數(shù)字果樹及其技術(shù)體系研究進(jìn)展

吳 升，溫維亮，王傳宇，杜建軍，郭新宇

（1. 北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心，北京 100097；2. 國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心，北京 100097； 3. 數(shù)字植物北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100097）

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，世界各國(guó)人民對(duì)優(yōu)質(zhì)果品的需求日益增加，果樹種植成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分。中國(guó)果園面積和水果產(chǎn)量均居世界第一，是水果第一消費(fèi)大國(guó)，在產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)方面，果園產(chǎn)量、果品質(zhì)量是衡量果業(yè)發(fā)展的重要指標(biāo)[1]。同時(shí)，果品加工、營(yíng)銷、生態(tài)休閑旅游業(yè)也呈現(xiàn)加速發(fā)展趨勢(shì)，已形成一、二、三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的格局。區(qū)別于大田和設(shè)施園藝作物，果樹具有樹體較大、形態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多年生及果園占地地形地勢(shì)復(fù)雜等特點(diǎn)?，F(xiàn)階段，果樹和果園的數(shù)字化技術(shù)方面，其研究手段和技術(shù)相對(duì)落后，主要體現(xiàn)在管理粗放、數(shù)字化、智能化水平低，相較發(fā)達(dá)國(guó)家，中國(guó)在規(guī)模化果園種植管理方面差距較大，發(fā)展構(gòu)建數(shù)字化果樹技術(shù)體系是未來(lái)智慧果園建設(shè)的重要途經(jīng)[2]。

物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展及其與各行業(yè)的深度融合，正加速推進(jìn)人類社會(huì)向大數(shù)據(jù)、智能化時(shí)代邁進(jìn)[3]，農(nóng)業(yè)科學(xué)正在從理論科學(xué)、實(shí)驗(yàn)科學(xué)和計(jì)算科學(xué)步入以數(shù)據(jù)密集型知識(shí)發(fā)現(xiàn)為研究范式的學(xué)科發(fā)展階段[4]。近年來(lái)，美日歐等發(fā)達(dá)國(guó)家以前所未有的力度推行“數(shù)字農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略”[5]，中國(guó)果樹研究和果園管理要由傳統(tǒng)走向現(xiàn)代，也必須充分借助和利用數(shù)字化技術(shù)。數(shù)字化技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：1）數(shù)字化育種技術(shù)能夠加速育種周期、降低育種成本，提高果品品質(zhì)及多樣性；2）數(shù)字化果園管理技術(shù)，能夠降低生產(chǎn)種植成本，提高果園產(chǎn)量；3）數(shù)字化技術(shù)還能夠應(yīng)用于果品營(yíng)銷，形成果品數(shù)字品牌的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（Intellectual Property，IP）和在線營(yíng)銷模式。因此，果樹科學(xué)研究到果業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用的各個(gè)方面，都迫切需要果樹、果園、果業(yè)的數(shù)字化技術(shù)，建立信息感知、定量決策、智能控制、精準(zhǔn)投入、個(gè)性化服務(wù)等全新的智慧化生產(chǎn)方式，從而快速培育優(yōu)質(zhì)新品種、提高果園管理效率、提高品牌價(jià)值。深入開(kāi)展數(shù)字果樹技術(shù)研究，構(gòu)建數(shù)字果樹技術(shù)體系十分必要。

當(dāng)前，果樹數(shù)字化技術(shù)無(wú)論從科學(xué)研究方面，還是從生產(chǎn)實(shí)際方面，都受到了國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注，并形成一些卓有成效的科研成果。本研究從果樹的數(shù)字化技術(shù)體系方面，探討數(shù)字果樹的科學(xué)內(nèi)涵、基本研究問(wèn)題，構(gòu)建數(shù)字果樹技術(shù)體系，綜述數(shù)字果樹技術(shù)支撐技術(shù)研究進(jìn)展，從技術(shù)應(yīng)用角度，總結(jié)前人在數(shù)字果樹方面開(kāi)展的典型工作、形成的技術(shù)成果以及應(yīng)用案例，并對(duì)當(dāng)前技術(shù)不足和未來(lái)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行展望，以期為數(shù)字果樹研究應(yīng)用提供有益的參考。

1 數(shù)字果樹的概念及其內(nèi)涵

“數(shù)字植物”是指通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)將植物數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)對(duì)植物生命系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)行為的感知和認(rèn)知，為農(nóng)業(yè)科研工作者、生產(chǎn)管理者和教育培訓(xùn)工作者開(kāi)展科學(xué)研究、新品種培育、種植規(guī)劃、科普教育提供數(shù)字化載體[6]。數(shù)字果樹是數(shù)字植物概念在果樹研究和生產(chǎn)中的具體應(yīng)用和實(shí)踐，是綜合運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)，通過(guò)高通量的信息獲取及智能處理來(lái)研究果樹的生命、生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)果樹復(fù)雜系統(tǒng)定量化、可視化感知和認(rèn)知的理論及技術(shù)服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)。數(shù)字果樹是數(shù)字農(nóng)業(yè)的重要專題之一，以數(shù)字化認(rèn)知果樹為核心，通過(guò)多維結(jié)構(gòu)、定量描述、可視感知果樹生命系統(tǒng)內(nèi)涵，外延到大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的果樹種植智慧管理、品種培育和果品品牌營(yíng)銷等數(shù)字化技術(shù)云服務(wù)。數(shù)字果樹是數(shù)字果園的核心驅(qū)動(dòng)器。其概念構(gòu)成如圖1所示。

