械化作業(yè)。茶園生產(chǎn)機械化是茶葉生產(chǎn)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，特別是在農(nóng)村勞動人口持續(xù)下降的情況下，實現(xiàn)茶園機械化生產(chǎn)是茶葉產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的必由之路。

茶園生產(chǎn)管理，主要包括墾殖、耕作、施肥、植保、修剪、采摘等環(huán)節(jié)。近些年，茶園作業(yè)機械化的發(fā)展備受政府和茶葉界的重視，經(jīng)過不懈努力，目前除了名優(yōu)茶機械化采摘以及山區(qū)茶園機械化作業(yè)瓶頸問題以外，我國已經(jīng)基本攻克了茶園生產(chǎn)全程各環(huán)節(jié)的機械化作業(yè)技術(shù)，基本建成了適合我國平地、緩坡地茶園生產(chǎn)全程的機械化作業(yè)技術(shù)與裝備體系，目前正在逐步向全國茶園推廣。據(jù)統(tǒng)計，我國茶園基本實現(xiàn)了茶樹修剪、大宗茶采摘、植保等環(huán)節(jié)的機械化，10%～20%的平地茶園實現(xiàn)了機械化耕作與施肥。

一、我國茶園生產(chǎn)機械化技術(shù)

“十三五”研究進展

我國茶園機械化起步于上世紀五六十年代，“十一五”末到“十二五”是集中發(fā)展期，基本奠定了“動力平臺+”的機械化發(fā)展模式?！笆濉笔抢^續(xù)推進期，重點就丘陵地區(qū)茶園輕簡型機械化、作業(yè)裝備自動化智能化、茶園生產(chǎn)智能管控等方面開展了技術(shù)攻關(guān)，取得了初步成效，使我國茶園機械化生產(chǎn)技術(shù)裝備水平得到進一步提升。

1. 土肥管理機械

（1） 茶園耕作機械

土壤耕作是土壤管理的主要技術(shù)措施之一，具有疏松土壤、清除雜草、防治病蟲，調(diào)節(jié)土壤水、肥、氣、熱等良好作用;而施肥是提高土壤肥力和茶葉產(chǎn)量最有效、最直接的方法，是茶樹栽培的重要環(huán)節(jié)。耕作施肥機械的正確選擇和耕作技術(shù)的合理配套，對茶樹生長和茶葉品質(zhì)有著重要的影響。

“十三五”以來，我國科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，茶園生產(chǎn)機械化技術(shù)發(fā)展較快，一些較優(yōu)作業(yè)性能的茶園耕作機械相繼問世。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所研制了KM3CG-30型小型茶園耕作機，采用柴油機驅(qū)動，同時利用仿生學(xué)模仿動物刨土及人工鋤地的特點，采用針式翻耕法，具有較好的耕作效果。安徽助成信息科技有限公司發(fā)明了一種家用茶園中耕機，該機在傳統(tǒng)中耕機的基礎(chǔ)上增加了靜刀片和靜刀軸，作業(yè)時動定刀配合不纏草，作業(yè)性能良好[1]。鹽城市鹽海拖拉機制造有限公司研制了3S-6茶園手扶式深耕機，該機模仿人工深翻地塊的特點，采用倒退式撬翻耕法，耕作深度達30 cm，深翻效果良好。2020年，無錫鼎君機械科技有限公司研制了3TGQ-4茶園管理機，該機針對丘陵山地茶園作業(yè)特點，采用模塊化設(shè)計，可在5 min內(nèi)實現(xiàn)快速拆裝，單一模塊最大質(zhì)量21 kg，配備塔式破土機具、旋耕機具，功耗較傳統(tǒng)中耕機具降低10%左右，為目前市場上應(yīng)用情況最好的模塊化丘陵茶園專用耕作機械，已在江蘇、山東、湖南、四川等省推廣應(yīng)用。

