17、果园杂草管理新视角：3D相机与LiDAR助力低成本小型除草机器人

果园杂草管理新视角：3D相机与LiDAR助力低成本小型除草机器人

1. 果园杂草管理的重要性与挑战

果园中杂草的管理至关重要，它直接影响着水果的产量和质量。杂草会与果树争夺土壤中的养分和水分，为害虫提供栖息地，还会影响灌溉和化学喷洒作业，导致水、除草剂和杀虫剂流向非目标区域。此外，杂草生长迅速，农民需要频繁地使用机械或化学方法进行除草，这使得除草成为农业中一项艰巨的任务，尤其是在大面积和半山区果园。

随着农业劳动力数量的减少和人口老龄化，机器人和自动化机器在果园作业中得到了广泛应用，包括杂草控制。然而，开发果园自主除草机面临两个主要问题：一是如何高效地进行杂草控制，二是如何让车辆在果园的行间（interrow）和行内（intrarow）自主移动。

传统的除草方法，如耕作、骑乘式割草机、步行式割草机和割灌机等，存在一些局限性。耕作可能会破坏果树行间的根系，抑制植物吸收水分和养分；机械割草机作业成本高，需要频繁进行。因此，许多研究人员致力于通过基于机器人的方法和工具来提高除草效率。

2. 果园环境特点对机器人除草作业的影响

果园环境具有复杂性，这对机器人除草作业提出了挑战。果园中存在各种杂草，它们的生长模式、特性和对控制方法的反应各不相同。除草机器人需要具备多功能性，能够有效地处理不同类型的杂草。同时，准确的杂草检测和识别对于有针对性的除草至关重要，这需要机器人系统采用先进的传感器和算法。

此外，一些果树对机械干扰和除草剂的使用较为敏感，除草机器人需要精确操作，避免在有效除草的同时损坏果树。这就要求机器人具备复杂的控制和传感能力。

果园自主驾驶系统通常遵循“感知 - 决策 - 控制”的集成方案。在感知