葡萄吹土机

导读：　葡萄吹土机(共7篇)[我爱发明]葡萄埋藤机 翻土覆藤(发明人王茂博)[我爱发明] 20161224 翻土覆藤 本期节目主要内容： 吐鲁番地区葡萄架低矮，埋藤要绕过葡萄架取土掩埋，大机器进不去也绕不过，小机器干不了这么重的活。新疆昌吉的王茂博发明了新机器，将两个发动机装在小拖拉机上，又加上自动避障功能，终于解决问题。（《...

篇一 葡萄吹土机
[我爱发明]葡萄埋藤机 翻土覆藤(发明人王茂博)

　　[我爱发明] 20161224 翻土覆藤

　　本期节目主要内容： 吐鲁番地区葡萄架低矮，埋藤要绕过葡萄架取土掩埋，大机器进不去也绕不过，小机器干不了这么重的活。新疆昌吉的王茂博发明了新机器，将两个发动机装在小拖拉机上，又加上自动避障功能，终于解决问题。（《我爱发明》 20161224 翻土覆藤）

　　发明人联系方式：王茂博  电话：13999156617

　　发明摘要：本实用新型公开了一种葡萄埋藤机，包括机架以及安装在机架上的发动机和减速器动力总成，所述的动力总成通过导向滑槽安装在机架上，机架安装在拖拉机尾部，机架底面下水平设置着横向液压缸，横向液压缸的活塞杆自由端与动力总成侧面铰接在一起，动力总成壳体的一侧面设置着一根悬臂，悬臂的下端通过轴承座安装着切土盘，切土盘的盘面上呈中心对称均布间隔设置着刮板，发动机带动减速器通过悬臂内安装的传动机构驱动切土盘旋转，机架底面下还设置着葡萄架位置感应器。本实用新型能够快速有效地对葡萄藤进行机械掩埋，同时不会伤及葡萄藤，使用省时省力，工作效率高。

　　

　　

　　

　　

　　

篇二 葡萄吹土机
[我爱发明]葡萄剪枝机 葡萄理发师(发明人王茂博)

　　[我爱发明] 20161014 葡萄理发师

　　本期节目主要内容： 新疆昌吉回族自治州的王茂博发明的葡萄剪枝机，巧妙地利用并改进了割草机刀片，并将其与液压系统、多维操作系统相结合，能有效代替人工完成繁重的葡萄剪枝工作，适用于立架式葡萄的剪枝作业，且效率较高。节目中对该项目的剪枝效果、剪枝效率、以及用户体验情况等进行了测试，并设置兼顾效率和质量的人机比赛，氛围热闹有趣。（《我爱发明》 20161014 葡萄理发师）

　　新闻：近日，记者在五家渠市102团种植户任建发的葡萄地里，见到了这台新发明的葡萄剪枝机，在一个小时的时间里，这台机器完成了五亩多地葡萄的剪枝任务。

　　葡萄种植户任建发说：这个机子用着比人工省好多。我这么多地，一遍下来省3万多块钱，而且节省时间。

　　葡萄剪枝机发明人王茂博告诉记者：这台机器是门式剪枝机，它一次可以剪三个立面，这个机器是利用拖拉机的动力，液压马达带动这个往复式割刀，一遍就剪过去，剪得很齐。

　　说到为什么要研发这样一台葡萄剪枝机，发明人王茂博告诉记者，昌吉地区葡萄种植特别广泛，每年葡萄要进行4次剪枝，都是人工完成的，既费时成本又高，鉴于国内目前葡萄剪枝机存在空白，王茂博就萌生了发明葡萄剪枝机的想法。

　　葡萄剪枝机发明人王茂博说：葡萄剪枝的时候，工作量特别大，人工很难找。而且剪枝的时候气温特别热，有这个机器以后，可以大大减少人的工作的负担。这个机器经过改良已经是第二代了，一天可以剪五六十亩，抵二三十个人工。

　　发明人联系方式：王茂博 13999156617

　　发明摘要：本实用新型公开了一种葡萄剪枝机，包括机架以及由动剪和定剪构成的修剪机构，修剪机构为三个，机架呈L形，机架的下部水平端安装在行走机械前部，机架的竖直端为带有液压缸的伸缩端，机架伸缩端顶部固接着一个带有液压缸的水平伸缩臂，水平伸缩臂外侧端与所述修剪机构的定剪上端固接在一起，该定剪下端与机架下部水平端平齐，机架伸缩端前部与另一个修剪机构的定剪固接在一起，该两个修剪机构的定剪均为竖向布置且相互平行，机架伸缩端顶部后侧水平间隔固接着第三个修剪机构的定剪，第三个修剪机构的动剪刃口与两个竖向修剪机构的动剪刃口朝向一致，第三个修剪机构与所述的水平伸缩臂相互平行。

