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60秒識別200畝果園!AI助力大疆無人機成果園植保新選擇

2019-04-09 22:49:29 來源:南方農村報

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是玩具還是工具?當國外專家面對植保無人機發出這樣的疑問時,中國用三億畝次的年作業面積做出了回應。而當行業人普遍不看好植保無人機在果樹上的應用時,科研院所和企業的合作項目也給了我們答案。

“今天看到無人機在三維建模和果園噴灑方面的測試,見識了它根據作業地形不斷變化,保持噴頭和樹冠高度的一致性,并且能做到斷點補噴的智能化精準化。我們預計,它在山地果園也有望成為一款可靠的工具。” 中國農業科學院植物保護研究所研究員袁會珠在觀看大疆T16作業臍橙園后說到。

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實驗室摸索最佳參數,果園飛防理論上可行

在黑龍江廣袤的黑土地上,無人機作業已成為當地農民習以為常的場景。自無人機在大田作物施藥上應用推廣后,其在統防統治、省工省力、減藥增效上取得了亮眼的成績,也收獲了種植者們的信任。但同樣的工具放到廣大南方果樹區,則不被看好,果農們多數對其防效和安全性將信將疑。

4月9日,中國農業科學院植物保護研究所與DJI大疆農業在中國臍橙之鄉——贛州信豐縣,共同宣布了雙方無人機聯合實驗室的第二期項目計劃并簽約。在過去的一年里,由雙方合作共建的農業無人機聯合實驗室在黑龍江虎林玉米種植區、遼寧開原榛子種植區、阿克蘇核桃種植區等全國9地開展了多項試驗,測試不同飛行高度、速度、噴藥量、使用助劑條件下,無人機的噴霧質量和農藥利用效率,探索無人機在不同作物上的最佳作業參數。尤其在多種果樹霧滴沉降和防效試驗上取得階段性成果。

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 “由于果樹樹冠更密閉,不少果農擔心無人機噴藥難以直達患處,尤其可能對一些發生在果樹內堂的病蟲害束手無策。因此我們不斷的開展無人機在不同作物上精準施藥的應用研究,為不同場合的作業提供數據參考和應用指導。” 袁會珠提到:“就像雨天站在大樹下,雨下的越大,被葉片擋掉的越多,相反,若是毛毛細雨則更容易穿透葉片打濕衣服。無人機想要打果樹內堂也是這樣,合理的調整作業霧滴直徑,同時借助風力風場,才可以有效解決果農關心的問題。”

“山地果園打藥是難點,有些地區果園坡度能達到40-50度角,人工植保作業費勁且繁瑣。而植保無人機的出現則給出了新選擇。” 袁會珠表示,植保無人飛機低空低容量噴霧技術近年來發展非常迅速,它具有效率高,節水節藥,地形適應性高等特點,能夠應對爆發性的病蟲害,在大田和經濟作物上具有廣泛的應用前景。但相較大田作物,果園用藥的方式更復雜,往往要同時兼顧多種病蟲害,需要考慮藥液的疊加,助劑的運用,作物發病部位等因素,因此需要不斷的試驗,通過硬件升級、藥品更新和施藥技術迭代的“多重磨合”,才可以探索出較為有效的應用方案來。這需要科研院所、藥企、無人機企業和飛手的共同參與。

三維建模飛行首次公開亮相,果園飛防實踐上可行

一架小巧的白色無人機迅速升空,在距離地面100米的高度沿著既定路線快速飛行著,短短幾分鐘后,兩架更厚重的T16植保無人機借助它所導入的3D航線圖起飛作業,完成全自動噴藥。這一幕,發生在贛州信豐縣的臍橙園里。

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“你看這是一根架在空中的電線,被測繪機標識出來,避開作業航線。而這些房屋頂上作業路線由藍轉白,意味著飛機通過這些區域噴頭將自動關閉,節約農藥和水的使用。”大疆農業的工作人員在現場解說著。

據悉,T16是目前國內首款將三維場景重建、地圖義識別兩項AI技術實現應用落地的植保無人機。在果樹場景下作業,通過精靈4 RTK的航測規劃,大疆智圖(Terra)的導入與處理后,就可以實現對作業場景的識別,如果樹、建筑物、電線桿、河流,空地等。