（2）茶園施肥機

施肥對茶樹的生長發(fā)育，茶葉的產(chǎn)量、品質(zhì)都具有重要意義。1970年前后，我國開始研究茶園施肥機械，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，一些機型已經(jīng)被推廣使用，但因茶園行間距小，機具作業(yè)不便，大多為施用顆粒復(fù)合肥的撒施小型機械。針對上述情況，“十三五”以來無錫華源凱馬發(fā)動機有限公司研發(fā)了KM2F-3手扶式施肥機，機身寬度僅有57 cm，撒肥直徑達3 m，可撒施可條施。2018年，江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院研發(fā)了一種茶園深松施肥機，其主要包括機架、肥料箱、深松鏟、限深輪、變速箱等[2]。該機型尺寸與茶行尺寸相匹配，適合跨行作業(yè)，且其作業(yè)時開溝離茶樹根系距離適當(dāng)，不易傷根;1次作業(yè)可開4條溝，作業(yè)效率較高。

茶園有機肥用量大，傳統(tǒng)采用先開溝、再施肥、最后覆土的作業(yè)方式，費時費力，很多茶園因此采用直接撒施方式，肥效很低。針對這種情況，威海市果樹茶葉工作站發(fā)明了液壓式茶園自行走有機肥施肥機，該機主要由車架、肥料箱、刮料機構(gòu)、傳動鏈輪等組成，該發(fā)明主要解決了現(xiàn)有機型施肥成本高、作業(yè)效率低的問題[3]。2020年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所研發(fā)了一種雙螺旋橫置自主施肥機械，該機主要由橫置排列的2個螺旋破土排肥器組成，作業(yè)時排肥器反向旋轉(zhuǎn)破土，肥料經(jīng)施肥器中空管施入土層，可一次性完成開溝、施肥、覆土作業(yè)，同時，集成了施肥深度自適應(yīng)保持系統(tǒng)和螺旋輸肥系統(tǒng)，實現(xiàn)了變量、變位、變深施肥作業(yè)，目前已小批量生產(chǎn)推廣使用;此外還研發(fā)了鏈式開溝施肥機、圓盤式開溝施肥機等施肥作業(yè)機具，均可與其研發(fā)的低地隙履帶動力底盤配套作業(yè)。

2. 茶樹管理機械

（1）茶樹植保機

我國茶園中大多使用大田植保機械進行病蟲害防治，其機型種類較多，有噴粉機、噴霧機、噴灌機等?！笆濉币詠?，勞動力日漸緊缺，小型植保機械作業(yè)效率無法滿足防控作業(yè)需求，大型植保機械需求日益增加。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所研制了2FS-16型低地隙茶園風(fēng)送植保機，該機具有作業(yè)面積大、農(nóng)藥利用率高的特點，作業(yè)效率可達0.67 hm2/h;同時還研發(fā)了噴桿噴霧機，該機與低地隙履帶底盤、高地隙跨行履帶底盤配套，作業(yè)效率分別可達0.93 hm2/h、1.20 hm2/h。

“十三五”期間，負壓物理捕蟲、電網(wǎng)殺蟲等新型物理防治新技術(shù)裝備應(yīng)運而生。負壓捕蟲機采用物理吸附原理，首次捕蟲率可達70%。另外還有KM3XC-30便攜式負壓捕蟲機、低地隙負壓捕蟲機、高地隙負壓捕蟲機等負壓捕蟲裝備。

頻振式誘蟲燈在茶園應(yīng)用較多，但其無法移動、益害不分、白天工作效率低等問題制約了技術(shù)的應(yīng)用。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所陳宗懋院士團隊和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所果蔬茶團隊分別研制了“天敵友好型誘蟲燈”和“光電氣色組合式除蟲裝備”，該系列裝備均可全天工作，白天和黑夜分別通過色板及燈光誘集害蟲，然后利用電網(wǎng)擊殺，該裝置已在南昌、重慶、南京、揚州等地示范應(yīng)用。另外，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在病蟲害防治領(lǐng)域也開始應(yīng)用[4]。通過傳感器節(jié)點精準監(jiān)測作物的病蟲害信息，監(jiān)測到的信息通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳遞到控制中心，控制中心處理數(shù)據(jù)后將信息反饋給各用戶。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的茶樹病蟲害公共服務(wù)平臺也在探索中，該平臺集病蟲害檢索系統(tǒng)、病蟲害監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)于一體，可對茶樹病蟲害進行綜合防治。