　　

　　

　　

　　

　　

篇三 葡萄吹土机
葡萄藤越冬埋土机的设计

篇四 葡萄吹土机
葡萄土肥水管理技术

葡萄土肥水管理技术 时间：2008-10-29 9:15:33 点击：3760

俗话说的好，“庄稼一枝花，全靠肥当家”。葡萄施肥与其他果树一样，即需要N、P、K、Ca等元素，也需要Zn、B、Mn等微量元素。要想用好肥，就要知道各种肥料的作用。

一、主要矿质元素的作用

1.氮(N)：N是蛋白质、核酸、酶、维生素、磷脂和生物碱等生命物质的主要组成成分。氮素供应不足，葡萄植株无法正常生长。在适当的氮素条件下，葡萄萌芽整齐，授粉、受精、座果良好，不仅保证当年丰产，而且果实品质好，还影响次年产量。如氮肥过多，则叶片薄大，新梢徒长，落花落果重，座果率下降，枝条不充实，果着色不良，成熟延迟，品质下降，酿酒则酒质不佳。在葡萄的施肥上：一是避免大量施用以氮肥为主的有机肥和化肥，造成肥料比例失调，出现氮肥过多的不良症状；另一方面避免氮肥相对不足，有时因为果实负载量太高，土质贫瘠或整形修剪不当，造成果实着色不良，新梢过早地停止生长。因此，使用氮肥的多少以及何时施用氮肥，一定要根据土地肥力和葡萄的树势状况。

2.磷(P)：P是核蛋白、磷脂、核酸的主要成分，主要存在于速长的部位，如花、种子等，葡萄植株所有器官都含磷元素。供应充足的磷，有利于葡萄开花、座果。有人进行施磷肥试验，认为随土壤磷酸浓度的增加，座果率提高，果穗增重；磷对葡萄花芽分化的作用比其它元素要明显。磷肥还可以促进吸收根的生长，增加根的数量，促进枝蔓成熟，增强抗病抗旱抗寒力等。

3.钾(K)：葡萄为喜钾植物。钾对于光合最作用和糖的转运起主要作用。在浆果成熟期钾促进糖分大量进入果实。钾对葡萄的重要作用是促进浆果成熟，改善浆果品质，增加浆果的含糖量，促进浆果上色和芳香物质的形成，还能提高出酒率。施钾肥有利于根系发育，缺钾引起叶缘黄化、枯焦、果穗穗轴和果粒干枯等生理病害。

4.锌(Zn)：Zn参与叶绿素和生长素的合成。缺锌时新梢节间短，叶片小而且失绿，果穗上形成大量无粒小果，常常绿而且硬。小叶小果是缺锌的主要特征。

5.硼(B)：B属微量元素，硼影响酶的作用，能促进花的受精、座果，能促进糖的转运，减少畸形果。缺硼，抑制花粉管发育，花蕾不能正常开放，严重时造成大量落花、落果。缺硼的新梢节间变短、易脆折，叶面凹凸不平，在果皮下的果肉中产生褐斑。

6.钙(Ca)：Ca是细胞壁和细胞间层的组成成分，还大量存在液泡中。钙缺乏时，影响细胞正常功能。在葡萄植株体内，钙主要在老熟器官中积累，但生长发育的组织需钙量也很大。它有利于根的发育和吸收作用，缺钙时有缺氮的症状。北方地区使用波尔多液，一般不缺钙。在我国南方酸性或偏酸性土壤上，施用石灰后可提高葡萄浆果品质和增加产量。

7.铁(Fe)：Fe是参与多种氧化还原酶的组成，参与细胞内的氧化还原作用。缺铁导致葡萄植株黄化，叶片失绿，但与缺镁失绿症不同，首先表现为顶端嫩叶发生全面黄化，仅叶脉保留绿色。铁在葡萄植株体内不能再重复利用，因此，黄化病首先在幼叶上表现症状，而老叶仍为绿色。严重缺铁时，新梢变为黄绿色甚至黄色。植株缺铁往往与土壤偏碱有关。

