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設(shè)備與工具中國的初創(chuàng)企業(yè)利用無人機和人工智能(AI)為農(nóng)業(yè)革命播下種子，早在2009年，賈斯汀-鞏和一群他稱之為“極客”的朋友就設(shè)計了他們的第一架無人機。對于當時只有21歲的他來說，無人機原型奠定了日后成功的基礎(chǔ)。10年后，鞏已是一家專注無人機的初創(chuàng)企業(yè)副總裁。
作為第一大產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)中的新技術(shù)應(yīng)用一直是眾多科研機構(gòu)和科技公司探索的重要課題。人們花費多年時間讓收割機代替了鐮刀，而無人機代替人力噴藥壺需要多久?4 月 9 日，在江西贛州的信豐縣，大疆創(chuàng)新與中國農(nóng)科院植物保護研究所共同發(fā)布了植保無人機田間實驗報告，并展示了最新無人機「果樹模式」。
這是大疆新版農(nóng)業(yè)無人機的第一次公開作業(yè)展示。「人工智能時代果樹精準防疫已經(jīng)從設(shè)想變成了現(xiàn)實。」大疆創(chuàng)新公關(guān)總監(jiān)謝闐地在發(fā)布會上表示。
本次活動上，中國農(nóng)科院植保所首次發(fā)布了 2018 年的大疆植保無人機 MG-1P 田間試驗報告。2018 年，雙方簽署合作協(xié)議，共建農(nóng)業(yè)無人機聯(lián)合實驗室，在黑龍江虎林玉米種植區(qū)、遼寧開原榛子種植區(qū)、阿克蘇核桃種植區(qū)、山西運城小麥種植區(qū)等 9 個區(qū)域進行了 MG-1P 的一系列測試。
這份報告顯示在防治小麥后期的蚜蟲測試中，相比背負式電動噴霧器、自走式噴桿噴霧機，MG-1P 植保無人機低空低容量噴霧技術(shù)的農(nóng)藥沉積量多，農(nóng)藥利用率高。與傳統(tǒng)的大容量噴霧方式相比，在同樣的防治效果下具有省時、省水、省藥的效果。
報告同時還測試了 MG-1P 在水稻、玉米、核桃、柑橘、桃樹、榛子樹、馬鈴薯等作物上的最佳作業(yè)參數(shù)。
「研究人員使用大疆無人機進行農(nóng)藥噴灑作業(yè)，對比農(nóng)民自走、高壓噴槍、常規(guī)機械等方式，」中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所研究員秦會珠在發(fā)布會上介紹道?！笍目傮w上可以看出，無人機與人類作業(yè)的效果差異并不顯著，但耗時大大減少，同時對于水、農(nóng)藥的利用率有很大提升。我們可以看出無人機噴霧的技術(shù)可以替代部分地面作用方式，并取得很好的效果?！?
