大疆農(nóng)業(yè)無人機(jī)ai 人工智能時(shí)代果樹精準(zhǔn)防疫從設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí)

【大疆農(nóng)業(yè)無人機(jī)ai 人工智能時(shí)代果樹精準(zhǔn)防疫從設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí)】中國的初創(chuàng)企業(yè)利用無人機(jī)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(jì)了他們的第一架無人機(jī)。對(duì)于當(dāng)時(shí)只有21歲的他來說，無人機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)和科技探索的重要課題。人們花費(fèi)多年時(shí)間讓收割機(jī)代替了鐮刀，而無人機(jī)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(hù)研究所共同發(fā)布了植保無人機(jī)田間實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并展示了最新無人機(jī)「果樹模式」。

這是大疆新版農(nóng)業(yè)無人機(jī)的第一次公開作業(yè)展示?！溉斯ぶ悄軙r(shí)代果樹精準(zhǔn)防疫已經(jīng)從設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí)?！勾蠼畡?chuàng)新公關(guān)總監(jiān)謝闐地在發(fā)布會(huì)上表示。

本次活動(dòng)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(jī) mg-1p 田間試驗(yàn)報(bào)告。2018 年，雙方簽署合作協(xié)議，共建農(nóng)業(yè)無人機(jī)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)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(yùn)城小麥種植區(qū)等 9 個(gè)區(qū)域進(jìn)行了 mg-1p 的一系列測試。

這份報(bào)告顯示在防治小麥后期的蚜蟲測試中，相比背負(fù)式電動(dòng)噴霧器、自走式噴桿噴霧機(jī)，mg-1p 植保無人機(jī)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(shí)、省水、省藥的效果。

報(bào)告同時(shí)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(jī)進(jìn)行農(nóng)藥噴灑作業(yè)，對(duì)比農(nóng)民自走、高壓噴槍、常規(guī)機(jī)械等方式，」中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所研究員秦會(huì)珠在發(fā)布會(huì)上介紹道?！笍目傮w上可以看出，無人機(jī)與人類作業(yè)的效果差異并不顯著，但耗時(shí)大大減少，同時(shí)對(duì)于水、農(nóng)藥的利用率有很大提升。我們可以看出無人機(jī)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?！?/p>

而在昨天的展示中，大疆拿出了更為先進(jìn)的 t16「第二代植保無人機(jī)」。

全自動(dòng)運(yùn)行

讓無人機(jī)自動(dòng)噴灑農(nóng)藥，聽起來像是一個(gè)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(tái)精靈 4 rtk 航測無人機(jī)在農(nóng)田上空飛一圈自動(dòng)拍攝高清照片，隨后將數(shù)據(jù)傳入一臺(tái)筆記本電腦進(jìn)行本地處理;大疆智圖軟件會(huì)進(jìn)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(jī)上，它們就可以按照已算好的路線自動(dòng)進(jìn)行噴灑作業(yè)了。

大疆表示，無人機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)可以在不規(guī)則的果園里進(jìn)行全自動(dòng)作業(yè)，自動(dòng)避開建筑物、池塘和電線等障礙，整個(gè)過程完全不需要人工干預(yù)。

在整個(gè)作業(yè)過程中，無人機(jī)飛手大部分的時(shí)間是在準(zhǔn)備下一輪噴灑的農(nóng)藥，而不是跟隨無人機(jī)進(jìn)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(shí)別兩項(xiàng) ai 技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用落地的植保無人機(jī)。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(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)場景的識(shí)別，果樹、建筑物、電線桿、河流，空地等細(xì)節(jié)均不會(huì)遺漏。

在完成作業(yè)場景識(shí)別，生成 3d 航線后，t16 就能根據(jù)規(guī)劃航線進(jìn)行自動(dòng)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(jī)可以節(jié)省 30% 農(nóng)藥和水的使用量。

針對(duì)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(yuǎn)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(diǎn)云切片與三維特征融合技術(shù)，可在復(fù)雜場景中正確識(shí)別多種物體。為了進(jìn)一步實(shí)用化，大疆利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)量化技術(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行深度壓縮，使得深度學(xué)習(xí)模型可以在一臺(tái)筆記本上進(jìn)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(shí)間內(nèi)完成 200 畝地的全環(huán)境識(shí)別。識(shí)別的果樹類型達(dá)到了 20 種，包括蘋果、柑橘、芒果、香蕉、火龍果等等。果樹識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)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(jī)同時(shí)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?yàn)闃潺g差別，樹高也有一定的差異。果園中也經(jīng)常會(huì)有建筑物、電線桿，池塘等障礙，這位無人機(jī)的工作帶來了很大挑戰(zhàn)。大疆無人機(jī)「果樹模式」的出現(xiàn)無疑會(huì)是農(nóng)業(yè)無人機(jī)市場的一次變革。

