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国家林业和草原局政府网

发布时间:2020-05-07 08:12 作者:admin

  摘要:新的林业临盆形式和迅疾成长的新技艺督促了林业装置的成长,催生了智能装置和林业机械人。林业机械人正在升高林业临盆力、改革林业临盆形式、处理劳动力不够以及杀青林业临盆和筹办范围化、众样化、精准化等方面具有极大的优秀性,成长林业机械人对督促我邦林业技艺革命和杀青林业新颖化具有要紧影响。文中提出林业机械人的界说和分类,阐明林业机械人的操纵范畴,综述邦外里林业机械人成长示状,领会林业机械人成长中遭遇的题目,提出林业机械人成长的另日趋向,认为机械人正在林业范畴中的探求和操纵供应参考。

  我邦事林业大邦,林业临盆和筹办闭连我邦生态安好和林业成长,林业临盆和筹办形式及装置是林业新颖化秤谌的要紧呈现。跟着技艺提高和劳动力淘汰,从事林业方面的任务家越来越少;同时林地任务境况阴恶、劳动强度大、林业劳动者安好得不到有用保护,现行林业板滞无法很好地符合新颖林业临盆和筹办须要。机械人可有用处理上述林业临盆和筹办中存正在的题目,应用机械人替代人力劳动,可淘汰劳动力本钱和林业任务安好隐患,同时升高板滞化、自愿化和智能化秤谌,对督促林业新颖化具有要紧事理。

  林业机械人是一种柔性、可感知外界音讯、反复编程的自愿化或半自愿化开发,以林业为任职对象,有机联络了板滞、电子、谋划机限度、人工智能等前沿学科而变成的有机归纳体,能通进程序限度来实行林业临盆和筹办的百般职责,是种特种任务机械人。

  凭据机械人正在林业行业的差异操纵范畴,能够把林业机械人分为林业生态作战机械人、林业资产机械人和林业众效力集成机械人3类。

  1)林业生态作战机械人。闭键有林木种苗机械人、贫乏即刻整地机械人、生态复兴机械人、制林与抚育机械人、生物资源及众样性监测与管护机械人、丛林火情智能监测与灭火机械人、丛林病虫害高效防治机械人、丛林境况监测机械人等。

  2)林业资产机械人。闭键有木柴加工机械人、人制板加工机械人、林业资源经济斥地机械人、木本油料加工机械人、林副产物临盆机械人、竹材加工机械人等。

  3)林业众效力集成机械人。闭键有经济林果板滞化采收及输送机械人、林竹场全程板滞化筹办机械人等。

  林业生态作战是林业成长的主体,因为地形等要素范围,现行生态作战众为人工功课,板滞化和自愿化秤谌较低。林业生态作战离不开林业机械人和先辈技艺的撑持,机械人能够督促林业生态作战临盆和筹办形式的转移,使林业生态作战板滞化、智能化,同时加疾鞭策林业生态作战,更好地爱护修复林业生态编制。

  林业生态作战机械人可平常操纵正在栽植、抚育、采运、园林绿化、林业检测、丛林爱护等范畴中。林木种苗机械人可用于松树、杉树等闭键林木种子资源采收、干燥、脱粒、精选、分级、蓄积,林木匠厂化育苗,林业苗圃节水喷灌,种子园机动喷药等方面;贫乏即刻整地机械人可用于贫乏即刻清林整地,挖坑、林木(苗)移植,自行式除灌清林合伙抚育等方面;生态复兴机械人可用于自愿化固沙,污水处置,丛林物种爱护,植被生物众样性爱护,外来物种检查检疫等方面;制林与抚育机械人可用于丛林合伙斩柴,集材合伙功课,航空护林,人工嫁接,修枝打枝等方面;生物资源及众样性监测与管护机械人可用于基于环球卫星导航编制的丛林、湿地、戈壁资源天色及灾后监测反应,野天真植物监测和管护等方面;丛林火情智能监测与灭火机械人可用于智能化、音讯化丛林火情监测、预警,大型丛林火警灭火等方面;丛林病虫害高效防治机械人可用于繁杂山地大型高效、环保、智能化的丛林病虫害喷药等方面;丛林境况监测机械人可用于污水、废气、固废、辐射、噪声、情景等6类50众项境况目标的监测领会。