8.镁(Mg)：Mg是叶绿素的重要成分，和光合作用密切相关。镁在葡萄植株体内主要存在于活跃的幼嫩组织和器官中。缺镁时磷的代谢作用不良，新梢顶端呈水浸状，叶片失绿、黄化，只有叶脉呈绿色，座果率和果粒重下降。

二、N、P、K三元素的使用比例和施肥量

据报道：生产1000kg葡萄所需要的N：5～10kg，P2O5：2～4kg，K2O：5～

10kg。仅做参考，具体还要根据土壤本身的肥力而定。2000年国家轻工局颁布的葡萄酒生产管理办法规定：生产一吨酿酒葡萄所需要吸收的元素量：氮8.5kg、磷3.0kg、钾11.0kg、钙8.4kg、镁3.0kg、硫1.5kg及其它微量元素。

三、施肥时期

施肥时期应密切结合葡萄的生长发育阶段。萌芽后，随着新梢生长，叶面积逐渐增大，对氮肥的需求迅速增加；随后，浆果生长和发育对氮肥的需求量加大，植株对氮肥的吸收量明显增多；在开花、座果后，磷的需求量稳步增加；在浆果生长过程中钾的吸收量逐渐增加，以满足浆果的生长发育需要。

1.基肥。秋末施用基肥比不可少，主要用有机肥料和部分化肥(N、P、K肥等)。施基肥的深度应达根系主要分布层。有机肥在土壤里逐渐分解，可供来年植株生长发育需要。在秋季，葡萄根系进入第二次生长峰，此时施肥，断根的再生力和吸收作用均强。如果施用的有机肥料含有秸秆类的堆肥，则可适当掺入含氮多的人粪尿，以调节碳、氮比值，有利于堆肥腐熟。秋施基肥和土壤深翻相结合，一举两得。

由于有机肥是逐渐分解的，肥效较长，施基肥不应在同一位置上年年重复进行，应在不同位置轮换施肥。

2.萌芽前追肥。此期以速效性氮肥为主，如尿素、碳酸氢铵等。进入伤流期，葡萄根系吸收作用增强，萌芽前追肥效果明显，可以提高萌芽率，增大花序，使新梢生长健壮，从而提高产量。如秋施基肥足量，可以不在此期追肥。

3.开花前追肥。以速效性的氮、磷肥为主，可适量配合钾肥。这次追肥对于葡萄的开花、授粉、受精和座果以及当年花芽分化都有良好影响。因易落花落果，对巨峰葡萄花前一般不宜追施氮肥，应在开花后追肥用。

4.幼果期追肥。以N、P、K为主。其主要作用是，促进浆果迅速增大，减少小果率，促进花芽分化。同时，正值根系开始旺盛生长，新梢增长又快，葡萄植株要求大量养分供应。如果植株负载量不足，新梢旺长，则应控制速效性氮肥的施用。

5.浆果成熟期追肥。钾、磷肥(除速效性磷钾肥外，还可用草木灰等农

家肥)为主，在浆果开始上色时，施入大量的含钾、磷为主的草木灰或腐熟的鸡粪等。此期一般不要施用氮肥，但在果穗太多或者在贫瘠沙砾土上的葡萄园，雨季后的浆果成熟期，应适当施用氮肥。否则，氮肥不足。

6.采后肥。是磷、钾肥，配合适量氮肥，目的促进花芽发育枝条成熟。采后肥可结合秋施基肥一起施用。

四、叶面施肥

首先明确一点，叶面施肥仅仅是土壤施肥的补充。它是葡萄缺肥时的一种应急措施，特别是补充铁、锌、硼等微量元素肥料。不能用叶面施肥代替土壤施肥。

1、葡萄植株所需要的营养元素有哪些?

葡萄在整个生命活动过程中，对营养元素的要求是多种多样的，其中需要量较大的有碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫，铁10大元素，一般称多量元素或“大量元素”。硼、锌、锰、铜、钴对葡萄植株的生长也有一定的作用，一般称为微量元素。

2、氮素对葡萄生长结实有何影晌?