（2）茶樹修剪機械

目前市場上大多數(shù)的茶葉修剪機為往復(fù)切割型，主要由汽油機、往復(fù)切割刀、傳動機構(gòu)、機架等組成。根據(jù)作業(yè)功能可將其分為單人手提式，雙人抬式輕、重、深型修剪機和側(cè)邊修剪機等?！笆濉敝埃鑸@修剪作業(yè)大多采用往復(fù)式單人或雙人修剪機作業(yè)，以浙江川崎、杭州落合等日本合資企業(yè)產(chǎn)品為主，因其結(jié)構(gòu)簡單、作業(yè)效率高，在全國茶園迅速得到應(yīng)用，使我國茶樹修剪環(huán)節(jié)成為第一個達到機械化率50%的茶園作業(yè)。

“十三五”以來，勞動力老齡化問題凸顯，手持式、背負式修剪機械因勞動強度大已不再是首選，手扶式、自走式修剪機械得到廣泛應(yīng)用。2016年，戴有華等[5]基于UG軟件設(shè)計了一種手扶式茶樹修剪機，并對整機結(jié)構(gòu)進行有限元分析與優(yōu)化。四川省農(nóng)業(yè)機械研究設(shè)計院公開的發(fā)明專利履帶自走式茶蓬修剪機，配有履帶式底盤，可實現(xiàn)復(fù)雜地況自行行走，具有勞動強度低、作業(yè)平穩(wěn)等優(yōu)點[6]。2017年，江蘇大學(xué)發(fā)明了一種圓盤式茶樹修剪機，該機主要由機架、升降平臺、滑柱、圓盤式切割器、變速箱等機構(gòu)組成，可精確調(diào)整切割高度，適合茶樹的深修剪、重修剪及臺刈作業(yè)[7]。鄧小龍等[8]對茶樹修剪機振動噪聲進行研究，通過增設(shè)隔音罩、安裝排氣消聲器和使用軟質(zhì)大阻尼懸置元件等方法降低茶樹修剪機作業(yè)時的噪聲。2018年，恩家智能科技有限公司設(shè)計了一種單刃茶樹修剪機，該機采用自主研發(fā)的電機配合松下進口鋰電池，可持續(xù)作業(yè)8～10 h，同時具有無極調(diào)速、定速巡航等功能，可應(yīng)用于園林和茶園修剪等[9]。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所設(shè)計了一種自走式茶樹臺刈機，該機通過履帶式底盤實現(xiàn)自主行走，位于兩側(cè)的旋切刀組可將茶樹切成多段，且理論上可貼地作業(yè)，最大程度避免了樹枝堆積阻塞[10]。此外，該所與無錫華源凱馬發(fā)動機有限公司聯(lián)合研制了一種茶樹側(cè)面修剪機，可同時修剪茶行側(cè)邊，具有輕簡高效的特點。

3. 災(zāi)害管理機械

（1）茶園噴灌機

茶園噴灌對于茶樹抗旱、防霜凍具有重要作用。目前茶園噴灌設(shè)備主要有移動式、半固定式和固定式3種。近年來隨著計算機、自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化程度較高的噴灌系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來。張艷 [11]開展了基于PLC茶園恒溫噴灌系統(tǒng)研究，設(shè)計了一套由PLC、變頻器、遠程壓力表、2臺水泵機組、計算機、通信模塊等組成的全自動變頻恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)全自動變頻恒壓運行、自動工頻運行、遠程手動控制和現(xiàn)場手動控制等功能。同時該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和較多的輔助性能。安溪華祥苑茶基地有限公司[12]申報了茶園水肥藥一體化噴灌系統(tǒng)的實用新型專利，該系統(tǒng)通過進出控制系統(tǒng)、混勻系統(tǒng)、需求探測系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)，實現(xiàn)水、肥、藥一體化作業(yè)，使茶園管理自動化程度大大提高。