  林业资产对待成长林业临盆力和任职社会经济具有要紧事理,正在我邦邦民临盆总值中所占比例逐年上升。现林业资产众采用工场化临盆线式临盆,板滞化和自愿化秤谌较高,机械人可督促林业资产临盆和筹办形式的转移,使林业资产临盆智能化、无人化,进一步升高资源运用率和临盆成果,获取更大经济效益,进而鞭策林业资产迅疾成长。

  林业资产机械人可操纵于家具加工、人制板加工、竹业加工、林副产物加工等范畴。木柴加工机械人可用于木布局桁架、墙体自愿化创制,大规格胶合木柔性创制,双端锯切、钻削深孔、砂光、拼装等症结工艺的集成、自愿化、智能化柔性创制,家具及成品加工等方面;人制板加工机械人可用于木柴人制板一口气热压成型,重组竹一口气热压成型等方面;林下经济资源斥地机械人可用于蓝莓、木耳、蘑菇等林下资源预处置、分选、存储等方面;木本油料加工机械人可用于油茶、核桃鲜果壳籽别离分选,油脂低温压榨等方面;林副产物临盆机械人可用于加工油茶等油料作物的烘干、脱壳、碎裂、轧坯和挤压膨化,林药加工的洗刷、摧毁、煮提、浓缩、干燥和灭菌,其他林副产物如板栗、印楝、核桃等的剥壳机、洗刷开发、杀菌、干燥等方面;竹材加工机械人可用于竹篼处置、竹林整地、竹林抚育、竹材采伐及运输、竹材备料工段一口气临盆、竹材人制板一口气化加工等方面。

  林场不单是丛林资源管护筹办的基础单位,仍是优质生态产物的闭键供应者,但境况阴恶、劳动力不够、劳动强度大等题目导致无法用现有半板滞化秤谌法子来满意管护和筹办的须要,使用林业机械人不单可消浸劳动力本钱,升高临盆成果,还可升高林场任务的板滞化、自愿化和智能化秤谌,最要紧的是淘汰了林场担心全要素,催生了林业众效力集成机械人的发生及成长,林业众效力集成机械人可用于经济林果自愿化采收、运输、初加工,新颖化林场筹办等范畴。

  山区经济林果板滞化采收及输送机械人能够操纵于包罗山区枣、栗子、核桃等经济林果板滞化采收、索道运输、存储等林业一体化功课,杀青经济林果差异类型协助机械人的有用集成。

  林竹场全程板滞化筹办机械人能够操纵于林场种子采撷、苗圃办法、种苗培植、制林、抚育、病虫害防治、林火检测扑救、资源侦察、自愿化灌溉和生态监测、林区道途修造、保护、珍爱和巡护全程板滞化研发与树范等,杀青众品种、众群体机械人的交融集成。

  外洋很早就开头对林业机械人举行探求,因为林业临盆功课境况阴恶、功课强度大,同时外洋劳动力匮乏,且本钱高,因此荣华邦度众人通过成长林业机械人来缓解,个中日本成长秤谌最高,日本的林业临盆已基础杀青板滞化,自愿化水准较高。

  Yasuhiko Ishigure等研发的抚育机械人,应用节电链锯驱动举行修枝,4个主动轮动员机械人螺旋上下搬动,寄托链锯举行全方位剪枝,机械人能够寄托本身的重量正在树木上支撑安谧。日本ISEKI公司研发的用于嫁接的抚育机械人,每小时可嫁接900株操纵,告捷率超越95%,成果很高。Humayun Rashid等研发的灭火机械人,交融蓝牙、GSM、DTMF、GPS等众种技艺,采用传感器感觉火焰、温度和烟雾来无误定位火源,杀青自愿或遥控灭火。日本研发的FRIGO灭火机械人,采用履带式搬动机构,搭载可燃气体、伽马射线、神经麻醉气体探测器,能够急速浮现火源并向导救火员急速灭火,同时可协助搬运开发器械,也能够向导救火员迷途时利市出险。早稻田大学研发的一款境况监测机械人,能够通过传感器获取温度、湿度、PM2.5、辐射等境况数据,可应用手机操控机械人搬动并设天命据获取周期。