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在完成作業場景識別,生成3D航線后,T16就能結合航線進行自動飛行作業,達到“一鍵起飛降落”。并且借助三維場景圖,它可以在有果樹的區域噴灑,無果樹的區域關閉噴頭,相比傳統的整片作業區域均勻噴灑模式,節省約30%農藥和水的使用量。

針對果園場景中,果樹種類多樣、高矮不一,地形情況復雜,草叢與密集的果樹在遠距離俯瞰視角下容易混淆,難以區分的問題,T16的果樹模式也有對策。

比如,在某些特殊的場景下,無人機只需要對果樹樹心進行施藥,而在其他位置停止噴灑。這時,通過AI的功能,無人機便能夠在極短的時間內識別每一棵果樹的樹心位置,并實現變量噴灑。目前這一功能仍在測試中,將在未來裝備在現役機型上。

T16果樹模式下匹配的三維場景語義識別系統,采用三維點云切片與三維特征融合技術,對三維場景中的物體進行個體識別。為了提高識別效率,其還利用神經網絡量化技術,對網絡模型進行深度壓縮,大幅降低運算耗時。

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目前這套系統已經通過了超過30萬張果樹圖片的訓練,能夠在不到1分鐘的時間內完成200畝地的全環境識別。識別的果樹類型達到了20種,包括蘋果、柑橘、芒果、香蕉、火龍果等。識別準確率達到了95%。

“接下來我們將重點在華南五省果樹區推廣應用,讓系統不斷自我成長、自我迭代,給它不斷的‘喂養’作業環境和作物的圖片,在年底達到百萬級的圖片訓練,使其覆蓋更多常規的地形和作物,識別準確率達到97%。”大疆農業相關負責人表示。

黃龍病有望成為果樹飛防應用突破口?

近年來,贛南的臍橙產業雖然聞名遐邇,但也一直飽受著黃龍病的困擾。自2012年起,受到黃龍病大面積爆發的影響,贛南臍橙出現了一定規模的減產。而針對黃龍病傳播媒介——木虱的防控,行業普遍認為需要在短時間內大規模的統防統治方可奏效,這時,植保無人機便派上了用場。

相比人工噴霧器式的防治方式,植保無人機擁有更高的防治效率與防治效果。2016年12月初,國內曾有飛防組織圍繞柑橘木虱防治進行過萬畝飛防作業,最終防效可達70%以上,得到了不少農戶的認可。而柑橘木虱為害果樹幼嫩新梢的習性讓其多集中在樹冠外層,這也是目前飛防作業較易覆蓋的位置,有望成為無人機在果樹應用上的突破口之一。

2019年3月,大疆農業在湖南永興冰糖橙果園中進行了一次T16的果樹噴灑測試。結果顯示,在畝施藥液量為3L的測試條件下, T16噴灑的霧滴密度比相關國家標準高出了50%以上。此外,在霧滴分布均勻度、覆蓋面積上,T16同樣也有不錯的效果。

果樹噴灑測試的首站選擇在贛南臍橙的產地舉行,體現了大疆農業對T16在果樹噴灑效果上的信心。本次活動,大疆農業與中國農科院合作進行簽約測試,正是希望通過專業的機構,專業的測試,持續不斷地優化植保無人機在果樹上的作業效果。大疆農業表示,希望借助更高科技的噴灑工具,幫助贛南果農以更高效的方式去探索柑橘木虱的防治技術,幫助贛南臍橙產業重獲聲望。

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中國農業科學院植物保護研究所研究員袁會珠,中國農業科學院柑橘研究所副所長王雪峰,江西省植物保護局局長鐘玲,江西省信豐縣委常委黃濤、DJI大疆創新公關總監謝闐地,DJI大疆農業項目合作總監謝博之、國家重大研發計劃課題“柑橘木虱監測預警與高效防控關鍵技術研究”課題組專家等嘉賓出席了本次活動。

責任編輯:南方農村報記者 包睿
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