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約翰迪爾拖拉機無人駕駛的秘密——視覺技術在農機上的廣泛應用

   2024-05-06 農機1688網李社潮19500
核心提示:約翰迪爾拖拉機無人駕駛的秘密——視覺技術在農機上的廣泛應用

近十年來,隨著人工智能信息技術的快速發展,計算機視覺技術(Computer Vision)已經成為人工智能領域的重要分支,它在各個領域應用廣泛,也是農機行業的重要助手。以約輸迪爾為代表的技術領先企業率先把視覺技術應用在收割機、拖拉機、噴霧機及播種機等農業機械裝備上,為農機的智能自動化、自主化開了好頭、起到了引領示范作用。讓我們共同領略下約翰迪爾把視覺技術帶頭在農機產品上應用的技術路線與核心功能要素及進展情況,以加快我國農機產品智能化研發制造中借鑒。


迪爾公司推進視覺技術在農機設備上應用,起步于2015年。同年,迪爾推出了首款應用了視覺技術的收割機,它使用立體視覺系統和經過訓練的幾何模型來檢測矩形目標的邊緣,幫助用戶更精確的收獲作物,減少損失。

2016年迪爾發布了一款新的視覺系統,它由帶有顏色檢測算法的雙目相機組成,用于檢測農作物在田地中的位置,通過將信息補充到GPS導航系統中來確保作業時農機不會碾壓和損壞農作物。

兩年后,迪爾開始使用 CVML(計算機視覺和機器學習)來檢測正在收獲的谷物質量。約翰迪爾技術總監介紹,他們將成像系統放置在聯合收割機內,為深度卷積神經網絡提供數據, “該系統使機器的機械部分保持最佳性能,這是我們第一次收集大型數據集來訓練機器學習模型?!?/p>

2022年,迪爾在世界電子消費品展覽會上推出了其自主性(無人駕駛)拖拉機,它使用 CVML 和六對立體攝像頭來檢測和識別物體。機器學習系統成功的關鍵之一是擁有具有代表性事件的訓練數據集。想讓拖拉機達到自主性(無人駕駛),這就要求設計者必須徹底重新思考如何訓練數據集。然而在農業生產作業環境中,“田地中間的障礙物經常發生”這一事件的概率很低,為機器的學習帶來難題。為了徹底解決這個訓練視覺系統問題,讓拖拉機能夠高效地檢測土壤、樹林、線路和天空等始終存在的事物,他們進行了多次試驗,確保如果拖拉機識別的東西不是土壤、樹林、線路和天空,它會停下來。

 

2022年3月,迪爾推出See&Spray Ultimate。它使用 CVML 來檢測每種雜草的位置,并僅在需要的地方準確地施用除草劑。該公司認為,“這是很重要,因為雜草會從植物中竊取寶貴的水、養分和陽光,從而阻止植物充分發揮其潛力”。

自 1947 年推出自走式噴霧機以來,受限于技術,農民只能在整個田間進行農藥噴灑以殺死雜草。借助 See & Spray 技術,農民現在可以只噴灑雜草,為他們減少了三分之二的除草機消耗。在美國,農民從2022年開始使用這項技術。搭載了See & Spray 技術的除草機能識別并噴灑比智能手機相機鏡頭還小的雜草,為農戶節省時間并降低成本,同時避免對農作物和土地造成不必要的影響。

這正是迪爾應用視覺技術達到的效果。視覺技術為噴霧機提供了“眼睛”(共 36 個),這些“眼睛”安裝在噴霧機 120 英尺長的噴桿上。每秒鐘,這些攝像機都會掃描超過 2,200 平方英尺的土地并捕獲 12 億個像素。如果人們試圖用人眼來匹配這種水平的傳感和處理,則需要近 6,000 人才能完成。這不僅僅發生在一個“該系統在穿過不平坦的地形、塵土飛揚的田地和側風時執行其任務。這些攝像機是密封的、超堅固的,并且可以在陽光和陰影下看到,因此它們可以在這種惡劣的環境中成功運行?!庇^看不僅發生在"眼睛"成像系統上,它還依賴于先進的計算。

迪爾為 See & Spray 設計了嵌入式控制器。其中十個連接到噴霧機上,它們裝有高性能處理器,可以理解攝像機所看到的內容。這些處理器每秒可以處理4GB的數據,可以在惡劣或高溫環境下進行工作,同時進行自動冷卻,這些都是開發時必須考慮的條件。

實踐證明,農機上采用See & Spray Ultimate 視覺技術,可以節省 50% 到 70% 的作業灑藥成本。如果這項技術在全世界推廣應用,對改善全球范圍內農業環境可持續性的真正影響是巨大的。

除了幫助迪爾品牌下的用戶外,通過視覺技術得到的數據對全球環境一定會產生重大積極影響。例如,美國農民在 9000 萬英畝土地上種植玉米,每年施用約 1.4 億加侖發酵肥,以幫助這些種子長成高產植物。借助視覺技術 Exact Shot,可以減少 60% 以上的化肥用量,即 9300 萬加侖。根據當今的化肥價格,這可以為農民節省 6.5 億美元的投入成本,也可以防止浪費的化肥助長雜草生長或增加了漂移的風險。除了化肥之外,美國農民每年還使用超過 2300 萬加侖的除草劑來治理雜草。使用 視覺See & Spray 技術,可以將其減少多達三分之二,相當于 1500 萬加侖的除草劑。這可以節省農民的收入大約為 10 億美元?!?/p>

無論是自動駕駛拖拉機或僅檢測和噴灑雜草的機器,視覺技術在農機裝備上的應用正在改變農業,而約翰迪爾處于推進這些尖端技術的最前沿。

 
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