  美邦SPRAYING SYSTEM公司和丹麦HARDI公司都研发了众种丛林病虫害防治机械人,交融光机电一体化技艺、谋划机限度技艺和“3S”技艺,听命靶标符合性准则,杀青智能、精准、高效的病虫害防治。美邦约翰迪尔公司研制的斩柴合伙机,集斩柴、打枝、制材等效力于一体,可正在陡坡和林地一口气运动,谋划机顺序凭据传感器反应的途况音讯限度程序,临盆成果高、安好、智能且对地外生物资源的摧毁小。芬兰Ponsse公司研制的合伙采伐机,搭配测试编制可测出原木的体积,并通过采伐机上最先辈的整机程控编制实现采伐行动,同时纪录打击反应驾驶员。

  欧美荣华邦度林地地形较好,林业装置众发展大范围功课,林业机械人具有大型化、众效力化的特色,个中日本林地总体数目少,林业装置众发展繁杂地形细腻化功课,林业机械人具有细腻化、小型化的特色。

  我邦许众林业范畴特别是生态作战范畴还停滞正在半板滞化秤谌,还未十足到达板滞化秤谌,跟着技艺成长,某些范畴的林业装置已进入机械人期间,林业机械人理念产生而生。

  舒庆等研发的生态复兴机械人,通过铺设草方格来防风固沙,根据沙地地貌通过PLC限度铺设草方格机构的高度和插入压力,功课后将正在沙地上变成草方格立体沙障,固沙才力很强,可升高铺设成果161倍,消浸铺设本钱80%操纵。

  褚佳等研发的用于葫芦科穴盘苗嫁接的抚育机械人,通过限度板滞手实现取苗搬运、切苗、嫁接、输送等功课,每小时可嫁接455株,只需1人操作,嫁接告捷率高达95%。李文彬等研发用于树木立木整枝的抚育机械人,通过人工遥控机械人搬动至易于打枝处,限度悬臂式链锯对树木举行整枝,使树木到达优越的抚育成果。刘松等研发用于园林绿篱修剪的抚育机械人,通过图像采撷编制获取及时音讯,并根据绿篱的高度和成长分散,应用Atmega168单片机限度机械人举行修剪,杀青自愿化修剪,符合性强。

  姜树海等研发的六足仿生丛林消防机械人,可实现火警巡检、算帐、扑救等任务,灭火安装最大可伸长2.3 m,足部最大可伸长1.25 m,适合林地繁杂境况任务。林凡强等正在古板避障机械人上研发的灭火机械人,通过红外火焰传感器配合软件领会确定火焰的位子,避障机械人迅疾搬动到着火点相近,限度灭火安装举行准确灭火。

  汤晶宇等研发的丛林病虫害防治机械人,采用超声感觉安装举行检测,定向施药,精准防治病虫害,大幅升高了农药的运用率。

  董勇志等研发的境况检测直立交互型机械人,采用众种传感器交融、UART触屏交互、双向PWM限度等众种技艺,可杀青境况监测、长途操控、报警等效力,监测数据全且智能化秤谌高。张慧颖研发的现场境况智能巡检机械人,配合应用众种传感器能够取得温度、CO浓度、温度等境况数据并通过NRF905与限度台举行无线传输,通过传感器交融含糊神经搜集感知并避障,布局粗略、衡量确切且智能化水准高。