數(shù)字果樹技術(shù)體系通過(guò)系統(tǒng)高效地獲取果樹、果園和果品等表型大數(shù)據(jù)，對(duì)果樹大數(shù)據(jù)的分析利用和可視化表達(dá)，為果樹新品種選育、果園管理提供數(shù)據(jù)、知識(shí)和服務(wù)，為果品營(yíng)銷、產(chǎn)業(yè)融合等提供數(shù)字化、智能化和可視化技術(shù)、手段和內(nèi)容，具有廣泛的應(yīng)用前景。其作用和意義主要體現(xiàn)在：1）數(shù)字果樹技術(shù)將改變傳統(tǒng)的果樹研究模式，實(shí)現(xiàn)從試驗(yàn)科學(xué)向數(shù)據(jù)科學(xué)的轉(zhuǎn)變，從定性觀察向定量計(jì)算的轉(zhuǎn)變，構(gòu)建其數(shù)據(jù)采集-數(shù)據(jù)建模-數(shù)據(jù)解析-知識(shí)發(fā)現(xiàn)的科研技術(shù)體系，建立從表型信息獲取到表型組、基因組和環(huán)境的基于大數(shù)據(jù)分析的多重組學(xué)研究模式，極大地提升對(duì)果樹復(fù)雜系統(tǒng)定量化感知和認(rèn)知的程度，催生新一代數(shù)字育種技術(shù)和數(shù)字栽培模式。2）數(shù)字果樹技術(shù)將實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)果園到智慧果園的發(fā)展提升，加速果園管理、市場(chǎng)流通和果園休閑旅游營(yíng)銷等方面的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，形成由大數(shù)據(jù)智能感知決策和智能農(nóng)機(jī)精準(zhǔn)作業(yè)為核心的高質(zhì)量、高效益和高效能的模式。在智慧果園管理中，基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的天、空、地一體化表型環(huán)境大數(shù)據(jù)將無(wú)處不在，除草機(jī)器人、修剪機(jī)器人、采摘機(jī)器人、施藥機(jī)器人、水肥一體化系統(tǒng)等智能農(nóng)機(jī)代替人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化果園管理；與大數(shù)據(jù)營(yíng)銷、冷鏈物流、產(chǎn)業(yè)鏈融合結(jié)合，形成果品流通數(shù)字化技術(shù)服務(wù)體系。與第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality, VR）技術(shù)深度融合，構(gòu)建多維體驗(yàn)空間，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合，廣泛地應(yīng)用于農(nóng)技培訓(xùn)、休閑觀光旅游、科普教育、品牌營(yíng)銷等方面。3）數(shù)字果樹技術(shù)將推進(jìn)果品向綠色果品升級(jí)發(fā)展，在果品生產(chǎn)方面，為消費(fèi)者提供安全、健康、優(yōu)質(zhì)、特色、定制化的綠色果品，同時(shí)，整合區(qū)塊鏈技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)可視化技術(shù)，為消費(fèi)者提供綠色果品數(shù)字化溯源體系。4）數(shù)字果樹技術(shù)將為果業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化建設(shè)提供技術(shù)支撐，為果樹科研人員、產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員，提供協(xié)同、可視、體驗(yàn)一體化的科研共享和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用云服務(wù)平臺(tái)，便于合作交流，加速產(chǎn)業(yè)落地應(yīng)用。

2 數(shù)字果樹技術(shù)體系框架

以數(shù)字植物技術(shù)體系為發(fā)展，從果樹數(shù)字化感知、認(rèn)知和應(yīng)用角度，提出并構(gòu)建的數(shù)字果樹技術(shù)體系框架（圖2），其主要技術(shù)環(huán)節(jié)包括：數(shù)字化要素分類、數(shù)字化數(shù)據(jù)獲取、數(shù)字化認(rèn)知模型構(gòu)建以及數(shù)字化應(yīng)用服務(wù)。

數(shù)字化要素分類，按照尺度劃分，包括微觀（分子、細(xì)胞、組織）、器官、分枝、果樹等不同類型；按照數(shù)據(jù)模態(tài)類型劃分，包括結(jié)構(gòu)型（樹形結(jié)構(gòu)、分枝結(jié)構(gòu)、冠層結(jié)構(gòu)、根系結(jié)構(gòu)）數(shù)據(jù)、表觀型（表觀顏色、表觀紋理）數(shù)據(jù)以及環(huán)境型數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)著果樹的生理變化、生長(zhǎng)過(guò)程數(shù)字化特性。

數(shù)字化數(shù)據(jù)獲取，針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型，整合多通道的傳感器、多載荷的表型平臺(tái)以及網(wǎng)絡(luò)傳感傳輸存儲(chǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)果樹數(shù)字化數(shù)據(jù)的天、空、地一體化的信息采集，主要的傳感器類型包括圖像、光譜、激光、熱紅外、X射線、氣象墑情等傳感器，傳感器的載荷平臺(tái)包括高空衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)斷層掃描（Computed Tomography, CT）、地面定點(diǎn)、氣象站等。

