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飞行农艺家 诺基亚贝尔实验室AI和无人机如何助力AeroFarms 垂直农业的变革

时间:2021-9-14 15:59:16编辑:未知来源:互联网栏目:国内资讯点击数(0)已有0人评论 加入收藏

  在新泽西州纽瓦克的中心,坐落着世界上最高端的农场之一。AeroFarms位于纽瓦克Liberty机场航线下方,室内垂直农场绿意盎然。小芝麻菜、小白菜、小羽衣甘蓝、小豆瓣菜、小花椰菜…… 品种丰富的微型绿色蔬菜被分层种植在从地面一直排列到天花板的架子上。一架飞盘大小的无人机在这些农作物中穿梭。

  无人机经过绿叶蔬菜托架前,将高清相机对准嫩叶,寻找任何不寻常的迹象,如黄色斑点、生长不均匀区域、叶片异常大小、茎长或颜色等。无人机在几秒钟内完成对一个托架的光学扫描,重点聚焦在一块生长受阻的区域。通过机器学习算法确定,这片微绿色植物区需要进行调查,并生成警报,通知AeroFarms派遣技术人员。

  将农业、AI/ML、计算机视觉、无线网络和无人机调度等先进技术相融合,是AeroFarms和诺基亚贝尔实验室合作的崭新成果。AeroFarms是垂直农业的先驱,通过在有限的空间环境下分层种植作物,将城市景观转变为农田景观。这种农业方法可能会改变世界粮食的供给方式。农作物可以在产品消费人口中心种植,垂直农场不仅最大限度地扩大了种植面积,而且比传统农场所需的水、能源、劳动力和杀虫剂也少得多,同时可以避免大量损耗,由于水果和蔬菜不再需要长途运输自偏远农场,从而节约了燃料。

  诺基亚贝尔实验室的创新为AeroFarms解决了垂直农业中一个重要难题,即为他们提供了一个可以连续不断跟踪数百万植物生长的监测解决方案。无人机可以把视角探入到垂直农业设施中最难以接近的角落,神速完成大面积操作。经过AI训练的计算机视觉可以捕捉植物数据到像素级。作为AeroFarms专有种植平台的一部分,这项技术不仅可以检测到生长不良的地区,而且可以诊断其原因,无论是灌溉系统故障还是照明不理想。这种时时刻刻对整个农业操作进行监控的方式将大大提高作物产量和效率,帮助垂直农业更加高效。

  “随着世界人口的增长,食物的需求日益增长,这给我们的食品供应带来了巨大压力。”诺基亚贝尔实验室集成解决方案和体验研究实验室副总裁Thierry Klein表示:“与AeroFarms一起,我们正在构建一个实时数据分析解决方案,使我们能够以前所未有的水平查看和辨别植物间的相互作用,并使我们能够最大限度地优化农业生产。这项技术不仅对农业,还可以对许多其它行业产生变革。”

  初见成效:

  实现无人机、植物和技术分析之间的高度协调是由一个决定性需求所驱动的:AeroFarms需要监控数百万个植物的健康状况,其中许多植物位于离地面10米的高处。据AeroFarms首席执行官David Rosenberg称,公司需要一个先进而高效的计算机视觉解决方案。

  “很多信息可以从一幅图像获知。” Rosenberg说:“可以通过宽度、长度、茎长、叶柄长度比例、颜色、变色、斑点、撕裂、曲率等方面对植物的生长进行判断,这些都是眼睛可以处理的例子。事实上,某些图像可以揭示更多信息。所有这些信息不仅有助于我们在新的水平上理解植物生物学,而且还可以帮助我们成为更好的农民,指导我们如何根据需要动态地进行商业种植。”

  但每天拍摄数以百万计的植物是一项巨大无比的挑战。植物在镜头前不能移动,需要移动的是相机。诺基亚贝尔实验室开发出一种无人机移动摄像系统,可以探视到AeroFarms室内垂直农场的每一个角落。此外,它正在创建一个调度系统,让无人机在协同工作的同时也能自主运行。该系统确保为每架无人机分配特定的监控任务,且各自任务不会重叠。当无人机需要充电时,调度平台将无人机引导至充电站,并指派新的无人机接管其任务。

  诺基亚贝尔实验室和AeroFarms还面临另一个实际难题。无人机每天需要拍摄数万张图像,但植物学家们无法实时查看那么多数据。诺基亚贝尔实验室利用AI开发了机器视觉技术,可将植物数据采集细化到单个植物,使用叶片大小分类、量化和基于像素的扫描来判断植物生长和产量是否和预测一致或存在差异。基于云的处理平台具有运行所需的高级计算能力,它使AeroFarms的科学家能够使用诺基亚贝尔实验室创建的新的机器学习培训工具,并随着时间的推移对系统进行增强和调整。

  “我们的视频分析通道是一个完整的端到端模块化系统。”诺基亚贝尔实验室无人机和机器人研究高级总监Paul Wilford说:“每个元素都经过调整和优化,以实现基于云的网络控制。我们的分析引擎为AeroFarms的种植者和科学家提供即时结果。”

  农作物之外的广阔天地:

  经过多年的合作,AeroFarms和诺基亚贝尔实验室取得了重大里程碑,在AeroFarms多种商业作物的验证下,双方共同开发了一个已经通过概念测试的系统。该系统现在已经可以扩大应用到AeroFarms的所有作物以及未来的室内垂直农场,包括计划在弗吉尼亚州丹维尔和阿联酋阿布扎比建设的两座农场设施。

  而贝尔实验室并没有止步于室内农业种殖。这个端到端的系统设计灵活,模块化,并支持许多其它行业的监控应用。工厂、仓库和配送中心等都有检测、库存管理和流程优化等需要。无人机提供了一种安全、可扩展、高效经济的方式来满足这些需求。正如农业无人机可以检测到一片羽衣甘蓝生长萎靡不振一样,库存无人机可以清点大型货架上的物品,发现错放的物品,设施监控无人机可以检查仓库是否存在泄漏或其它维护问题。

  当然,无人机只是未来工业分析集成解决方案的一个组成部分。诺基亚的4G/5G专用无线网络以必要的低延迟提供可靠的连接,确保精确控制这些无人机群,并提供传输大量收集上来的数据的能力。云端负责分析并提供处理能力,用于分析所有图像和传感器数据,提取有用的发现并指导智能决策。

  “垂直农业只是一个开始。” Klein说:“这样一个可扩展、智能化和完全自主的平台,其机会是无穷的。我们期待着与合作伙伴和客户打造更加广泛的生态系统,从而使我们的技术能够更好地助力他们应对所面临的独特挑战。”

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