采摘芽

3月21日，在浙江杭州西湖區(qū)西湖龍井原產(chǎn)地一級(jí)保護(hù)區(qū)的茶園里，除了忙碌的采茶工人外，還有三位特殊的“采茶小工”—— 智能采茶機(jī)器人。

只見，采茶機(jī)器人擺動(dòng)機(jī)械臂，將采摘上來(lái)的茶葉送入存儲(chǔ)盒中。走近更加仔細(xì)觀察后，潮新聞?dòng)浾甙l(fā)現(xiàn)，機(jī)械臂采茶要分兩步，一剪一吸。機(jī)械臂的末端有一把小剪刀，會(huì)根據(jù)定位信息找準(zhǔn)芽葉的葉柄，一刀下去，芽葉從枝頭分離，同時(shí)附在機(jī)械臂末端的負(fù)壓吸管會(huì)把剪下來(lái)的芽葉吸進(jìn)吸進(jìn)機(jī)械手的暫存盒中。

這個(gè)“采茶小工 ”的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，是浙江理工大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)器人與裝備創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。國(guó)家茶葉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家、農(nóng)業(yè)機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人武傳宇教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)5年左右不斷迭代，研發(fā)出了自主識(shí)別茶樹芽葉的采茶機(jī)器人。今年亮相的是由他們研發(fā)的第六代智能采摘機(jī)器人。

不斷更新迭代

難度好比在農(nóng)田里繡花

“今天在現(xiàn)場(chǎng)的有三臺(tái)，中間那臺(tái)是‘第六代采茶機(jī)器人’，機(jī)械臂增加到了4只。”武傳宇教授告訴記者，從 2019 年開始，浙江理工大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)器人與裝備創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)針對(duì)人工智能深度學(xué)習(xí)、深度相機(jī)定位、機(jī)器人機(jī)械臂等在技術(shù)上進(jìn)行不斷的研發(fā)與測(cè)試，突破了一個(gè)個(gè)難點(diǎn)。

與去年的第五代采茶機(jī)器人相比，今年的升級(jí)版在多只手的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方面做了相應(yīng)的提高，保證每只運(yùn)動(dòng)手能各司其職、相互協(xié)同完成采摘任務(wù)。在末端設(shè)計(jì)方面，也做了很大改進(jìn)，真正模擬人工采摘?jiǎng)幼?，?shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、無(wú)損采摘。

“模擬人工采摘?jiǎng)幼鳌笨粗菀?，但想要在茂密的茶樹枝中識(shí)別嫩芽，采茶工人憑借的是豐富的經(jīng)驗(yàn)，而這臺(tái)機(jī)器卻是借助了人工智能，通過(guò)對(duì)大量圖像數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，以及大數(shù)據(jù)算法等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)嫩芽自動(dòng)識(shí)別，并通過(guò)控制機(jī)械臂做到精準(zhǔn)采摘茶葉。

智能采茶機(jī)器人要攻克的難點(diǎn)之一就是“識(shí)別難”。該團(tuán)隊(duì)黨支部書記陳建能教授介紹說(shuō)：“茶樹芽葉不像水果蔬菜，形狀規(guī)則、顏色差別大容易識(shí)別，茶樹新長(zhǎng)的芽葉和老葉的區(qū)別很小，形狀又不規(guī)則，這是非常難的?！?

機(jī)器人怎樣識(shí)別芽葉和老葉的呢？采茶機(jī)器人里有一套叫做深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別模型，通過(guò)對(duì)大量茶樹芽葉圖像數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，可以自動(dòng)識(shí)別茶樹芽葉。通俗來(lái)講就是利用人工智能的深度學(xué)習(xí)功能，讓采茶機(jī)器人學(xué)會(huì)識(shí)別茶樹芽葉。