數(shù)字化認(rèn)知模型構(gòu)建，基于獲取的數(shù)據(jù)，利用建模技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字果樹模型，其是數(shù)字果樹的內(nèi)核，主要包括四類數(shù)字化模型：1）三維仿真模型，應(yīng)用于三維建模、三維可視化、三維交互等相關(guān)的樹形優(yōu)化、果品展示以及農(nóng)技培訓(xùn)；2）功能結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)用于樹形分析、光合模擬、生長(zhǎng)模型相關(guān)的果樹管理和育種評(píng)價(jià)等；3）農(nóng)業(yè)管理模型，結(jié)合表型技術(shù)，應(yīng)用于果園水肥管理、病蟲害防治、果實(shí)采摘、果品品質(zhì)分級(jí)分揀等；4）組學(xué)分析模型，包括表型組學(xué)、基因組學(xué)、多重組學(xué)等，為果樹育種提供表型選種、表型鑒定以及種植區(qū)域適應(yīng)性評(píng)價(jià)數(shù)字化模型。

數(shù)字化應(yīng)用服務(wù)，圍繞果樹科研和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求，通過(guò)對(duì)數(shù)字化各技術(shù)環(huán)節(jié)一體化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)數(shù)字果樹應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)，如數(shù)字化管理、數(shù)字化育種、數(shù)字化培訓(xùn)、數(shù)字化營(yíng)銷等專有應(yīng)用系統(tǒng)。

3 數(shù)字果樹技術(shù)體系建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 果樹表型信息獲取技術(shù)

表型信息對(duì)果園灌溉管理、病害防治、增產(chǎn)及提高果品品質(zhì)具有重要意義，果樹表型信息獲取是構(gòu)建數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的基礎(chǔ)和關(guān)鍵步驟[7]，以下從果樹表型尺度和獲取平臺(tái)兩方面，對(duì)當(dāng)前果樹表型信息獲取相關(guān)技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行歸類總結(jié)。

按照數(shù)據(jù)尺度劃分，果樹表型數(shù)據(jù)可分為微觀表型、器官表型、樹冠表型、根系表型和果園尺度表型，常見(jiàn)的表型獲取傳感器包括可見(jiàn)光圖像、光譜、熱成像、光探測(cè)、激光雷達(dá)等（表1）。1）微觀表型采用電鏡、共聚焦顯微鏡、CT等高分辨率可穿透成像設(shè)備獲取細(xì)胞、組織等超微結(jié)構(gòu)表型，研究人員使用透射電鏡采集香果樹葉片超微結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)，獲取葉片細(xì)胞內(nèi)葉綠體數(shù)量及占比[8]。2）器官表型多采用多光譜圖像、可見(jiàn)光圖像傳感器、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，獲取葉片病害紋理、小花性狀表型數(shù)據(jù)[9]，獲取果實(shí)的大小、外觀色澤以及病斑等表觀數(shù)據(jù)[10]，獲取果實(shí)成熟度、硬度、可溶性固形物含量等品質(zhì)表型數(shù)據(jù)[11]。3）樹冠表型可用的數(shù)據(jù)獲取手段和傳感器較多，其中，通過(guò)三維數(shù)字化儀獲取冠層枝干結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)三維坐標(biāo)信息，快捷構(gòu)建植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)拓?fù)湫畔⒓靶螒B(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù), 用于分析果樹枝葉生長(zhǎng)規(guī)律和分布特征[12]；利用三維激光雷達(dá)對(duì)果樹進(jìn)行三維掃描，獲取果樹冠層三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，計(jì)算冠層分枝結(jié)構(gòu)、枝量、長(zhǎng)度、葉冠分布等表型數(shù)據(jù)[13-14]；利用激光雷達(dá)結(jié)合光強(qiáng)測(cè)量傳感器，獲取冠層光強(qiáng)三維分布[15]；利用激光雷達(dá)結(jié)合可見(jiàn)光傳感器，獲取樹冠體積、樹冠花果密度等表型數(shù)據(jù)[16]。4）根系表型，采用平板掃描儀二維掃描的方式獲取根長(zhǎng)、根密度等表型數(shù)據(jù)[17]。5）果園尺度表型，以表型車、無(wú)人機(jī)、高分遙感平臺(tái)數(shù)據(jù)獲取方式為主，通過(guò)在表型車上掛載線陣激光雷達(dá)和慣導(dǎo)系統(tǒng)，快速獲取果園株數(shù)、樹冠體積、高度，樹高、冠幅、體積，樹冠透光性、樹冠葉密度和孔隙率[18-19]，通過(guò)在無(wú)人機(jī)平臺(tái)上掛載可見(jiàn)光相機(jī)和多光譜相機(jī)，快速獲取樹冠寬度、周長(zhǎng)、樹冠投影面積、果樹計(jì)數(shù)等表型數(shù)據(jù)[20-21]，通過(guò)高空間分辨率遙感影像解析，獲取果樹識(shí)別、種植面積、種植密度等表型數(shù)據(jù)[22]。

表1 果樹的不同尺度表型數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)獲取平臺(tái) Table 1 Different scale phenotypic data of fruit trees and data acquisition platform

按照表型數(shù)據(jù)獲取平臺(tái)劃分，包括微觀設(shè)備、手持、人載、車載、定點(diǎn)監(jiān)測(cè)、無(wú)人機(jī)、航空遙感等[23]。國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心的研究人員利用三維數(shù)字化儀和激光掃描儀，并研制器官表觀紋理獲取裝置，構(gòu)建了果樹周年物候期冠層高精度三維表型獲取技術(shù)體系[24-25]，實(shí)現(xiàn)了蘋果樹地上部三維重建。澳大利亞悉尼大學(xué)機(jī)器人研究中心研發(fā)的果園表型機(jī)器人[16]，快速測(cè)量果樹花果分布、樹冠體積等表型數(shù)據(jù)。澳大利亞圣保羅大學(xué)研制的表型車載平臺(tái)[18]，掛載激光雷達(dá)，采集柑橘園樹冠體積、果樹高度等表型信息。美國(guó)喬治亞大學(xué)大學(xué)研制的四旋翼無(wú)人機(jī)果園表型采集系統(tǒng)[26]，掛載傾斜攝影圖像傳感器，高通量采集計(jì)算果園果樹樹冠高度、冠幅、面積和體積等表型指標(biāo)。智利阿爾貝托·烏爾塔多大學(xué)研究人員使用衛(wèi)星遙感平臺(tái)，獲取高分光譜圖像，計(jì)算不同品種果樹種植園歸一化差異植被指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI），進(jìn)行果園區(qū)域分割和面積統(tǒng)計(jì)[27]。

