餐桌上的水果们，含“AI”量又提高了！

大家都知道，

水果们从果园来到餐桌

要经历一趟长途旅行，

可能会搭乘铁路、公路等多种交通工具。

但水果在坐上火车、货车之前，

也需要在果园内来一趟短途出行，

尤其我们国内的优质水果，

有不少来自两广地区的丘陵山地，

一直以来，这种复杂的地形

让这趟短途出行备受阻碍。

我国所拥有的7亿亩丘陵山地上，

生产着全国超62%的水果，

但综合机械化率不足51%，

此外，丘陵山区撂荒面积已达1.8亿亩，

占耕地总面积的1/4，

严重影响了粮食安全和农产品的稳定供给。

别着急~接下来就轮到我们的老朋友

人工智能登场，

来看看AI能做些什么吧。

目前面临的主要问题

中国是全球最大的水果生产国和消费国，但果园多分布于丘陵山地，受地理条件与传统种植模式影响，果园机械化程度长期处于较低水平。此外，果园生产管理比较依赖人工，工作强度大、生产效率低，再加上人口老龄化趋势越来越显著以及务农人口减少，丘陵山地的水果种植面临不少问题亟待解决。

总结下来主要有以下几点：

·山地坡度大，生产效率低，劳动强度大。

·青壮年劳动力进城务工，中老年劳动能力弱。

·农机供给短缺，对丘陵地形适应性及作业效果差。

上面讲的是宏观层面的问题，下面我们从技术层面看看目前又面临怎样的难题。

对于丘陵山地的水果运输，目前较为主流的一种方法是采用单轨运输系统，我们可以将其理解为果园中一列满载水果、行驶在只有一条轨道上的小火车。

那么，问题就来了：轨道只有一条，就像“独木桥”，虽然节省了这套“小火车”运送系统的占地空间，也导致了“小火车”更容易脱轨或翻车；在传统“小火车”内部结构中所使用的蜗轮蜗杆传动具有损耗大、制作成本高、功率承载能力受限等缺陷。

除此之外，传统的“小火车”系统不够聪明、不够智能——缺乏减震、柔停机构，无法根据山地地势起伏智能减速、刹车，很容易导致水果被挤坏、碰伤；远程操控系统的缺乏也让果农伯伯鞭长莫及，没法实时了解水果的运送情况。

乍一看，这丘陵山地果园的单轨运送系统问题还真不少，不过别慌，我们来对症下药、逐个击破。

怎样解决这些问题

琶洲实验室研究员吕石磊及其团队提出了更安全、更高效、更稳定、更智能的山地果园运送解决方案，形成了全新的运送作业模式。

·怎样更安全？

创新限速保护装置及防侧翻结构（核心专利技术）结合分段式柔性控制技术，保障运输机安全作业。

上图1是限速保护装置结构示意图，这个装置实现了下坡过程的多级安全制动，解决运输机下坡行驶出现飞车的问题；上图2是防侧翻结构原理和实物图，它采用凸缘的设计，防止运输机受力不均而发生侧翻；上图3是分段式柔性控制流程，通过多种传感器数据融合，基于人工智能算法进行智能化决策，实现运输机平路平缓停车、上坡防溜车检测、下坡延迟制动和能量回收功能。

·怎样更高效？

三级传动双轴输出齿轮减速箱，解决运输机效率低的问题。

以上分别展示了三级传动双轴输出齿轮减速箱的结构图和实物图，整个传动过程全部由减速齿轮组完成，可有效增加驱动轮与轨道齿节啮合，对比蜗轮蜗杆传动降低了损耗，提升了动力。

·怎样更稳定？

优化轮轨设计双减振机构，解决运输过程颠簸的问题。

上图1为柱销驱动轮与齿条轨道啮合状态，上图2为运输机各部件受力分析图，上图3为运输机减振机构结构示意图。团队构建啮合冲击振动动力学模型，优化轮轨和设计双减振结构，降低轮轨啮合产生的振动，减振效果突出，极大降低了货损率。

·怎样更智能？

远程智能控制系统与智能变轨技术，实现远程决策和智能调度。

集成ZigBee（应用于短距离和低速率下的无线通信技术）、LoRa（远距离无线电）、Wi-Fi（无线局域网通信技术）等通信技术,自主设计了多模态智能网关系统，搭建了果园单轨运输车联网，让果农伯伯用手机就能查看“小火车”的运行情况，实现智能决策及超视距远程实时控制。

团队还设计了多分支装卸区域的轨道快速安全切换与作业智能规划系统，提出了结合“Y”型自动变轨装置的多机调度避让策略，给“小火车”装上了“智慧大脑”，通过多模态智能网关系统，实现“一机多轨”和“多机同轨”，让“小火车”们能够智能规划最佳运送路径。

基于以上科研成果，团队自主研发了“小火车”——7ZDGS-400型山地果园自走式电动高速大载重单轨运输机。它的最大载重超400kg，行驶速度超1m/s，最大爬坡角度40°，在轨定位误差2.3mm，此外，它还具备远程控制、一键召回、能量回收、定位感知、速度调控、溜车检测与柔性停车等系列功能。

来看看它的身手如何~

这列“小火车”可不仅仅用来运送水果，团队还让它搭载风送喷雾机进行协同植保，也可以运载测报灯以自主多点巡航方式实现果（茶）园虫情动态监测，主打一个“一机多用”“机灯协同”。

目前技术应用情况

吕石磊教授团队的单轨运送技术已在广东、广西、湖南等12省落地应用，累计培训农户超5000人次，累计为果农、农业企业增收超8000万元。

项目成果已获农业农村部神农中华农业科技奖二等奖、粤港澳大湾区高价值专利培育布局大赛优秀奖、广东省农业技术推广奖二等奖等科技奖励，并入选农业农村部2024年度农业主推技术。

山地果园自走式电动单轨运送装备

作业效率是人工的13倍以上，

比人工费用节省80%，

大大减轻了果农劳动强度，节本增效，

提升了设备集成度和资源利用率，

促进了山地农业的可持续发展。

琶洲实验室始终秉持

“突出基础、原创技术、驱动产业”

的核心理念，

加速推动科研成果落地转化，

以AI赋能，

助力粤港澳大湾区乃至全国农业

现代化高质量发展。

人物介绍

琶洲实验室研究员，华南农业大学电子工程学院（人工智能学院）教授、博导、副院长，大北农青年科技之星，广东省广州市农村科技特派员，福建省泉州市高层次人才。主要研究方向为农业物联网与人工智能（机器视觉），山地果园农情边缘感知与智能计算，丘陵山地运送、植保装备设计及智能信息化，群体智能优化算法、进化算法的应用研究。主持国家自然科学基金面上项目和青年基金、广东省重点研发计划课题、广东省自然科学基金面上项目、广东省科技计划项目、广州市重点研发计划项目等智慧农业与农业工程相关领域科研项目10余项，发表学术论文50余篇，入选2023年度领跑者5000中国精品科技期刊顶尖学术论文名单；研究成果涵盖智慧果园、智能农机、农情感知、空地协同等领域，具备承担国家级和地方重要科研项目的能力。