而在昨天的展示中，大疆拿出了更為先進的 T16「第二代植保無人機」。
全自動運行
讓無人機自動噴灑農(nóng)藥，聽起來像是一個技術(shù)含量很高的過程。但在現(xiàn)場演示中大疆告訴我們：操作起來非常簡單。首先使用一臺精靈 4 RTK 航測無人機在農(nóng)田上空飛一圈自動拍攝高清照片，隨后將數(shù)據(jù)傳入一臺筆記本電腦進行本地處理;大疆智圖軟件會進行 3D 建模和 AI 路線規(guī)劃，然后把數(shù)據(jù)卡插到 T16 無人機上，它們就可以按照已算好的路線自動進行噴灑作業(yè)了。
大疆表示，無人機現(xiàn)在已經(jīng)可以在不規(guī)則的果園里進行全自動作業(yè)，自動避開建筑物、池塘和電線等障礙，整個過程完全不需要人工干預(yù)。
在整個作業(yè)過程中，無人機飛手大部分的時間是在準備下一輪噴灑的農(nóng)藥，而不是跟隨無人機進行操作，這大大提升了工作效率。
大疆本次展示的 T16 是目前國內(nèi)首款將三維場景重建、地圖語義識別兩項 AI 技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)用落地的植保無人機。在果樹場景下作業(yè)，通過航測規(guī)劃，大疆智圖(Terra)的導(dǎo)入與處理后，就可以實現(xiàn)對作業(yè)場景的識別，果樹、建筑物、電線桿、河流，空地等細節(jié)均不會遺漏。
在完成作業(yè)場景識別，生成 3D 航線后，T16 就能根據(jù)規(guī)劃航線進行自動飛行作業(yè)，相比傳統(tǒng)的整片作業(yè)區(qū)域均勻噴灑模式，無人機可以節(jié)省 30% 農(nóng)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(fù)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(qū)分的問題。T16 果樹模式的背后，是基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)，其采用三維點云切片與三維特征融合技術(shù)，可在復(fù)雜場景中正確識別多種物體。為了進一步實用化，大疆利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)量化技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)模型進行深度壓縮，使得深度學(xué)習(xí)模型可以在一臺筆記本上進行快速推理。
據(jù)介紹，目前這套系統(tǒng)已經(jīng)通過了超過 30 萬張的果樹圖片訓(xùn)練，能夠在不到 1 分鐘的時間內(nèi)完成 200 畝地的全環(huán)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、火龍果等等。果樹識別準確率達到了 95%。
在噴灑作業(yè)中，一名飛手最多可以讓五架 T16 無人機同時起飛工作。
在大多數(shù)的果園中，果樹的種植都是分布不均勻，而且因為樹齡差別，樹高也有一定的差異。果園中也經(jīng)常會有建筑物、電線桿，池塘等障礙，這位無人機的工作帶來了很大挑戰(zhàn)。大疆無人機「果樹模式」的出現(xiàn)無疑會是農(nóng)業(yè)無人機市場的一次變革。
果樹模式
無人機作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的工具，其實在國內(nèi)已經(jīng)有不少實踐了。2015 年，大疆推出了旗下首臺農(nóng)業(yè)無人機，時至今日，國內(nèi)已有不少農(nóng)田是由農(nóng)業(yè)無人機進行農(nóng)藥噴灑維護的?！冈谧畛醯膸啄昀?，無人機的應(yīng)用范圍還很狹窄，」中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所研究員袁會珠介紹道。「但新技術(shù)的發(fā)展很快。據(jù)統(tǒng)計，在 2018 年，國內(nèi)無人機的應(yīng)用面積已經(jīng)達到 3 億畝次了，而全國的農(nóng)藥噴灑面積大致為 70 億畝次?！?
農(nóng)業(yè)無人機在中國北方的小麥、水稻等平整農(nóng)田中的應(yīng)用推廣很快，而不久之前在果樹這樣對噴灑方式要求較高的場景中還難以施展。
大疆農(nóng)業(yè)曾推出過應(yīng)對茶園陡峭山坡的仿地飛行功能，這種技術(shù)可以實現(xiàn)按照植保作業(yè)面的起伏來確定無人機的高度，但還不足以解決果園植保需求，比如當兩棵樹的距離相差較大時，植保機飛行過程中，飛機就可能被前方果樹觸發(fā)避障而中斷作業(yè)。