近年來(lái)，隨著圖像技術(shù)、激光雷達(dá)技術(shù)和智能控制技術(shù)的發(fā)展逐漸成熟及低成本化趨勢(shì)，表型車、表型機(jī)器人、無(wú)人機(jī)平臺(tái)等智能平臺(tái)以其高通量兼顧高精度的特點(diǎn)，受到廣泛應(yīng)用[28]。而根系表型原位測(cè)量，仍然受限于技術(shù)和設(shè)備成本，難以推廣，仍然是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。同時(shí)，協(xié)同使用不同類型的傳感器和平臺(tái)，獲取多維度、多通道、多時(shí)序的表型數(shù)據(jù)，是未來(lái)果樹表型數(shù)據(jù)獲取技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)之一。

3.2 果樹生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)獲取技術(shù)

果樹生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)字化是數(shù)字果樹的重要組成部分，果樹生長(zhǎng)環(huán)境信息主要包括冠層溫度、濕度、光照強(qiáng)度、光有效輻射、紫外線強(qiáng)度、降雨量、風(fēng)速、風(fēng)向，土壤墑情、土壤微量元素及重金屬含量等，共同形成果園環(huán)境、土壤、大汽連續(xù)體。其中，空氣溫濕度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器和土壤溫濕度傳感器等技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，并在實(shí)際中廣泛應(yīng)用[29]。對(duì)于葉片溫度，使用葉溫儀進(jìn)行測(cè)定[30]。在土壤成分的檢測(cè)方面，已有土壤酸堿度pH值傳感器，能夠?qū)崟r(shí)在線測(cè)定土壤pH值[31]；基于光譜學(xué)分析技術(shù)，快速、實(shí)時(shí)、無(wú)損測(cè)量土壤碳氮等養(yǎng)分含量[32]。果樹生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以低功耗、低延時(shí)、高密度連接各類傳感器，高頻率采集各類環(huán)境數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)云端存儲(chǔ)[33]。

當(dāng)前技術(shù)，對(duì)于果樹生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)獲取，在單點(diǎn)采集方面已有有效技術(shù)方案，但在果園多點(diǎn)傳感器陣列環(huán)境場(chǎng)數(shù)據(jù)采集方面還存在技術(shù)局限性，地上部主要體現(xiàn)在樹冠邊界效應(yīng)問(wèn)題[34]，地下部主要體現(xiàn)在土層結(jié)構(gòu)變化問(wèn)題[35]。三維空間數(shù)據(jù)場(chǎng)計(jì)算技術(shù)是解決果樹生長(zhǎng)環(huán)境空間場(chǎng)多點(diǎn)陣列數(shù)據(jù)仿真的一個(gè)有效途經(jīng)，已有模型在大田環(huán)境溫度、作物蒸騰等方面應(yīng)用，在果園開(kāi)放環(huán)境下，模型的收斂性、準(zhǔn)確性仍然需要進(jìn)一步的研究[36]。另外，在土壤重金屬檢測(cè)方面，傳感器的魯棒性還有待研究。

3.3 果樹三維建模及可視化計(jì)算技術(shù)

通過(guò)構(gòu)建果樹三維模型，在三維空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模式下，解析表型參數(shù)并進(jìn)行可視化計(jì)算是表型指標(biāo)提取和樹形分析的重要途徑之一。按照三維建模技術(shù)分類，果樹三維建模方法分為以下幾類：1）基于圖像的方法，圖像數(shù)據(jù)獲取簡(jiǎn)單、快速且低成本，因此成為樹三維建模研究人員廣泛使用的方法之一，主要包括：基于草圖的方法、基于單幅圖像的方法和基于立體視覺(jué)系統(tǒng)的方法[37]，基于圖像的方法，對(duì)不帶葉主枝枝冠有較好的三維恢復(fù)能力，但很難實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜分枝果樹葉冠重建，另外圖像的獲取對(duì)光環(huán)境魯棒性較差[38]。2）基于三維數(shù)字化的方法，構(gòu)建植物三維模型無(wú)需依賴復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理算法[39]，該方法的缺點(diǎn)是獲取樹形高大的冠層結(jié)構(gòu)費(fèi)時(shí)費(fèi)力成本較高，難以廣泛應(yīng)用。3）基于激光掃描點(diǎn)云的方法，利用三維激光掃描儀對(duì)果樹進(jìn)行三維掃描，獲取果樹冠層三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，常用的果樹點(diǎn)云三維建模方法包括中軸線骨架提取法、Dijkstra測(cè)地線法、廣義旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸法、全局優(yōu)化（Structure-aware Global Optimization Method，SAGO）法、空間殖民法和基于知識(shí)的方法等[40]?；谟?jì)算機(jī)模擬和點(diǎn)云掃描技術(shù)能夠獲取較逼真的三維樹冠模型（圖3），利用三維虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)樹冠進(jìn)行三維建模[41]（圖3a），通過(guò)三維激光掃描儀掃描的蘋果樹點(diǎn)云數(shù)據(jù)[14]（圖3b），并基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建的蘋果樹冠三維模型[14]（圖3c）。基于激光掃描的方法，無(wú)需人工干擾，高精度獲取樹體三維結(jié)構(gòu)信息，是目前果樹三維建模最有效的技術(shù)手段之一，不足之處是受限于葉片遮擋，對(duì)于茂密葉冠果樹，三維建模仍然具有挑戰(zhàn)。