“前期，我們會(huì)向采茶機(jī)器人系統(tǒng)輸入大量的茶樹芽葉照片，通過(guò)處理和分析，采茶機(jī)器人就會(huì)記住芽葉的形狀和紋理等，自己歸納出照片中芽葉的特征，輸入的照片越多，機(jī)器人的知識(shí)庫(kù)就越豐富，學(xué)起來(lái)也越扎實(shí)，對(duì)芽葉識(shí)別的準(zhǔn)確率也就越高?！眻F(tuán)隊(duì)成員、識(shí)別組桂江生副教授解釋。

除了擁有聰明又好學(xué)的腦袋，采茶機(jī)器人還有一雙厲害的眼睛。團(tuán)隊(duì)成員賈江鳴副教授介紹，經(jīng)過(guò)不斷的探索和實(shí)驗(yàn)，智能采摘機(jī)器人使用雙目攝像頭掃描茶葉，和人的兩只眼睛一樣， 實(shí)現(xiàn) 3D 定位，從而精準(zhǔn)找到芽葉所在位置。

識(shí)別、定位好茶葉芽葉后，接下來(lái)就是怎么樣能快速、無(wú)損的把它采摘下來(lái)。這時(shí)，就需要用到機(jī)器人的另一個(gè)法寶——機(jī)械臂。

“相比于工業(yè)機(jī)器人處于一個(gè)人造的穩(wěn)定環(huán)境，農(nóng)業(yè)機(jī)器人面對(duì)的是一個(gè)非結(jié)構(gòu)化、千變?nèi)f化的環(huán)境。這對(duì)機(jī)械臂提出了很高的要求?！眻F(tuán)隊(duì)成員、定位組賀磊盈副教授說(shuō)，“風(fēng)速、光照、坡度等因素都會(huì)影響機(jī)械臂的采摘?！?

一般來(lái)說(shuō)，早春茶的一芽一葉在 2 厘米左右，葉柄只有幾毫米，芽葉一般長(zhǎng)在老葉和老梗之間，所以對(duì)機(jī)械臂的操作精準(zhǔn)度要求非常高，剪得歪了，就會(huì)破壞茶樹枝梢，造成損傷，或剪下來(lái)的芽葉不完整。

“我們就好比在農(nóng)田里繡花，讓采茶機(jī)器人完成毫米級(jí)的作業(yè)任務(wù)?！眻F(tuán)隊(duì)成員們感嘆研發(fā)不易。

與人工采摘比需改進(jìn)

努力把可行變成可用、好用

全新升級(jí)的第六代智能采茶機(jī)器人比去年第五代版本提供了50%工作效率，一臺(tái)機(jī)器能代替1.5個(gè)人工，也就是說(shuō)一臺(tái)機(jī)器能夠替代一個(gè)半工人，一天可采摘干茶1.5斤。

機(jī)器人采摘的芽葉，與人工采摘的相比，品質(zhì)如何呢？

“我們看，這是60年經(jīng)驗(yàn)采茶阿姨和機(jī)器分別采的芽葉，手工采摘芽葉非常均齊，差不多大小。機(jī)器采的已經(jīng)非常不錯(cuò)了，芽頭精準(zhǔn)判別出來(lái)了，但除了一芽一葉，有時(shí)候還會(huì)把老葉片采進(jìn)去，以后還有改進(jìn)空間。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所專家評(píng)價(jià)。

“農(nóng)業(yè)智能采茶是可行的，而要把可行變成可用、好用，未來(lái)我們還有很長(zhǎng)的路要走?！标惤鼙硎?，目前這款機(jī)器人還處于實(shí)驗(yàn)室階段，接下來(lái)浙江理工大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)器人與裝備創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)實(shí)驗(yàn)、研發(fā)，努力提高采摘效率、采摘質(zhì)量。

“前年研發(fā)的第四代采茶機(jī)器人通過(guò)軌道可以在丘陵山地使用，去年第五代智能采茶機(jī)器人采用履帶的方式前后移動(dòng)，適應(yīng)緩坡地面，實(shí)現(xiàn)了茶園全地形的覆蓋。今年第六代機(jī)器人就更穩(wěn)了?！标惤芙淌谘a(bǔ)充解釋說(shuō)，機(jī)器人上面還裝有六塊太陽(yáng)能板，可以做到自供電。  