氮是组成各种氨基酸和蛋白质所必需的元素，而氨基酸又是构成植物体中核酸、叶绿素、生物碱、维生素等物质的基础。由于氮在植物生长过程中能促使枝、叶正常生长和扩大树体，故称枝叶肥。对葡萄植株来说，氮肥能促使枝、叶繁茂，光合效能增强，并能加速枝、叶的生长和促使果实膨大。对花芽分化、产量和品质的提高均起到重要作用。由于氮素易分解，在土壤(特别是沙土)中易流失，因此必须分期追施。

氮肥过多，会引起枝叶徒长，落花落果严重，甚至当年枝蔓不能充分成熟，浆果着色不良，品质下降，香味变淡。另外，由于枝蔓成熟不良，花芽分化【葡萄吹土机】

不好，并易遭受病虫害的为害和大大降低越冬性能。氮过多时，还能使葡萄酒中的蛋白质增多，不易澄清且容易败坏，风味也不佳。氮素不足时，葡萄植株瘦弱，叶片小而薄，呈黄绿色，花序少而小，节间短，落花落果严重，果穗、果粒小，品质差，香味淡。氮素严重不足时新梢下部的叶片黄化，甚至早期落叶。因此，萌芽及新梢生长期，芽眼的萌发和花芽分化需要大量营养物质，特别需要氮肥。开花前，新根活动旺盛，开花后果粒膨大期，对氮的需要量最多，因此，应适时适量供给氮素肥料。采收后及时追施氮肥对增强后期叶片光合作用、树体养分的积累和花芽分化都具有良好的作用。

3、磷对葡萄的生长结实有何作用?

磷是细胞核和原生质的重要成分之一，积极参与植物的呼吸作用、光合作用和碳水化合物的转化等过程。磷肥充足能促进细胞分裂，促成花芽分化及组织成熟，并能增进根系的发育和可溶性糖类的贮藏。磷能促进浆果成熟、提高含糖量、色素和芳香物质，并使含酸量减少，对酿造品种可提高葡萄酒的风味，还可增强抗寒抗旱能力。

葡萄缺磷时，在植株某些形态方面表现与缺氮相同。如新梢生长细弱，叶小浆果小等。此外叶色初为暗绿色，逐渐失去光泽，最后变为暗紫色，叶尖及叶缘发生叶烧，叶片变厚变脆。果实发育不良，含糖量低，着色差，种子发育不良。磷过多时，会影响氮和铁的吸收而使叶黄化或白化，反而有不良影响。

葡萄萌芽展叶后，随着枝叶生长，开花和果实膨大，对磷的吸收量增多，应及时适量供给磷肥。其后贮藏于茎叶中的磷向成熟的果实移动，收获后茎、根部的磷含量增多。磷素易被土壤吸收不易流动，施用磷肥时最好结合秋季施有机肥时深施，追肥时也应比氮肥稍深。追肥和根外追肥多在浆果生长期及浆果成熟期施用，以促进果实着色和成熟，提高浆果品质。根外追肥一般喷2%的过磷酸钙液，效果良好。

4、钾对葡萄的生长结实有何作用?

钾并不参与植物体内重要有机体的组成，但对碳水化合物的合成、运转、

篇五 葡萄吹土机
小型葡萄覆土机的研制和试验研究

篇六 葡萄吹土机
葡萄树地上部形态结构数据获取方法

第31卷 第22期 农 业 工 程 学 报 Vol.31 No.22

2015年 11月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Nov. 2015 161

葡萄树地上部形态结构数据获取方法

温维亮，郭新宇，王勇健，李 超，陆声链

※

（北京农业信息技术研究中心/国家农业信息化工程技术研究中心/农业部农业信息技术重点实验室/

数字植物北京重点实验室，北京 100097）

摘 要：葡萄树为多年蔓生植物，其形态结构复杂且受人工修剪及架势的影响。获取葡萄树地上部植株及器官的形态结构及纹理数据，有助于建立3D可视化模型以表征该植株的品种遗传特征、受环境、架式和人工修剪等因素的影响。该文针对葡萄树形态结构数据获取工作量大、效率低、依靠单一手段所获取数据缺乏完整性等特点，提出一种高效的葡萄树地上部形态结构数据获取方法，首先对葡萄树进行拓扑结构解析和数字化表达实现复杂结构的显示表达；然后针对目标植株进行葡萄树三维形态数据采集，包括植株拓扑结构三维数字化数据采集、品种一致性与差异性分析的DUS（植物新品种特异性（distinctness）、一致性（uniformity）和稳定性（stability）的栽培鉴定试验或室内分析测试）数据采集，器官的形态参数测量，三维扫描与纹理数据采集，目标植株的栽培环境及人工管理措施等信息的采集。结果表明，基于所获取形态结构数据结合植物参数化建模方法重建的葡萄树器官与植株几何模型具有较高的真实感。在葡萄树形态结构数据获取方法的基础上，对植物地上部形态结构数据获取标准化流程进行探讨，以期为其他植物主要器官与植株的形态结构数据获取提供方法参考。