在構(gòu)建的果樹三維模型基礎(chǔ)上，研究人員得以開(kāi)展更高精度的可視化計(jì)算研究，主要包括果樹樹冠三維光分布計(jì)算和樹冠結(jié)構(gòu)功能計(jì)算。其中，果樹樹冠三維光分布計(jì)算，基于網(wǎng)格模型或點(diǎn)云模型[42]，將輻射度技術(shù)與光線追蹤技術(shù)引入到植物冠層三維光分布計(jì)算中來(lái)，可精確模擬冠層內(nèi)植株器官、地面、三維空間上的輻射通量分布，基于三維模型的果樹冠層光分布計(jì)算較大地提高了模擬計(jì)算的精度和可視化效果，Tang等[43]構(gòu)建的桃樹三維冠層光分布模型及其冠層光輻射三維可視化模擬結(jié)果如圖4所示。在果樹結(jié)構(gòu)功能計(jì)算方面，通過(guò)果樹光截獲效率數(shù)字化測(cè)量，構(gòu)建蘋果樹早期生長(zhǎng)的分枝遺傳變異模型[44]；使用數(shù)值計(jì)算方法計(jì)算果樹最優(yōu)化樹形和生理特征，探究果樹分枝與葉冠的關(guān)系、樹形與產(chǎn)量的關(guān)系等[45]；計(jì)算富士蘋果改良高干開(kāi)心形樹冠郁閉的評(píng)判參數(shù)，不同層次、部位的相對(duì)光照強(qiáng)度、不同枝（梢）類型的數(shù)量和比例、果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)分布[46]。

3.4 果樹數(shù)字育種技術(shù)

當(dāng)前，作物育種技術(shù)正在進(jìn)入以基因組和信息化技術(shù)高度融合為主的育種4.0階段[47]，果樹育種技術(shù)也在不斷創(chuàng)新發(fā)展，由單一的實(shí)生選種、雜交育種和芽變選種發(fā)展為常規(guī)育種和分子輔助育種相結(jié)合的方式[48]，細(xì)胞工程技術(shù)廣泛應(yīng)用于果樹遺傳改良，分子標(biāo)記開(kāi)始在育種中應(yīng)用，基因組學(xué)研究發(fā)展迅速[49]。中國(guó)已先后牽頭或自主完成了甜橙、梨、獼猴桃等果樹基因組測(cè)序[50]，并對(duì)桃的品質(zhì)性狀、柑橘多胚性狀等開(kāi)展了研究，取得突破性進(jìn)展[51]，探究了蘋果全基因組（Nin-Link Protein，NLP）響應(yīng)氮饑餓、干旱脅迫的關(guān)系[52]。當(dāng)前，果樹育種已進(jìn)入了數(shù)字化育種時(shí)代，更深入地應(yīng)用基因組學(xué)、表型組學(xué)等多重組學(xué)技術(shù)，針對(duì)植物的細(xì)胞、組織、器官、群體等不同尺度及不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期進(jìn)行綜合大數(shù)據(jù)分析，培育多樣化品種滿足不同用途和不同人群的需求，以及培育抗性好、適合省力化栽培的品種將是未來(lái)果樹品種發(fā)展的方向[53]，與此同時(shí)，構(gòu)建育種信息化系統(tǒng)，便于育種大數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)挖掘，縮短育種周期，加速育種速度。

3.5 果樹大數(shù)據(jù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

數(shù)字果樹是數(shù)字果園的個(gè)體組成部分，果園、果樹數(shù)字化技術(shù)體系還包括以下幾方面。1）果園環(huán)境信息采集技術(shù)，通過(guò)在果園部署安裝低功耗、多節(jié)點(diǎn)的物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，自動(dòng)化采集果園的環(huán)境數(shù)據(jù)，形成果園環(huán)境大數(shù)據(jù)[54]。2）果園監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，通過(guò)對(duì)果園天、空、地一體化觀測(cè)數(shù)據(jù)采集，研發(fā)以模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)為代表的人工智能算法和專家系統(tǒng)，構(gòu)建果園監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)體系[4]和果園生產(chǎn)管理智能決策技術(shù)體系[55]。3）表型大數(shù)據(jù)技術(shù)，植物表型大數(shù)據(jù)具有傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)的典型3V特點(diǎn)，即數(shù)據(jù)量大（Volume）、數(shù)據(jù)的多態(tài)性（Variety）和時(shí)效性（Velocity），同時(shí)還具有3H特性，即高緯度（High dimension）、高度復(fù)雜性（High complexity）和高度不確定性（High uncertainty），通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)果園數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)建、存儲(chǔ)和挖掘。4）果樹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，基于數(shù)字化果樹三維模型、知識(shí)模型，整合虛擬交互技術(shù)和交互智能終端，搭建具有沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和構(gòu)想性（Imagination）3I特性的平臺(tái)系統(tǒng)，構(gòu)建農(nóng)業(yè)虛擬培訓(xùn)技術(shù)體系，品牌營(yíng)銷技術(shù)體系和數(shù)字農(nóng)業(yè)旅游技術(shù)體系[56]。5）果品溯源區(qū)塊鏈技術(shù)，農(nóng)產(chǎn)品的可追溯性和追溯體系的構(gòu)建，其核心是農(nóng)產(chǎn)品全程監(jiān)管數(shù)字化建設(shè)過(guò)程，由可追溯數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè)、數(shù)據(jù)中心建設(shè)以及可視化追溯查詢系統(tǒng)建設(shè)三部分組成[57]，區(qū)塊鏈技術(shù)具有不可篡改、分布式、去中心化、可追溯等技術(shù)特點(diǎn)[58]，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈模式的農(nóng)產(chǎn)品溯源大數(shù)據(jù)服務(wù)中心，能有效解決傳統(tǒng)追溯體系所導(dǎo)致的失信問(wèn)題，可結(jié)合三維網(wǎng)頁(yè)（Three Dimensional Web，Web3D）、虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）等三維交互技術(shù)，構(gòu)建虛實(shí)融合、三維可視、趣味互動(dòng)的數(shù)字化溯源技術(shù)體系。