  魏占邦等打算的轮式林木采伐合伙机械人CFJ-30,采用全液压驱动,集斩柴、打枝、制材于一体,最大行驶速率可达25 km/h,最大任务隔绝可达10 m,任务成果很高。周中华等研发的毛竹合伙采伐机,集伐竹、打枝、截梢、集材等效力于一体,告捷改革了现行伐竹的任务形式,大幅升高了临盆成果,淘汰了劳动本钱,对我邦竹业资产成长有着要紧影响。

  傅万四等研发的自愿破竹机械人,杀青了原竹段自愿分级、自愿对心、自愿换刀、自愿破竹和原竹核心矫正,通过衡量竹筒外径,应用PLC编制限度采用适合的刀具举行破竹,破竹速率可达11.2 m/min,大大升高了任务成果,处于邦际领先技艺秤谌。

  我邦林业机械人处于起步阶段,尚未编制变成适合我邦林业环境的机械人产学研编制。

  目前我邦林业机械人的研发众人处于试验阶段,因为百般出处尚无法普及,目下存正在的闭键题目如下。

  1)林业任务境况繁杂。我邦林业临盆筹办众正在偏远山区,任务境况繁杂阴恶,林业机械人正在任务时要面对林地坡度纷歧、沟壑繁杂、窒塞众等离间,大型机械装置无法进入功课区,同时林地境况信号差,信号笼盖率低,对待林业机械人任务音讯传输和处置有着肯定的离间,林地未历程宜机化改制,对机械人的符合性央浼高,因此正在扩张中存正在较浩劫度。

  2)林业乔灌木栽种不礼貌。现阶段我邦自然成长的林业乔灌木正在林地呈狼藉不礼貌分散,人工种植的乔灌木类型繁杂,导致乔灌木等植被组织和成长不礼貌,对待林业机械人任务时的对象识别和处置易受外界要素的影响。林木成长不礼貌影响机械人正在林地间一口气行走,正在肯定水准上消浸了一口气化秤谌,同时不礼貌成长还会导致机械人正在林间任务时摧毁植被,影响生物众样性进而摧毁生态。

  3)斥地难度大,临盆本钱高。相对待工业和农业来说,林业总体而言属于生态公益行业,林业资产发生的经济效益远小于工业和农业资产,以致更众的研发职员热衷于参与工业和农业机械人的研发队伍,并且林业机械人售价高,导致扩张贫乏。林业机械人虽有很大的墟市潜力,但因为斥地难度大、临盆本钱高,肯定水准上制止了其成长扩张。

  4)研发人才平安台缺乏。我邦从事林业机械人方面的研发技艺职员较少,行业科技领武士才和优良拔尖人才稀缺,林业高校和科研院所未编制开设林业机械人课程,未修筑林业机械人学科,导致对口人才较少,限制了林业机械人的成长。现阶段的林业企业多半是为了临盆须要,把少少通用板滞技艺职员历程粗略培训后即上岗,缺乏对林业行业任务对象的认知和本原常识进修,无法满意林业机械人的成长需求。科技更始平台是技艺变更、技艺研发、资源共享、孵化企业的要紧本原办法,林业机械人的科技更始平台稀缺也是林业机械人成长迂缓的出处之一。

  林业板滞化是林业新颖化的要紧象征,林业机械人是代外林业板滞化成长秤谌的要紧象征。跟着科技成长、劳动力淘汰、生齿劳动布局的调度,成长林业机械人势正在必行,将对我邦林业技艺革命和林业新颖化成长起到主动宏大的督促影响。

  1)政府主动向导,加大科研加入。正在邦际农林机械人临盆巨头公司看好中邦墟市、纷纷抢滩中邦的配景下,我邦对林业机械人创制业的扶植力度不够,特别是针对适合我邦林情的林业机械人的研发,政府和行业协会缺乏巨子性的指点和调和,告急限制了我邦林业机械人的成长和扩张。闭连部分应加大科技层面的加入,增强计谋维持和墟市向导,敷裕运用履行核心作战工程和调度复兴核心资产变成的墟市需求,加疾饱动林业机械人临盆研发自立化,同时核心扶植林业机械人龙头企业,优化更始人才滋长境况,保护林业临盆须要,动员林业机械人资产成长。政府可对添置林业机械人的用户发睡觉备补贴,进一步刺激内需,督促林业机械人的成长。