关键词：数据获取；三维；形态；葡萄树；数字植物 doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.22.022

中图分类号：TP391.4；S126；S613.1 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2015)-22-0161-08 温维亮，郭新宇，王勇健，李 超，陆声链. 葡萄树地上部形态结构数据获取方法[J]. 农业工程学报，2015，31(22)：161－168. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.22.022 /retype/zoom/61f4694aaeaad1f346933fce?pn=2&x=0&y=7&raww=1512&rawh=367&o=png_6_0_0_65_768_363_88_892.83_1263&type=pic&aimh=116.5079365079365&md5sum=b5faa2de754fac23bb86fb5a28b8df9d&sign=c941b56305&zoom=&png=144-207901&jpg=436-436" target="_blank">

图1 葡萄地上部三维形态数据采集方法流程图

Fig.1 Flow chart of 3D morphological data acquisition for aerial

grapevine

具体如下：首先根据具体需求如目标品种、生育时

期、修剪策略和生长区域等，选定具有代表性的目标植株，然后应用葡萄形态结构与生长发育过程数字化表达

方法，对任意树形葡萄树的拓扑结构进行显示表达，包括葡萄树结构单元划分、结构单元命名和连接关系结构图绘制，以实现复杂结构“植株到器官”的拓扑结构解析；在此基础上，对葡萄树开展数据采集，包括1）应用三维数字化仪对植株拓扑结构进行三维数字化数据采集以获取植株的空间分布信息；2）基于“植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南－葡萄”构建葡萄目标品种一致性、特异性和稳定性的DUS形态与表观指标表，对器官尺度的品种形态特征的DUS信息进行采集；3）利用三维扫描仪与图像获取仪器，结合目标品种的DUS形态与表观指标表，获取典型器官的三维点云数据和表观纹理信息采集；4）记录与目标植株生长相关的环境与栽培等辅助信息。

2 植株拓扑结构解析方法

植株拓扑结构解析是对植株与器官间的拓扑结构连接关系进行明确的表达，实现复杂植株结构的拆分，并将各拆分器官进行唯一性标识。利用数字化方法对形态结构复杂的植株进行结构单元划分与数字化表达，是正确认识、表达作物形态结构与发育规律的重要前提，对植物形态数据采集尤为重要[28]。植株拓扑结构解析通过三维数字化表达的方法实现，首先对目标植株进行结构单元划分，并对各结构单元进行唯一性命名，最后给出植株器官间连接关系的拓扑结构图[29]。

为了对复杂的葡萄树植株进行定量化描述，应用葡萄形态结构与生长发育过程数字化表达方法[29]，通过对目标植株的观察分析结合专家咨询，对目标葡萄树进行数字化表达。以V字形葡萄树为例，植株的拓扑结构表示图如图2。【葡萄吹土机】

注：Y为当前葡萄生长年（Y＞1）；T表示主干；Cy

i

表示各级蔓；y表示当前蔓的

生长年龄，y＞1；新梢用SBVj或Sj表示；

B表示结果枝；N表示营养枝；j表示所在蔓的第j个枝条；Lk表示叶片；Fk表示果穗或花序；Tk表示卷须；Bk表示芽。 Note: Y is age of grapevine(Y>1); T is trunk; Cyiindicates canes of different levels; y

is age of current cane where y>1; SBV

jandSjindicates jth bearing shoot or vegetative

shoot of current cane respectively which is distinguished by its superscript; Lk, Fk, Tk and Bk indicates kth leaf, ear/flower, tendril or bud of current shoot respectively.