而現(xiàn)在，通過更為成熟的人工智能技術(shù)，果園植保需求已得到了很好解決。通過 AI 完成作業(yè)場景的識別后，植保機了解果樹的分布情況，保證植保機在有果樹的地方才噴灑，沒有果樹的地方就停止，這一切都是自動執(zhí)行的。
大疆還在發(fā)布會上展示了即將推出的「樹心識別」功能，借助 AI 在短短幾秒標識出果園里樹木的樹心位置，可針對植物樹心位置進行針對性噴灑。
全自動工作的方式不僅比人工打藥速度快，效率也大大高于以往的手動操作無人機的作業(yè)方式。以往果園施藥人工作業(yè)，一人一天大約噴灑 10 畝左右，而且很容易造成對人的傷害;而在人工智能的幫助下，一臺無人機一小時可以噴灑 60 畝果園。
大疆表示，目前這套系統(tǒng)已經(jīng)通過了超過 30 萬張的果樹圖片訓(xùn)練，能夠在不到 1 分鐘的時間內(nèi)完成 200 畝地的全環(huán)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、火龍果等等。識別準確率達到了 95%。
在 2019 年，大疆計劃在華南五省(廣東、廣西、湖南、江西和四川)繼續(xù)推廣無人機作業(yè)，并實現(xiàn) 100 萬張果樹圖片訓(xùn)練，將識別準確率提升至 97%。
大疆 T16 無人機在噴灑農(nóng)藥作業(yè)時無需進行人工操作。我們可以通過遙控器觀察設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況。
第二代植保無人機
大疆在農(nóng)田中演示的是最新推出的第二代植保無人機。相比上一代產(chǎn)品 MG-1P，新機體重塑了整體結(jié)構(gòu)，采用模塊化設(shè)計，帶來了前所未有的高載重和高效噴灑范圍。
「我們在設(shè)計 T16 之初，是先設(shè)計風(fēng)場，再設(shè)計無人機其他結(jié)構(gòu)的?！勾蠼畡?chuàng)新公關(guān)總監(jiān)謝闐地表示。「因此這款產(chǎn)品的性能遠超前代。目前市場上還沒有任何其他公司推出過這樣的無人機。」
大疆 T16 擁有最多 16 升的農(nóng)藥載重量，更為重要的是其六旋翼設(shè)計中，有兩個輔助旋翼是專門用于調(diào)整風(fēng)場的。在 T16 的正下方，氣流不會像其他無人機那樣形成循環(huán)，這種設(shè)計避免了農(nóng)藥噴灑時觸及到無關(guān)區(qū)域，并提高了噴灑效率。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，使用無人機噴灑農(nóng)藥可以帶來一個預(yù)料之外的好處——無人機旋翼帶來的氣流會掀起植物葉片，從而使得噴灑的液體觸及到植株葉片背面、樹干等深層區(qū)域。
據(jù)悉，大疆與農(nóng)科院的第二期項目將在簽約后全面啟動，未來一年內(nèi)，中國農(nóng)科院植保所將以 DJI 大疆農(nóng)業(yè)的植保無人機 T16 為對象，在全國多個柑橘等果樹產(chǎn)區(qū)進行實地測試，為大疆植保無人機的飛防優(yōu)化提供多方位的技術(shù)支持。此外，雙方還將會在植保無人機創(chuàng)新應(yīng)用進行探索，包括「果樹模式」的持續(xù)優(yōu)化，遙感技術(shù)在農(nóng)田生產(chǎn)全周期的應(yīng)用等。
今年 4 月 1 日，人力資源和社會保障部初步確定的 15 個擬發(fā)布新職業(yè)中，「無人機操作手」名列其中，目前在國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了很多農(nóng)業(yè)無人機植保隊伍。據(jù)大疆介紹，農(nóng)業(yè)無人機在價格最高的茶園環(huán)境中進行農(nóng)藥噴灑作業(yè)的價格此前為每畝 100 元，在升級了全自動作業(yè)模式之后，這一價格已經(jīng)降低到了每畝 20 元。低價格、高效率的農(nóng)業(yè)無人機或許很快就能為大疆開拓出一片新市場。
截止 2018 年 11 月，大疆農(nóng)業(yè)中國市場保有量 2 萬臺，該公司已在全國培訓(xùn)了超過 1000 名維修人員，并培訓(xùn)了 14,000 名專業(yè)持證植保飛手。目前，這家公司希望繼續(xù)與農(nóng)科院等科研機構(gòu)展開合作，將無人機技術(shù)推廣到更多種類的作物上，并推動「精準農(nóng)業(yè)生態(tài)圈」，鼓勵農(nóng)民接觸新技術(shù)。
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