  2)占据共性症结技艺。成长林业机械人须要优先成长相对应的症结技艺,对向导邦度宏大项目维持和企业科技更始采用具有要紧的指点影响和实际事理,更好地成长林业机械人还需冲破以下症结技艺:机械人正在繁杂林业境况中的一口气运动限度技艺;自愿避障技艺;对主意随机位子具体切感知和音讯处置,板滞手具体切定位,板滞手抓取力度和模样限度技艺;对繁杂主意的分类技艺;对林业阴恶境况条款的符合技艺;基于树木心理布局的自符合技艺;山地林地自符合技艺;人机交互技艺;林业无人机音讯获取及反应技艺等。

  3)增强林地宜机化改制。“宜机化改制”是近年来针对农业提出的新观点,从最初的“梯田改制”到现正在的“高准绳农田作战”,对农业成长和机械人操纵都是一大助力,就现阶段科技秤谌而言,让机械人去符合总共的农林地形有着很浩劫度,林业比农业境况尤其阴恶、任务对象尤其繁杂、杀青全板滞化功课难度更大,“宜机化改制”更适合林业行业。林地杀青宜机化是我邦林业杀青板滞化和新颖化的要紧枢纽,鞭策宜机化改制对升高林业临盆力、升高林业机械人的应用率和任务成果、杀青可接续成长尤为要紧,也是迅疾杀青林业临盆和筹办板滞化、智能化的另一途径。

  4)注重人才培植,修筑产学研技艺编制。注重林业机械人行业人才培植是鞭策林业机械人成长特殊要紧的枢纽,人才是科学技艺的载体,是以要注重培植林业机械人行业的人才,林业机械人所需的人才是众方面的,不单要有产物斥地和临盆人才,还要有技艺扩张、维修、管制和应用人才,可正在闭连职业技艺学院开设林业机械人创制管制维修职业熏陶;正在农林高校开设林业机械人专业,举行林业机械人本科熏陶培植;正在闭连农林高校、科研院所培植林业机械人学科范畴的硕士、博士探求生,变成完备的人才培植编制,以符合林业机械人的迅疾成长。同时加疾林业机械人科技更始平台作战,以邦度级科研单元牵头构开邦家林业机械人核心测验室和工程技艺核心,加快科技成就转化,作战完整的产学研用科研平台编制。

  5)引进闭连行业高端技艺吸取、改制、更始。林业机械人资产属于高端创制业,其成长正在肯定水准上掉队于工业和农业机械人,能够鉴戒工业和农业机械人的成长经过,将曾经成长颇好的工业和农业机械人引入林业临盆中,并联络林业行业的迥殊环境举行二次斥地和改制,加快研发过程,根据刷新后机械人的实地任务环境再联络我邦林情研制出特属林业行业的机械人。同时吸引更众从事于工、农业机械人的研发和技艺职员参与林业行业,引进、消化吸取、再更始,给林业机械人成长注入强健生机,助林业机械人更疾追上期间成长。

  6)增强邦际配合。外洋农林业机械人成长秤谌普通高于我邦,要保持履行“请进来、走出去”策略,引进外洋农林业机械人研发职员长久或短期到邦内发展科研配合互换并变成长效机制,同时调派科研职员或留学生赴外洋机构配合探求,共修林业机械人邦际更始团队,搭修林业机械人邦际探求平台,主动吸取外洋先辈技艺,督促我邦林业机械人更始,扶植有邦际角逐力的林业机械人企业戮力开垦邦际墟市,与邦际接轨。(作家:刘延鹤 傅万四 张 彬 常飞虎 周修波)

  第一作家:刘延鹤,硕士探求生,闭键探求对象:林业机械人、林业装置与音讯化

  仔肩作家:周修波,博士,副探求员,硕士生导师,闭键探求对象:林业机械人、林业装置与音讯化

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