4 數(shù)字果樹技術(shù)應(yīng)用服務(wù)

通過(guò)數(shù)字化技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字果樹模型和數(shù)字果園，形成數(shù)字化農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)，挖掘果樹生長(zhǎng)生態(tài)規(guī)律、探索果樹生命奧秘，建立表型、環(huán)境型和基因型之間復(fù)雜作用關(guān)系，為育種、栽培和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供基于大數(shù)據(jù)的決策支持，在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：樹形管理、生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)、種植管理、新品種培育等[59]。另外，通過(guò)對(duì)果樹模型、果品模型進(jìn)行三維可視化呈現(xiàn)，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，數(shù)字果樹技術(shù)在農(nóng)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)、技術(shù)推廣、農(nóng)業(yè)旅游、果品營(yíng)銷等方面也有廣泛的應(yīng)用空間[60]。主要技術(shù)應(yīng)用案例如表2所示。

表2 數(shù)字果樹技術(shù)應(yīng)用案例 Table 2 Application cases of digital fruit tree technology

4.1 數(shù)字化樹形管理

通過(guò)對(duì)果樹進(jìn)行三維數(shù)字化建模，構(gòu)建根冠分布三維數(shù)字化模型，通過(guò)數(shù)字化計(jì)算和可視化仿真等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)樹形評(píng)價(jià)、樹形改良、樹形修剪等樹形相關(guān)數(shù)字化管理應(yīng)用?；谌S樹冠模型和三維光分布模型，通過(guò)蘋果樹幾何和拓?fù)涮卣鞯淖兓瘜?duì)冠層光截獲影響的模擬，模擬生成理想樹形[61]，模擬矮化中間砧蘋果樹不同樹形比較[62]，數(shù)字化評(píng)價(jià)不同樹形結(jié)構(gòu)下的透光率、光合作用效率等。通過(guò)改變樹形結(jié)構(gòu)，調(diào)整光環(huán)境，提升果品外觀顏色和果肉營(yíng)養(yǎng)含量[63]。利用三維樹冠光合耦合模型模擬比較中國(guó)4種主要蘋果樹形光合能力的三維分布和日變化，促進(jìn)開(kāi)心型蘋果樹在中國(guó)推廣[64]?；诙S激光掃描技術(shù)，對(duì)蘋果樹樹形參數(shù)化提取，構(gòu)建全樹修剪和主枝修剪兩種修剪模型，應(yīng)用于果樹機(jī)械化修剪[65]。分析甜柿樹籬形冠層特征，為籬形甜柿樹整形修剪提供指導(dǎo)依據(jù)[66]。使用無(wú)人機(jī)表型獲取技術(shù)，對(duì)橄欖樹三維樹形進(jìn)行多時(shí)相監(jiān)測(cè)，評(píng)價(jià)不同修剪策略下的修剪效果[67]，通過(guò)對(duì)砧木品種嫁接甜橙表型數(shù)據(jù)分析，為品種改良提供智能決策指導(dǎo)方案[68]。

4.2 數(shù)字化生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)

利用數(shù)字化技術(shù)，構(gòu)建智能監(jiān)測(cè)模型，對(duì)果樹果園生長(zhǎng)進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)果樹果園數(shù)字化監(jiān)管。主要技術(shù)應(yīng)用包括：通過(guò)在果園部署農(nóng)業(yè)氣象傳感器，實(shí)時(shí)采集果園環(huán)境數(shù)據(jù)，評(píng)估果樹農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，為農(nóng)業(yè)災(zāi)害減災(zāi)提供預(yù)警指導(dǎo)[69]；利用圖像處理技術(shù)，結(jié)合線性回歸模型，快速預(yù)測(cè)蘋果樹的產(chǎn)量[70]；利用3S技術(shù)，在數(shù)字化基礎(chǔ)上，對(duì)花期、果期預(yù)測(cè)分析[71]；基于無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)果園果樹病蟲害進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警服務(wù)[72]。