“十三五”期間，隨著“智能農(nóng)機”“智慧茶園”等新技術(shù)、新觀念等引入，茶園生產(chǎn)管理智能化水平得到快速提升，其中噴灌系統(tǒng)以其更接近于工業(yè)化的作業(yè)特點，自動化、智能化噴灌系統(tǒng)得到快速應(yīng)用。2017年，蔡彬等[13]設(shè)計了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的茶園智能化噴灌系統(tǒng)，該系統(tǒng)由檢測部分和執(zhí)行裝置組成，可針對不同茶樹生長期對土壤、溫度、鹽分、水分等因素的需要，進行實時精準灌溉。福建大用生態(tài)農(nóng)業(yè)綜合發(fā)展有限公司申報了實用新型專利：一種茶園移動噴灌裝置[14]。該裝置的噴灌范圍更大，同時由于有過濾裝置，作業(yè)更加環(huán)保。2018年，湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院發(fā)明了一種茶園自動噴灌系統(tǒng)[15]，該系統(tǒng)主要包括土壤濕度檢測器、光照傳感器、主控器、噴灌裝置、雨水收集裝置、蓄水房和太陽能供電裝置等，該系統(tǒng)采用太陽能提供動力，可將雨水儲存，用相關(guān)傳感器檢測光照強度和土壤濕度，并由控制器自動控制噴灌閥門的開啟，實現(xiàn)全自動茶園噴灌，具有節(jié)能環(huán)保、自動化程度高的優(yōu)點。付文哲[16]發(fā)明了一種茶園噴灌系統(tǒng)，其包括水池、泵、第一過濾器、給料單元和灌溉單元，具有控制簡易、灌溉均勻的優(yōu)點。

（2）防霜風(fēng)扇

凍害是茶園重要的自然氣象災(zāi)害之一，但目前的凍害防控裝備比較單一，主要是引進日本的防霜風(fēng)扇，國內(nèi)對此項技術(shù)研究較少。2017年江蘇大學(xué)胡永光教授團隊研發(fā)了國產(chǎn)防霜風(fēng)扇，已在國內(nèi)推廣應(yīng)用。但總體上我國茶園應(yīng)用的凍害防治機械設(shè)備多為從日本進口的防霜扇。

4. 采茶機械

采茶機械和修剪機械為同時期作業(yè)機械，目前主要應(yīng)用的大多為日本川崎、落合等公司的產(chǎn)品，雙人抬式采茶機幾乎壟斷了國內(nèi)市場，但由于國內(nèi)名優(yōu)茶等工藝要求較高，往復(fù)式采茶機無法達到采摘要求，包括日本川崎生產(chǎn)的KJ4N乘坐式采茶機在內(nèi)的系列采茶機械只在大宗茶等經(jīng)濟附加值相對低的茶葉產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用。名優(yōu)茶機械化、自動化、智能化采摘機械的缺乏嚴重制約著茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?！笆濉逼陂g，視覺識別、精準定位及采摘手臂等仿生采摘技術(shù)研究取得較大進展，機械化采摘技術(shù)快速發(fā)展。2016年，湯一平等[17]設(shè)計了一種基于機器視覺的乘用式智能采茶機，提出了自動識別茶葉嫩芽和割刀自動調(diào)平控制方法，試驗表明該機可解決現(xiàn)有采茶機無選擇性切割老葉和嫩芽的弊端。2017年，吳先坤等[18]設(shè)計了單人背負式采茶機，試驗結(jié)果表明，該機漏采率小于2%，采摘芽葉完整率大于85%，該機適用于多種類型的茶葉采摘。2018年，杜哲等[19]應(yīng)用ADAMS軟件對雙動割刀往復(fù)式切割器進行仿真研究，得到齒距20 mm、齒高19 mm、刀機速比1.05為最優(yōu)組合，同時進行了田間對比試驗，結(jié)果表明仿真結(jié)果可信，誤差在允許范圍內(nèi)。辛文文[20]對采茶機器人自動控制系統(tǒng)進行設(shè)計與分析，該控制系統(tǒng)依據(jù)TMS320F2812DSP內(nèi)核實現(xiàn)，由C語言進行編寫，并置入DSP控制板內(nèi)，滿足串口通信與數(shù)據(jù)分析的伺服控制，確保了茶葉采摘的回收率與品質(zhì)。侯巧生等[21]發(fā)明了一種手提式電動采茶機，該機由直流無刷電機、動力傳動機構(gòu)、剪切刀具、蓄電池組組成，由于增加了電機調(diào)速功能，既適應(yīng)采茶機實際作業(yè)要求，同時也可保護電機。2019年，江西師范大學(xué)發(fā)明了一種往復(fù)切割式采茶機[22]，該發(fā)明采用獨特的鋸條結(jié)構(gòu)和切割孔設(shè)計，使機器作業(yè)時能接觸不同角度生長的茶葉，且其收集裝置有茶葉篩選功能，可對收獲后的茶葉進行初步篩選，該裝置具有較高的商業(yè)前景。2020年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所綜合茶葉采摘質(zhì)量與效率指標(biāo)，創(chuàng)新提出基于樹冠培育的有限選擇性采摘思路，創(chuàng)制了優(yōu)質(zhì)茶葉智能采摘機器人，利用不同成熟度茶樹新梢對紅外光譜的反射率不同，成功攻克復(fù)雜多變環(huán)境下茶葉芽頭的識別、定位的難題;并在采摘路徑高效規(guī)劃和采摘控制等方面取得突破，實現(xiàn)了茶葉芽頭的精確識別與高效采摘，實現(xiàn)了茶葉較高水平的智能化采摘。浙江理工大學(xué)提出并研制了一種基于超聲波傳感器的機采茶蓬面割刀仿形方法與樣機，提出了一種基于非線性跟蹤微分器的PNTD控制律，構(gòu)建了基于CAN總線的仿形單元分布式控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了該分布式控制結(jié)構(gòu)的低成本RCP系統(tǒng)，采摘質(zhì)量基本滿足機械化采茶技術(shù)標(biāo)準和大宗綠茶制作工藝要求。