图2 基于结构单元命名的V字形葡萄树形结构表示 Fig.2 V font grape tree structure express based on named

structure units

第22期 温维亮等：葡萄树地上部形态结构数据获取方法

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所有生长于该新梢上的器官定义为一个有序集合，每个节上生长的器官为一组，各器官组按照在新梢上的出现顺序排列，如图2中新梢SB3，受篇幅限制，拓扑结构图中仅给出一个新梢上的器官表示。形态结构表示图可清晰表达结构复杂葡萄树的拓扑结构关系，为各结构单元形态参数测量与基于三维扫描的器官几何模板构建提供了明确的记录方法，为各结构单元连接关系测量的定量化表示、生长发育过程回溯、人工修剪等操作量化表示提供了可能，同时所获取的形态数据也可进行有效的信息管理。

3 形态结构数据采集

葡萄树形态数据采集的首要工作是选取具有代表性的植株为目标植株开展数据获取。首先根据葡萄树的主要类别：鲜食葡萄、酿酒葡萄、制干葡萄、制汁葡萄和野生葡萄等，分别选取‘红地球’、‘赤霞珠’、‘无核白’、‘康可’和‘山葡萄’为例作为各类葡萄的典型品种，根据所确定的葡萄品种选择北京市农林科学院林业果树研究所葡萄育种试验温室和中国农业科学院郑州果树研究所国家葡萄资源圃为试验点开展数据采集，采集树形包括V字形、厂字形、T字形、龙干形等。试验时间为2014年5月－6月，在葡萄树发育的盛花期到果实第1次膨大期，选择生长情况良好、形态结构具有代表性的植株，对指定目标品种植株于1～2 d内开展数据采集，以保证数据采集期间植株及器官未发生显著形态变化。本节以‘赤霞珠’品种的葡萄树为例，介绍葡萄树形态结构数据采集方法，其他品种的数据获取结果及可视化效果将在结果与分析中给出描述。

基于植株拓扑结构解析方法，对各目标葡萄树绘制树形结构表示图，并在此基础上开展植株的数据采集工作，具体又分为植株尺度数据采集、器官尺度数据采集和辅助信息采集，其中器官尺度数据采集又具体分为DUS信息采集、三维扫描数据采集和表观纹理信息获取。 3.1 葡萄树结构三维数字化数据采集

葡萄树的三维空间分布通过三维数字化数据，即植株骨架点三维空间坐标数据的获取实现，植株三维数字化对植物的整体真实感及以几何模型为基础的可视化计算至关重要。葡萄树形态结构单元划分与数字化表达保证了目标植株拓扑结构的准确性，而植株骨架的三维数字化进一步保证并约束了拓扑结构在三维空间分布的准确性。葡萄树结构三维数字化数据主要通过三维数字化仪获取。Polhemus Long Ranger定标系统和FastScan及其探笔相结合的三维数字化系统具有数据采集范围大的特点，适用于大田环境下植株或作物冠层的三维数字化数据采集。因此，本文选用Polhemus Long Ranger定标系统、FastScan及其探笔，以蔓与新梢为单位进行植株三维数字化数据采集。其中，新梢的每个节间包含2个三维点，每个新梢及蔓三维数字化数据以树形结构图中对应的名称命名，整个葡萄树是在统一的坐标系下完成。由于植物持续生长，为了避免后期数据处理过程中数据缺失或

错误而植物样本已与数据采集时发生显著形态变化带来的样本缺失问题，在每组数据采集后及时检验数据的正确性，以可视化的方式检查植株三维数字化数据连接关系的准确性及整体性。图3给出了V字形与半T字形葡萄植株三维数字化数据的可视化结果。植株拓扑结构信息还包括各级蔓与新梢的直径信息、叶片角度分布信息，利用游标卡尺与量角器对这些参数进行测量，并记录于葡萄树形结构表示图中，其中叶倾角与方位角分布测量是选取有代表性的部分叶片测量记录。由于葡萄树树形生长与支架有极大的相关性，因此，在获取葡萄树植株三维数字化数据的同时，需同时获取目标植株的支架三维数字化信息。

a. V字形植株三维数字化

b. T字形植株三维数字化

数据可视化

数据可视化

a. Visualization of 3D digitization

b. Visualization of 3D digitization data

data of V font plant

of T font plant

图3 葡萄植株三维数字化及数据可视化

Fig.3 Data visualization and 3D digitized data of grape plant

3.2 品种DUS数据采集

植物新品种测试是对申请保护的新品种进行特异性distinctness）、一致性（uniformity）和稳定性（stability）的栽培鉴定试验或室内分析测试的过程（简称DUS测试）。因此，DUS信息也反映着品种特征，用以描述当前品种与其他品种的形态与表观差异性。精确开展葡萄树各结构单元的测量是非常繁重的工作；此外，由于世界上几乎没有2株完全相同的葡萄树，实现对目标植株完全精确的重构意义不大。因此，通过DUS信息从统计角度在保证基于所测量数据能够反映品种细节特征的同时，减少数据采集的工作量，尤其是如对于器官三维扫描数据与表观纹理数据的获取，对能够反映品种特征器官的选择具有指导作用。此外，DUS信息的采集对植株上无法开展精确测量的器官从统计角度给出了描述。