4.3 數(shù)字化種植管理

在果樹種植生產(chǎn)中，數(shù)字果樹技術(shù)在果園管理節(jié)本增效、優(yōu)質(zhì)安全和輕簡(jiǎn)栽培等方面具有廣泛的應(yīng)用前景和實(shí)踐。具體的應(yīng)用案例包括：通過(guò)雙目視覺(jué)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)獲取樹枝空間信息，對(duì)果樹樹枝進(jìn)行三維重建，構(gòu)建虛擬果樹，為柑橘采摘機(jī)器人避障及路徑規(guī)劃提供了環(huán)境參照[73]；基于數(shù)字目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)果園蘋果識(shí)別定位，輔助蘋果采摘機(jī)器人工作[74]；基于深度學(xué)習(xí)、圖像識(shí)別技術(shù)，快速識(shí)別果樹果實(shí)，開(kāi)展田間測(cè)產(chǎn)，集成應(yīng)用于果實(shí)采摘機(jī)器人中[75-77]；基于土壤環(huán)境數(shù)字化物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)，構(gòu)建水肥一體化模型，為果樹增產(chǎn)、提質(zhì)增效提供解決方案[78]；利用激光掃描技術(shù)，計(jì)算果樹三維冠層不同截面的體積，精確計(jì)算噴藥量，應(yīng)用于果園噴藥機(jī)精準(zhǔn)噴藥[79]。

4.4 數(shù)字化培訓(xùn)與品牌農(nóng)業(yè)

利用構(gòu)建的果樹三維數(shù)字化模型，整合虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，研制果樹修剪整形仿真系統(tǒng)，是當(dāng)前果園管理農(nóng)技培訓(xùn)的重要形式。已有案例包括：將交互式編輯技術(shù)應(yīng)用于柑橘樹的虛擬剪枝和樹形改造[80]；以幼齡蘋果樹為修剪培訓(xùn)對(duì)象，構(gòu)建蘋果樹三維結(jié)構(gòu)、修剪模型和虛擬修剪技術(shù)框架[81]；通過(guò)整合修剪知識(shí)和樹形結(jié)構(gòu)知識(shí)模型，研制三維交互式蘋果樹剪枝教育培訓(xùn)系統(tǒng)[82]；通過(guò)三維建模技術(shù)，構(gòu)建“看動(dòng)畫、學(xué)知識(shí)，玩游戲、長(zhǎng)技能”培訓(xùn)技術(shù)體系，為果農(nóng)、農(nóng)業(yè)職業(yè)院校學(xué)生、農(nóng)技推廣人員等不同人群提供在線化、可視化、互動(dòng)化的技術(shù)培訓(xùn)服務(wù)[83]。

數(shù)字化技術(shù)和農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)結(jié)合，形成可信度較高的農(nóng)產(chǎn)品數(shù)字化溯源系統(tǒng)。已建設(shè)的臍橙、新疆葡萄、芒果等不同類別的果品溯源系統(tǒng)[84-85]，為消費(fèi)者提供了便捷的果品溯源查詢途經(jīng)，將區(qū)塊鏈技術(shù)恰當(dāng)植入農(nóng)產(chǎn)品溯源體系，從種植和倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)、加工環(huán)節(jié)、運(yùn)輸和銷售環(huán)節(jié)，進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化可信溯源[86]。在品牌營(yíng)銷和農(nóng)業(yè)主題旅游方面，基于數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建農(nóng)業(yè)園虛擬現(xiàn)實(shí)創(chuàng)意展示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)園的規(guī)劃設(shè)計(jì)、全景鳥瞰、新產(chǎn)品新設(shè)備推介和互動(dòng)漫游功能，為農(nóng)業(yè)科技的可視化宣傳展示、虛擬互動(dòng)體驗(yàn)和操作培訓(xùn)提供創(chuàng)新的技術(shù)手段，構(gòu)建數(shù)字化科普館和網(wǎng)上三維營(yíng)銷展廳，促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品品牌打造[87]。

5 結(jié)論與展望

本研究從數(shù)字技術(shù)及應(yīng)用服務(wù)角度，論述了數(shù)字果樹的概念內(nèi)涵、構(gòu)建了數(shù)字果樹技術(shù)體系，闡述了數(shù)字果樹技術(shù)體系的邏輯關(guān)系，對(duì)果樹表型及環(huán)境信息獲取、果樹三維建?？梢暬抡?、果園生產(chǎn)管理服務(wù)、數(shù)字育種等方面的數(shù)字化技術(shù)發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)綜述。當(dāng)前，數(shù)字果樹技術(shù)已經(jīng)在數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)建模及種植管理應(yīng)用等方面取得較大進(jìn)展，果樹樹形結(jié)構(gòu)、多年生及其種植環(huán)境的復(fù)雜性特征，為數(shù)字果樹技術(shù)體系的構(gòu)建帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，仍然存在一系列技術(shù)難題亟待解決。在技術(shù)應(yīng)用方面，多模態(tài)的數(shù)據(jù)融合、智能化算法模型、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理等方面還難以實(shí)際應(yīng)用，較成熟的、智能化、系統(tǒng)化的應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)還比較匱乏。