果樹模式

無人機(jī)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的工具，其實(shí)在國內(nèi)已經(jīng)有不少實(shí)踐了。2015 年，大疆推出了旗下首臺(tái)農(nóng)業(yè)無人機(jī)，時(shí)至今日，國內(nèi)已有不少農(nóng)田是由農(nóng)業(yè)無人機(jī)進(jìn)行農(nóng)藥噴灑維護(hù)的。「在最初的幾年里，無人機(jī)的應(yīng)用范圍還很狹窄，」中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所研究員袁會(huì)珠介紹道。「但新技術(shù)的發(fā)展很快。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在 2018 年，國內(nèi)無人機(jī)的應(yīng)用面積已經(jīng)達(dá)到 3 億畝次了，而全國的農(nóng)藥噴灑面積大致為 70 億畝次?！?/p>

農(nóng)業(yè)無人機(jī)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(duì)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(duì)茶園陡峭山坡的仿地飛行功能，這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)按照植保作業(yè)面的起伏來確定無人機(jī)的高度，但還不足以解決果園植保需求，比如當(dāng)兩棵樹的距離相差較大時(shí)，植保機(jī)飛行過程中，飛機(jī)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(shí)別后，植保機(jī)了解果樹的分布情況，保證植保機(jī)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(dòng)執(zhí)行的。

大疆還在發(fā)布會(huì)上展示了即將推出的「樹心識(shí)別」功能，借助 ai 在短短幾秒標(biāo)識(shí)出果園里樹木的樹心位置，可針對(duì)植物樹心位置進(jìn)行針對(duì)性噴灑。

全自動(dòng)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(dòng)操作無人機(jī)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(duì)人的傷害;而在人工智能的幫助下，一臺(tái)無人機(jī)一小時(shí)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(shí)間內(nèi)完成 200 畝地的全環(huán)境識(shí)別。識(shí)別的果樹類型達(dá)到了 20 種，包括蘋果、柑橘、芒果、香蕉、火龍果等等。識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到了 95%。

在 2019 年，大疆計(jì)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(jī)作業(yè)，并實(shí)現(xiàn) 100 萬張果樹圖片訓(xùn)練，將識(shí)別準(zhǔn)確率提升至 97%。

大疆 t16 無人機(jī)在噴灑農(nóng)藥作業(yè)時(shí)無需進(jìn)行人工操作。我們可以通過遙控器觀察設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

第二代植保無人機(jī)

大疆在農(nóng)田中演示的是最新推出的第二代植保無人機(jī)。相比上一代產(chǎn)品 mg-1p，新機(jī)體重塑了整體結(jié)構(gòu)，采用模塊化設(shè)計(jì)，帶來了前所未有的高載重和高效噴灑范圍。

「我們在設(shè)計(jì) t16 之初，是先設(shè)計(jì)風(fēng)場，再設(shè)計(jì)無人機(jī)其他結(jié)構(gòu)的?！勾蠼畡?chuàng)新公關(guān)總監(jiān)謝闐地表示?！敢虼诉@款產(chǎn)品的性能遠(yuǎn)超前代。目前市場上還沒有任何其他推出過這樣的無人機(jī)。」

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(jì)中，有兩個(gè)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(huì)像其他無人機(jī)那樣形成循環(huán)，這種設(shè)計(jì)避免了農(nóng)藥噴灑時(shí)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(jī)噴灑農(nóng)藥可以帶來一個(gè)預(yù)料之外的好處——無人機(jī)旋翼帶來的氣流會(huì)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(xiàng)目將在簽約后全面啟動(dòng)，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(jī) t16 為對(duì)象，在全國多個(gè)柑橘等果樹產(chǎn)區(qū)進(jìn)行實(shí)地測試，為大疆植保無人機(jī)的飛防優(yōu)化提供多方位的技術(shù)支持。此外，雙方還將會(huì)在植保無人機(jī)創(chuàng)新應(yīng)用進(jìn)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(huì)保障部初步確定的 15 個(gè)擬發(fā)布新職業(yè)中，「無人機(jī)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(jī)植保隊(duì)伍。據(jù)大疆介紹，農(nóng)業(yè)無人機(jī)在價(jià)格最高的茶園環(huán)境中進(jìn)行農(nóng)藥噴灑作業(yè)的價(jià)格此前為每畝 100 元，在升級(jí)了全自動(dòng)作業(yè)模式之后，這一價(jià)格已經(jīng)降低到了每畝 20 元。低價(jià)格、高效率的農(nóng)業(yè)無人機(jī)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(tái)，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(jī)構(gòu)展開合作，將無人機(jī)技術(shù)推廣到更多種類的作物上，并推動(dòng)「精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生態(tài)圈」，鼓勵(lì)農(nóng)民接觸新技術(shù)。