从植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南－葡萄[30]中，选取与形态结构、表观纹理相关的所有指标构建葡萄DUS规则库，以果穗大小、新梢节背面颜色、卷须长度和果穗的果粒密度4个指标（葡萄DUS规则库中总指标数量为67项，仅选取其中4项指标示例）为例，规则库中包含每个指标的取值范围与取值描述，由数据采集者通过观察并采用直尺测量的方式，获得5个目标品种各指标值，见表1，其中名称、取值范围、描述3列的具体指标取自植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南葡萄[30]，后5列具体品种的取值为在数据获取过程中随机选取目标品种10个植株观测得到（部分指标如果穗大小等因在数据获取期内无法观测，通过查阅相关文献或待观测指标特征出现后测得）。

（

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农业工程学报（/retype/zoom/61f4694aaeaad1f346933fce?pn=4&x=0&y=35&raww=90&rawh=238&o=png_6_0_0_84_490_97_143_892.83_1263&type=pic&aimh=238&md5sum=b5faa2de754fac23bb86fb5a28b8df9d&sign=c941b56305&zoom=&png=255012-386768&jpg=436-436" target="_blank">

序号 ID 名称 Name 赤霞珠 Cabernet 无核白 Thompson 康可 Kangke 山葡萄 Amur grape

小/中 大 中 很小

全绿 绿带红条纹 全红 全红

中 长 中 长

中/密 密 松 中

异性典型器官作为模板构建植株模型的方法正是借鉴了数学中正交基的思想，在保证真实感的前提下降低了数据获取工作量并提高了数据获取效率。

a. 全绿 a. All green

b. 绿带红条纹 b. Green with red

stripes

c. 全红 c. All red

图4 新梢节背面颜色描述

Fig.4 Description of new shoot back color

3.3 器官模板数据采集【葡萄吹土机】

器官模板数据的采集主要是获取器官形态特征及表观纹理特征。利用3D扫描仪对植物器官进行扫描可捕捉到器官的形态细节信息。然而，预对目标植株上所有器官开展三维扫描数据采集与处理工作量大，但由于DUS信息提供了较强的分类信息，因此，根据目标品种DUS的各指标取值，选取目标植株中具有代表性的器官进行三维扫描与处理，生成该品种的器官几何模板，并建立该模板与DUS规则库中该指标取值的对应关系，同时采用数码相机对每个被扫描的器官进行表观纹理数据获取并生成表观纹理模板，使之与器官几何模板一一对应。以赤霞珠叶片模板数据获取流程为例（如图5），首先于葡萄DUS规则库中选取与叶片形态相关的DUS指标集，并确定赤霞珠选定指标的取值，然后于目标植株中选取具有各指标差异的叶片作为模板目标叶片（包含幼叶、生长叶和成熟叶）进行三维扫描与处理生成叶片模板，同时在该植株的树形表示图中以统计的方式标记各新梢包含各叶片模板的数量。

在植株几何模型构建过程中，根据各新梢包含各叶片模板的数量调用对应叶片模板。这种选取具有形态差

图5 基于DUS的器官模板选择

Fig.5 Organ model selection based on DUS information

由于葡萄叶片较轻薄，易受外界环境干扰产生肉眼难以观察到的浮动导致扫描数据产生大量噪声点。因此，在保证不因失水产生形态萎蔫前提下，葡萄叶片宜离体采集到室内进行三维扫描，以保证扫描精度；而对于主干、龙爪等受外界环境干扰较小难以离体采集的器官，选择遮挡较少且其所处空间便于三维扫描仪工作的器官，于无风且光环境适宜天气直接在田间进行三维扫描；对于植株茎秆间有遮挡的情况，可在不破坏植物组织结构的前提下移动开遮挡器官开展数据采集工作。成龄叶片和主干采用Artec EVA三维扫描仪进行点云数据采集；新梢、幼叶和龙爪等形态较小的器官，采用精度相对较高的Artec Spider三维扫描仪获取三维点云。扫描后立刻进行初步的点云去噪处理，并通过可视化方式保证所采集数据的有效性与可用性。扫描得到的数据以葡萄树形结构表示图中对应的器官进行命名，其中器官所在新梢的唯一性采用“∈”的方式表示，如Lk∈CiySBj，其含义