5. 智慧管控

“十三五”以來，隨著計算機、大數(shù)據(jù)等信息科學(xué)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展愈來愈成熟，已經(jīng)逐漸在茶園中應(yīng)用。張威勁[23]申請公開了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧茶園安全監(jiān)控平臺的專利，包括控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)系統(tǒng)，用于監(jiān)測管理茶園中茶樹生存環(huán)境各監(jiān)測模塊的運行;監(jiān)控系統(tǒng)，用于茶園安全監(jiān)控;網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用于用戶請求和反饋處理、遠程訪問通訊、數(shù)據(jù)存儲;數(shù)據(jù)系統(tǒng)的各個傳感器通過RS485串口連接至LAN局域網(wǎng)，通過交換機傳輸至茶園指揮中心，指揮中心根據(jù)茶園監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過LAN網(wǎng)絡(luò)傳輸指令至控制系統(tǒng)控制茶園中的裝置及機器人調(diào)整作業(yè)狀態(tài)。遠程用戶可以通過專網(wǎng)/VPN連接至茶園指揮中心，通過客戶端觀察茶園數(shù)據(jù)。上述平臺能夠?qū)Σ铇溥M行實時監(jiān)測，還能夠監(jiān)控茶園內(nèi)部安全，使茶園環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)更加可靠。

中國計量大學(xué)將茶園與分布式光伏有效結(jié)合起來，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于茶園遠程監(jiān)測，以STM32為微控制器，開發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)的光伏茶園監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠采集茶園的各項數(shù)據(jù)并發(fā)送到遠程服務(wù)器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程查看和共享，利用這些數(shù)據(jù)可用于優(yōu)化光伏茶園系統(tǒng)，從而提高茶葉的產(chǎn)量[24]。

廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所也開展了茶園生境智慧管控技術(shù)研究，從茶園整個生態(tài)系統(tǒng)出發(fā)，以完善和提升生態(tài)系統(tǒng)功能、促進系統(tǒng)平衡穩(wěn)定為目的，對茶樹生長環(huán)境進行智能、系統(tǒng)的管控，從而提高茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)，建立了一套適合廣東生態(tài)茶園發(fā)展的茶園生境智慧管控技術(shù)。該技術(shù)主要包含茶園土壤生態(tài)調(diào)控技術(shù)、茶園生態(tài)位配置與管控技術(shù)、茶園病蟲害監(jiān)測預(yù)警與生態(tài)防控技術(shù)、茶園生境環(huán)境信息自動化感知技術(shù)、茶園水分智慧管控技術(shù)以及茶園生境智慧管控專家服務(wù)系統(tǒng)等。根據(jù)廣東省各茶區(qū)的主栽品種、氣候環(huán)境、土壤和植被的差異特征，合理使用茶園生境智慧管控相關(guān)技術(shù)，改變了茶園種植結(jié)構(gòu)，強化了生物多樣性增益控害的服務(wù)功能，促進了廣東省生態(tài)茶園建設(shè)，推動了廣東省茶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展[25]。

廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了一個智慧茶園控制系統(tǒng)，以解決在傳統(tǒng)茶樹種植過程中施肥、灌溉、除蟲和采摘等問題，實現(xiàn)了茶樹種植過程的精細化管理。構(gòu)建了一個專家系統(tǒng)，使用紫峰網(wǎng)絡(luò)來采集茶園土壤溫濕度、光照度等數(shù)據(jù)并進行挖掘，輔以視頻監(jiān)測，精細化管控茶樹種植過程中的各項工作[26]。

曲阜師范大學(xué)開發(fā)了一套集軟硬件于一體的高標(biāo)準現(xiàn)代茶園物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，以提高茶園綜合管理能力[27]。該系統(tǒng)將整個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧茶園管理系統(tǒng)劃分為感知執(zhí)行層、傳輸層和應(yīng)用層3部分，分別集成了采集終端傳感器、系統(tǒng)微控制器、智能水肥藥一體機等設(shè)備。開發(fā)了基于Spring Cloud智慧茶園云管理平臺，分為茶樹生長環(huán)境監(jiān)測平臺、視頻監(jiān)控平臺、水肥藥一體化調(diào)控平臺、茶葉質(zhì)量追溯平臺、茶樹生長過程綜合管理平臺5個子平臺，為實現(xiàn)智慧茶園的精準控制管理提供了平臺技術(shù)支撐。采用優(yōu)化的AlexNet神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為基本架構(gòu)，先對病蟲害圖像樣本進行優(yōu)化，然后將預(yù)處理后的圖像樣本輸入模型進行訓(xùn)練并測試，為實現(xiàn)視頻監(jiān)控子平臺的病蟲害圖像識別功能提供理論依據(jù)。該系統(tǒng)設(shè)計合理，能夠有效提高茶園的管理效率，具有一定的可推廣性。

趙小娟等[28]研發(fā)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的茶樹病蟲害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)、多媒體、計算機圖像識別、GIS等技術(shù)設(shè)計了茶樹病蟲害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，結(jié)合自動蟲情燈、自動性誘儀、孢子捕捉儀、智能氣象儀、高清攝像機等物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備，實現(xiàn)茶園環(huán)境數(shù)據(jù)、病蟲害信息的自動化監(jiān)測和病蟲害信息在地圖上的可視化展示，并通過構(gòu)建病蟲害發(fā)生的環(huán)境氣候模型，對病蟲害發(fā)生進行預(yù)警。茶樹病蟲害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)在英德市試點茶園進行了應(yīng)用，實現(xiàn)了茶園生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測、蟲情監(jiān)測、病蟲害預(yù)警等功能，提高了茶園病蟲害防治工作效率，促進了當(dāng)?shù)夭枞~產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益增長和可持續(xù)發(fā)展。

二、我國茶園機械研究存在的問題

我國茶園生產(chǎn)機械化技術(shù)在“十三五”期間取得了長足的發(fā)展，重點針對丘陵山區(qū)輕簡型作業(yè)機具、智能化作業(yè)機具開展了技術(shù)攻關(guān)。5年來，茶園耕作、施肥、除草、修剪、采摘、植保等環(huán)節(jié)研發(fā)出了背負式、手扶式、乘坐式和遙控式全程系列作業(yè)機械，解決了茶園生產(chǎn)無專用機械可用的問題，同時提出了“動力平臺+”的技術(shù)作業(yè)模式，制定了平坡、緩坡、陡坡不同地形茶園機具配置方案，進一步優(yōu)化和完善了我國茶園機械化生產(chǎn)裝備技術(shù)體系。一方面使茶園機械化生產(chǎn)技術(shù)裝備體系更加完善，為茶園生產(chǎn)全面機械化、現(xiàn)代化奠定了堅實基礎(chǔ);另一方面，使得茶園生產(chǎn)機械化觀念深入人心，茶園宜機化改造的接受度愈來愈高。茶園生產(chǎn)機械化出現(xiàn)了良好的發(fā)展勢頭。