據(jù)了解，采茶機(jī)器人是浙江省農(nóng)業(yè)“雙強(qiáng)”重點(diǎn)突破試點(diǎn)項(xiàng)目和“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目的研究成果。

浙江省各地?fù)碛写竺娣e茶園，發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)關(guān)系著當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的增收問(wèn)題，也能有效助力浙江高質(zhì)量發(fā)展建設(shè)共同富裕示范區(qū)。隨著人工成本的提高，未來(lái)誰(shuí)種田的矛盾越來(lái)越突出。

“農(nóng)業(yè)的根本出路在于機(jī)械化，實(shí)際上，茶葉也一樣，勞動(dòng)力越來(lái)越短缺，今后還是要依靠機(jī)械，從而解決目前茶農(nóng)遇到的用工缺、用工貴問(wèn)題。幫助農(nóng)民持續(xù)增收，做大做強(qiáng)茶產(chǎn)業(yè)，是我們科技工作者應(yīng)該努力的一個(gè)方向?！标惤苷f(shuō)。

來(lái)源：潮新w 記者 陳素萍 姚群 通訊員 張若嫻，

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盡管隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和種植的發(fā)展，茶樹在種植過(guò)程中采用了越來(lái)越多的科學(xué)技術(shù)，但是對(duì)與采茶后的茶樹如何更好的管理，才能在來(lái)年獲得更多品質(zhì)優(yōu)良的茶葉一直是茶農(nóng)在種植中十分關(guān)心和看中的問(wèn)題。

而茶樹作為一種及其特殊的農(nóng)作物，與蔬菜和果樹有很大的區(qū)別，就是其產(chǎn)品主要是基于新發(fā)的嫩芽和嫩葉，從植物學(xué)上來(lái)講采摘嫩芽嫩葉對(duì)植株的生長(zhǎng)發(fā)育是有非常重大的影響的，在采茶后如何將這個(gè)影響降低到最低，是需要采取多種措施。

一、及時(shí)足量追肥

一般而言，在一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)茶葉的采摘并不是一次性的，很多茶園采茶在2到3次，比較常見的多為春茶和秋茶，一些品種也會(huì)采集夏茶，冬季氣溫比較低，茶樹處于生物的自我保護(hù)，生長(zhǎng)速度會(huì)比較緩慢。

所以一般情況下冬季采茶比較少，熱帶地區(qū)種植的和極少數(shù)品種除外。茶樹作為一種小型灌木，本身生長(zhǎng)對(duì)肥料的要就比較多，而采茶又主要是摘取其新發(fā)的嫩芽和嫩葉，更有一些品種只采摘芽心，從植物學(xué)上來(lái)講，采茶是對(duì)茶樹生長(zhǎng)的一個(gè)傷害。

春茶采摘前的新葉萌發(fā)時(shí)期，要進(jìn)行一次追肥，此次追肥既能促使新葉新芽更多萌發(fā)，也能為茶樹恢復(fù)生機(jī)提供足夠的養(yǎng)分，而春芽也往往是一個(gè)完整生產(chǎn)周期中茶葉質(zhì)量最好的。

采摘完后，需要再次追肥，補(bǔ)充茶樹因?yàn)槊刃露牡拇罅筐B(yǎng)分，同時(shí)促進(jìn)夏茶的生長(zhǎng)和萌發(fā)。同樣的，夏茶采摘完成后，也需要追肥。秋茶的采摘是茶葉生產(chǎn)周期中除了春茶之外的一個(gè)重點(diǎn)階段。

所以無(wú)論經(jīng)過(guò)夏茶采摘沒(méi)有，在秋茶采摘前都要追肥。一般茶樹的追肥以速效復(fù)合肥為主，提供充足的氮磷鉀，市面上也有茶樹專用的復(fù)合肥可以選用。秋茶采摘完成后，需要結(jié)合茶園整理進(jìn)行全方位的追肥。