第22期 温维亮等：葡萄树地上部形态结构数据获取方法

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为生长于y年生的第i个蔓上的第j个结果枝上的第k个叶片。图6给出了三维扫描的场景照片及葡萄新梢、主干及叶片经过初步点云处理后的可视化结果，其中点云的可视化采用开源点云类库PCL（point cloud library）实现。

a. 新梢点云数据

b. 主干点云数据

可视化

可视化

c. 叶片点云数据

a. Visualization of new b. Visualization of

可视化

shoot point cloud data

trunk point cloud

c. Visualization of leaf

data

point cloud data

图6 葡萄树新梢、主干、叶片的三维点云

Fig.6 New shoot, trunk and leaf 3D point clouds of grapevine

植物器官模板还包括表观数据的采集，植物器官表观是植物的重要特征，其反映着植物的颜色、表观纹理，不同种类的器官会给人不同的质感。根据具体需求不同，可搭建封闭光环境，在相对理想光环境下采用数码相机进行植物器官表观纹理拍照，并通过图像处理软件获得标准纹理，已能满足植物3D建模对纹理的基本需求；也可在条件允许的情况下，对器官表面的光学属性如BRDFbidirectional reflectance distribution function）/BTDF[31]bidirectional transmittance distribution function）等进行测定，然而，目前可应用于植物器官表面光学属性BRDF/BTDF测量的仪器手段仍较少（如Radiant IS-SA材料特性测量系统，但较为昂贵），面向植物3D建模的纹理数据采集与生成常采用基于植物生理因子的表观建模方法实现[32]。 3.4 辅助信息采集

除本身品种特征外，植物受其生长环境及栽培措施影响极大。因此，对所获取植株信息需同步获取相关环境及栽培措施等辅助信息以提高植物3D形态数据的完整性及可用性。辅助信息采集即通过咨询数据采集地的种植者及专家，记录目标植株的种植时间、地点、数据获取时间、当前生长时期、栽培密度、是否有水分养分特殊处理等。

4 结果与分析

应用本文方法，针对单株葡萄树的几何建模需求，开展多品种葡萄树数据采集工作，各品种所获取数据具体包括葡萄树拓扑结构表示图（如图1）；目标葡萄品种形态与表观的DUS指标（表1为指标集中若干指标示例）；带有纹理信息的树干三维扫描点云；目标植株树形的三维数字化点集（图2）；7组带有纹理信息的叶片三维点云；5组带有纹理信息的新梢节间三维点云等。各器官数据与葡萄树形结构表示图中器官具有一一对应的关系。采用扫描仪配套软件Artec Studio对所获取的器官三维点云进行点云配准与去噪处理，利用处理后的点云

生成网格模型。在此基础上，利用Geomagic Studio软件对网格模型进行细节修复，得到具有较高真实感的植物器官网格模板。图7给出了基于该方法获取数据得到的葡萄器官新梢、主干与叶片几何模板（包括主干网格细节）其中新梢模板包含125082个三角网格，葡萄树主干包含182583个三角网格，叶片经网格简化后模型包含3950个三角网格。网格模型均保存为标准obj格式，采用常用的3D可视化软件如3Dmax、Maya、Geomagic Studio及扫描仪配套软件等均可实现模型的可视化。图8为5个目标品种叶片的几何模板可视化结果，从结果可看出，不同品种叶片存在较大的形态差异，如成龄叶片形状、成龄叶片裂片数、成龄叶片上裂刻深度、成龄叶片横截面形状等葡萄DUS列表中的多个指标可直观体现在不同品种叶片的三维模型上。利用植株三维数字化数据结合植物交互式几何建模方法构建不同树形的葡萄植株几何模型可视化结果如图9。

a. 新梢 a. New b. 主干 c. 主干网格 shoot

b. Trunk

c. Mesh of d. 叶片 trunk

d. Leaf

图7 葡萄器官几何模板

Fig.7

Geometric models of grapevine organs

图8 五个所选品种叶片几何模型

Fig.8

Geometric models of 5 selected cultivar grapevine leaves

a. V字形 b. 龙干形

c. 厂字形 a. V font

b. Dragon ridge form

c. 厂 font

图9 三种树形葡萄树模型

Fig.9 Geometric models of 3 different forms of grapevine

（（

篇七 葡萄吹土机
葡萄土肥水管理_葡萄管理技术[1]

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