我國雖然是茶葉大國，但由于農(nóng)機農(nóng)藝融合度差等原因，導(dǎo)致目前茶園作業(yè)的綜合機械化率依然較低，據(jù)統(tǒng)計，全國茶園綜合作業(yè)機械化率不足30%，遠遠落后于主要糧食作物。雖然在茶葉生產(chǎn)的耕作、中耕植保、修剪、收獲等環(huán)節(jié)均有機械可用，但現(xiàn)有機械存在作業(yè)操作友好度較低、舒適性較差、勞動強度大、適應(yīng)性較低、智能化程度低、作業(yè)仍然需要較多人工參與等問題 [29-32]。山地丘陵地區(qū)茶園仍以人工生產(chǎn)為主，生產(chǎn)成本居高不下，作業(yè)效率與經(jīng)濟效益較低，嚴重制約著茶葉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這距離真正的智慧管理、無人生產(chǎn)的要求還有很大的差距。在農(nóng)村勞動力總量持續(xù)下降、老齡化加劇的背景下，機械生產(chǎn)裝備的推廣與應(yīng)用也面臨諸多困難。當(dāng)前，茶園生產(chǎn)全面機械化依然是茶葉產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的重要科技命題。

三、茶園機械研究“十四五”發(fā)展方向

“十三五”期間茶園機械化發(fā)展碩果累累，成效顯著，為茶葉產(chǎn)業(yè)的階段性發(fā)展提供了重要的技術(shù)裝備支撐，但依然存在諸多問題有待解決。未來我國茶園生產(chǎn)機械化發(fā)展重點應(yīng)放在以下幾個方面。

1. 生產(chǎn)裝備智能化

結(jié)合自動化控制、機械電子等技術(shù)，提高茶機智能化作業(yè)水平。發(fā)達國家設(shè)計的茶園生產(chǎn)機械已經(jīng)廣泛采用了智能檢測、自動化控制、機-電-液-氣驅(qū)動等技術(shù)，這些技術(shù)的采用一方面提高了茶葉生產(chǎn)機械的作業(yè)效率和精度;另一方面，有效降低了人工勞作強度，實現(xiàn)了綠色生產(chǎn)作業(yè)。因此，國內(nèi)茶機研發(fā)也應(yīng)朝這個方向發(fā)展，借鑒工業(yè)上成熟的機器視覺、智能檢測、自動化控制等技術(shù)，結(jié)合機-電-液-氣等新型驅(qū)動方式，研發(fā)自動化程度高、綠色清潔的新型茶葉生產(chǎn)機械。

采摘是茶葉生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，相較于其他作物，茶葉嫩芽柔軟易傷的物理特性決定了其采摘環(huán)節(jié)要求更加精準;由于結(jié)構(gòu)和材質(zhì)限制，傳統(tǒng)的純機械式采摘器采摘質(zhì)量還有待提高。因此，應(yīng)結(jié)合機械、液壓、氣動等技術(shù)，同時考慮新型材質(zhì)，設(shè)計出損傷率較小的采摘器，以提高采茶作業(yè)質(zhì)量。

2. 丘陵山區(qū)作業(yè)機械化

我國茶園種植區(qū)域廣泛，大多分布在丘陵山地等地帶，且茶樹是多年生植物，因此無論從地理環(huán)境還是農(nóng)藝上都決定了今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡單的輕小型茶園機械與自動化程度高、作業(yè)效率高的大型茶園機械并存，以適應(yīng)當(dāng)下茶園生產(chǎn)機械化的需求。因此，我國在研發(fā)自動化程度高的大型茶園機械的同時，也應(yīng)著重研發(fā)一些結(jié)構(gòu)簡單、易于推廣的小型茶機，以期加快機器換人速度，提高我國丘陵山地茶園生產(chǎn)機械化作業(yè)水平。

3. 茶園智慧管控

隨著信息技術(shù)、人工智能等學(xué)科的發(fā)展，無人化生產(chǎn)管理已經(jīng)不再遙遠。不管是基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的災(zāi)害管理系統(tǒng)中的智能檢測、智能決策、災(zāi)害預(yù)警，還是智能裝備的最優(yōu)路徑規(guī)劃，已有相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和社會的進步，人們對無人化勞動作業(yè)的向往日益強烈，人工智能技術(shù)在茶園機械化發(fā)展中的應(yīng)用必將日益廣泛，茶園智慧管控將成為應(yīng)對農(nóng)村勞動力短缺的有力舉措，也是未來茶園生產(chǎn)方式發(fā)展的必由之路。

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