二、科學(xué)合理灌溉

茶樹喜歡生長(zhǎng)在土壤和空氣濕度比較大的地方，所以對(duì)于茶樹的管理，尤其是采摘后的管理除了及時(shí)足量追肥之外就是要科學(xué)合理的灌溉。

尤其是在春茶采摘完成后，氣溫逐漸升高，茶樹本身的對(duì)水分的需求也增多，而追肥要迅速被茶樹吸收利用也要求土壤有足夠的水分。

對(duì)于茶樹灌溉，有條件的建議安裝滴灌噴灌等節(jié)水灌溉設(shè)備，既可以滿足灌溉的需求，又能夠控制灌溉的量，還能節(jié)省人工成本和用水成本。需要提醒的是，盡管茶樹對(duì)水分的需求比較多，但是澆水要根據(jù)種植的品種、天氣情況以及生長(zhǎng)階段綜合確定。

土壤水分過(guò)多一樣會(huì)影響茶樹的生長(zhǎng)，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致爛根以及引發(fā)其他病害，所以茶園要提前挖好排水溝，盡量防止出現(xiàn)內(nèi)澇。

三、及時(shí)松土除草

就目前的生產(chǎn)實(shí)際，采茶有其特殊要求，所以當(dāng)前采茶仍然是以人工手工采摘為主，機(jī)械化采茶設(shè)備還比較少見。因?yàn)樵诓烧袝?huì)在茶園進(jìn)行反復(fù)的走動(dòng)和踩踏，對(duì)茶園的土壤而言會(huì)加重其板結(jié)的程度。

采茶站立的部位距離茶樹的根系都很近，采茶完成后如果不及時(shí)對(duì)茶園進(jìn)行松土，會(huì)導(dǎo)致茶樹根部土壤比較密實(shí)，不利于根系的呼吸以及水分的滲透和揮發(fā)，影響后續(xù)茶葉的質(zhì)量和產(chǎn)量。

松土結(jié)合除草一并進(jìn)行，以盡可能的減少雜草吸收養(yǎng)分，也能減少病蟲害的生存空間和食物來(lái)源。需要注意的是松土的深度要注意，不要超過(guò)10公分，以免對(duì)根系造成傷害。

四、科學(xué)進(jìn)行修剪

經(jīng)常進(jìn)行修剪，無(wú)論是從定型整冠還是提高產(chǎn)量和質(zhì)量的角度，修剪都是必須的管理過(guò)程。

修剪主要是盡量擴(kuò)大枝丫之間的空間，提高透氣性和通風(fēng)能力，同時(shí)對(duì)于病枝、舊枝和老枝進(jìn)行清理，是養(yǎng)分能更加集中。

五、注重病蟲害防治

生長(zhǎng)過(guò)程中容易出現(xiàn)病蟲害，由于茶樹種植的連片性，一旦出現(xiàn)病蟲而防治不及時(shí)很很容易就會(huì)造成整個(gè)茶園的傳染，特別是一些危害葉子的病蟲害對(duì)茶農(nóng)造成的損失有可能是絕收。

因此需要十分注意。一般情況下，為了產(chǎn)茶的品質(zhì)，茶園盡可能的采取物理和生物防治的方式進(jìn)行病蟲害防治，但是出現(xiàn)嚴(yán)重病蟲害時(shí)，也要及早使用藥物并嚴(yán)格遵循說(shuō)明，防治藥物殘留和藥害。

總之，茶葉采摘隨時(shí)都可以進(jìn)行，而處于制茶的要求以及品質(zhì)管控，采茶都有一定的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間段在整個(gè)茶樹的生長(zhǎng)周期中所占的時(shí)間并不長(zhǎng)，但其對(duì)茶樹的后續(xù)生長(zhǎng)產(chǎn)生的影響很大，要防止茶樹因?yàn)椴刹瓒l(fā)生早衰或病害，必須要做好采茶后期的各項(xiàng)管理。