因此，筆者認(rèn)為未來(lái)幾年數(shù)字果樹的研究重點(diǎn)，將聚焦在以下方面：

5.1 果樹表型高通量獲取及解析

從表型出發(fā)，認(rèn)知果樹仍將是構(gòu)建數(shù)字果樹技術(shù)體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從定性到定量的數(shù)字化過(guò)程，要求表型獲取技術(shù)裝備具有高通量的獲取能力，兼顧數(shù)據(jù)獲取的高效率、高精度以及自動(dòng)化。誠(chéng)然，受到果樹自身結(jié)構(gòu)的制約，當(dāng)前較成熟的大田作物室內(nèi)室外高通量表型平臺(tái)，在果樹方面難以適用，筆者認(rèn)為表型無(wú)人機(jī)、表型背包系統(tǒng)及表型機(jī)器人將是未來(lái)廣泛應(yīng)用的果樹表型獲取平臺(tái)。而在根系、微觀尺度、生理表型方面，目前數(shù)據(jù)獲取技術(shù)和裝備還不夠成熟，可借鑒數(shù)字人或其他領(lǐng)域，開(kāi)展相應(yīng)技術(shù)裝備研發(fā)。另外，表型解析的精度和效率仍是制約表型數(shù)據(jù)有效利用的重要技術(shù)環(huán)節(jié)，表型獲取標(biāo)準(zhǔn)、解析算法以及多模態(tài)數(shù)據(jù)融合相關(guān)技術(shù)體系和理論方法仍亟待創(chuàng)新。

5.2 表型數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的組學(xué)研究

果樹表型具有個(gè)體復(fù)雜性和群體制約性特征，區(qū)別于大田作物，果園地理地勢(shì)環(huán)境以及耕種條件，通常地勢(shì)起伏、管理粗放。因此，通過(guò)表型監(jiān)測(cè)技術(shù)平臺(tái)獲取果樹多尺度、多生境、多源異構(gòu)表型數(shù)據(jù)，進(jìn)一步地要整合智慧環(huán)境組數(shù)據(jù)和基因組數(shù)據(jù)，從組學(xué)高度構(gòu)建以數(shù)據(jù)密集型知識(shí)發(fā)現(xiàn)的新型農(nóng)業(yè)科學(xué)研究范式，以此探究果樹“基因型-表型-環(huán)境型”之間內(nèi)在關(guān)系，揭示果樹生命體內(nèi)在和外在科學(xué)規(guī)律，為果樹智慧管理和育種提供機(jī)理支撐。

5.3 數(shù)字果樹大數(shù)據(jù)+人工智能（AI）模型構(gòu)建

果樹數(shù)字化管理涉及到種、肥、水、藥以及樹形管理等多方面，通過(guò)單一技術(shù)指標(biāo)，難以構(gòu)建智能化的服務(wù)模型。通過(guò)高通量表型平臺(tái)，時(shí)序、規(guī)模化地獲取數(shù)字果樹數(shù)據(jù)，形成果樹大數(shù)據(jù)，由大數(shù)據(jù)產(chǎn)生知識(shí)，形成智能服務(wù)模型?？深A(yù)見(jiàn)未來(lái)果樹管理服務(wù)模式將以“大數(shù)據(jù)+AI模型”相結(jié)合的智能化技術(shù)管理方案。具體地以基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的機(jī)器學(xué)習(xí)和基于大規(guī)模數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)為主的智能決策技術(shù)，和大數(shù)據(jù)計(jì)算、云服務(wù)技術(shù)，以此構(gòu)建數(shù)字果樹大數(shù)據(jù)挖掘方法體系，優(yōu)化數(shù)字果樹中的智能模型，為生產(chǎn)指導(dǎo)提供“數(shù)據(jù)+模型”的智能決策服務(wù)，實(shí)現(xiàn)AI種植數(shù)字化管理。

5.4 可視農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用

數(shù)字果樹在可視農(nóng)業(yè)中的技術(shù)應(yīng)用和服務(wù)模式構(gòu)建的潛力仍待挖掘和推廣，主要體現(xiàn)在數(shù)字化技術(shù)在科研生產(chǎn)中和農(nóng)業(yè)品牌營(yíng)銷中兩個(gè)方面技術(shù)應(yīng)用。引入數(shù)字孿生技術(shù)和科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字化的協(xié)同共享、虛實(shí)融合、以虛控實(shí)的技術(shù)服務(wù)體系，預(yù)期能夠推進(jìn)果樹科研和產(chǎn)業(yè)服務(wù)發(fā)展。把數(shù)字果樹三維模型與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)整合，將果樹生長(zhǎng)環(huán)境、果品加工過(guò)程，以三維可視化、直播互動(dòng)的形式呈現(xiàn)給消費(fèi)者，讓消費(fèi)者放心購(gòu)買優(yōu)質(zhì)果品，形成數(shù)字化品牌營(yíng)銷服務(wù)模式技術(shù)解決方案，實(shí)現(xiàn)果品數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、品牌化營(yíng)銷。

5.5 數(shù)字果樹支撐無(wú)人農(nóng)場(chǎng)建設(shè)

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能以及機(jī)器人技術(shù)的不斷完善和成熟，以全天候、全過(guò)程、全空間無(wú)人化作業(yè)特征的無(wú)人農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)模式被認(rèn)為是未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的新模式和方向。智能驅(qū)動(dòng)果園機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等智能裝備精準(zhǔn)作業(yè)的前提是實(shí)現(xiàn)果樹、果園數(shù)字化構(gòu)建和智能化認(rèn)知，數(shù)字果樹技術(shù)體系為無(wú)人果園建設(shè)提供重要技術(shù)支撐。實(shí)際應(yīng)用中要打通技術(shù)與技術(shù)，技術(shù)與平臺(tái)之間的壁壘，主要體現(xiàn)在：數(shù)字果樹技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建果園作業(yè)自動(dòng)駕駛服務(wù)，數(shù)字果樹技術(shù)和機(jī)器人控制技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建果園植保、修剪和采摘等無(wú)人化作業(yè)服務(wù)，數(shù)字果樹技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)合，構(gòu)建果園智能灌溉和預(yù)警服務(wù)。