基于人工智能技術(shù)的溫室農(nóng)藥噴灑行為監(jiān)管系統(tǒng)研究_吳曉偉.pdf

基 于 人 工 智 能 技 術(shù) 的 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 研 究 吳 曉 偉 1 駱 庭 寶 1 孫 友 強(qiáng) 2 孫 振 中 3 1 安 徽 中 科 智 能 感 知 科 技 股 份 有 限 公 司 安 徽 蕪 湖 2 4 1 0 0 2 2 中 國(guó) 科 學(xué) 院 合 肥 物 質(zhì) 科 學(xué) 研 究 院 安 徽 合 肥 2 3 0 0 3 1 3 江 蘇 蘇 合 農(nóng) 業(yè) 社 會(huì) 化 服 務(wù) 有 限 公 司 江 蘇 南 京 2 1 0 0 1 2 摘 要 農(nóng) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 安 全 是 農(nóng) 業(yè) 產(chǎn) 業(yè) 高 質(zhì) 量 發(fā) 展 的 關(guān) 鍵 農(nóng) 產(chǎn) 品 溯 源 體 系 建 設(shè) 對(duì) 確 保 農(nóng) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 安 全 至 關(guān) 重 要 依 托 人 工 智 能 技 術(shù) 開(kāi) 發(fā) 了 一 套 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 以 實(shí) 現(xiàn) 無(wú) 人 化 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 的 監(jiān) 督 管 理 系 統(tǒng) 集 成 了 硬 件 設(shè) 備 人 工 智 能 算 法 和 模 型 以 及 應(yīng) 用 軟 件 極 大 地 提 升 了 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 監(jiān) 管 的 準(zhǔn) 確 性 實(shí) 現(xiàn) 了 高 度 實(shí) 時(shí) 性 的 監(jiān) 管 信 息 獲 取 提 高 了 管 理 質(zhì) 量 和 效 率 基 于 人 工 智 能 技 術(shù) 的 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 研 究 為 農(nóng) 產(chǎn) 品 溯 源 體 系 中 的 農(nóng) 藥 施 用 管 理 監(jiān) 督 工 作 提 供 了 全 新 的 技 術(shù) 手 段 同 時(shí) 也 為 獲 取 相 關(guān) 數(shù) 據(jù) 以 及 保 證 數(shù) 據(jù) 準(zhǔn) 確 性 提 供 了 新 的 思 路 和 方 法 關(guān) 鍵 詞 人 工 智 能 技 術(shù) 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 監(jiān) 管 農(nóng)產(chǎn) 品質(zhì) 量安 全 農(nóng)產(chǎn) 品溯 源體 系 中 圖 分 類(lèi) 號(hào) S 1 2 6 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 A 文 章 編 號(hào) 1 0 0 7 5 7 3 9 2 0 2 4 2 4 0 1 6 5 0 5 D O I 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 5 7 3 9 2 0 2 4 2 4 0 4 1 開(kāi) 放 科 學(xué) 資 源 服 務(wù) 標(biāo) 識(shí) 碼 O S I D M o n i t o r i n g S y s t e m f o r G r e e n h o u s e P e s t i c i d e S p r a y i n g B e h a v i o r B a s e d o n A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e T e c h n o l o g y W U X i a o w e i 1 L U O T i n g b a o 1 S U N Y o u q i a n g 2 S U N Z h e n z h o n g 3 1 A n h u i Z h o n g k e I n t e l l i g e n t S e n s e T e c h n o l o g y C o L t d W u h u A n h u i 2 4 1 0 0 2 2 H e f e i I n s t i t u t e s o f P h y s i c a l S c i e n c e C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s H e f e i A n h u i 2 3 0 0 3 1 3 J i a n g s u S u h e A g r i c u l t u r a l S o c i a l i z e d S e r v i c e C o L t d N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 1 2 A b s t r a c t T h e q u a l i t y a n d s a f e t y o f a g r i c u l t u r a l p r o d u c t s a r e t h e k e y t o t h e h i g h q u a l i t y d e v e l o p m e n t o f t h e a g r i c u l t u r a l i n d u s t r y a n d t h e c o n s t r u c t i o n o f a g r i c u l t u r a l p r o d u c t t r a c e a b i l i t y s y s t e m i s c r u c i a l t o e n s u r i n g t h e q u a l i t y a n d s a f e t y o f a g r i c u l t u r a l p r o d u c t s B a s e d o n a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e t e c h n o l o g y a g r e e n h o u s e p e s t i c i d e s p r a y i n g b e h a v i o r m o n i t o r i n g s y s t e m w a s d e v e l o p e d t o a c h i e v e u n m a n n e d p e s t i c i d e s p r a y i n g b e h a v i o r s u p e r v i s i o n a n d m a n a g e m e n t T h e s y s t e m i n t e g r a t e d h a r d w a r e d e v i c e s a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e a l g o r i t h m s a n d m o d e l s a s w e l l a s a p p l i c a t i o n s o f t w a r e w h i c h g r e a t l y i m p r o v e d t h e a c c u r a c y o f g r e e n h o u s e p e s t i c i d e s p r a y i n g b e h a v i o r m o n i t o r i n g a c h i e v e d h i g h l y r e a l t i m e r e g u l a t o r y i n f o r m a t i o n a c q u i s i t i o n a n d i m p r o v e d m a n a g e m e n t q u a l i t y a n d e f f i c i e n c y T h e r e s e a r c h o n t h e g r e e n h o u s e p e s t i c i d e s p r a y i n g b e h a v i o r m o n i t o r i n g s y s t e m b a s e d o n a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e t e c h n o l o g y p r o v i d e d a n e w t e c h n i c a l m e a n s f o r t h e m a n a g e m e n t a n d s u p e r v i s i o n o f p e s t i c i d e a p p l i c a t i o n i n t h e a g r i c u l t u r a l p r o d u c t t r a c e a b i l i t y s y s t e m a n d a l s o p r o v i d e d n e w i d e a s a n d m e t h o d s f o r o b t a i n i n g r e l e v a n t d a t a a n d e n s u r i n g d a t a a c c u r a c y K e y w o r d s a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e t e c h n o l o g y g r e e n h o u s e p e s t i c i d e s p r a y i n g b e h a v i o r m o n i t o r q u a l i t y a n d s a f e t y o f a g r i c u l t u r a l p r o d u c t a g r i c u l t u r a l p r o d u c t t r a c e a b i l i t y s y s t e m 隨 著 農(nóng) 業(yè) 的 發(fā) 展 農(nóng) 產(chǎn) 品 安 全 監(jiān) 管 的 重 要 作 用 日 益 凸 顯 1 2 其 中 農(nóng) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 追 溯 體 系 3 則 在 信 息 技 術(shù) 進(jìn) 步 和 智 慧 農(nóng) 業(yè) 4 產(chǎn) 業(yè) 化 應(yīng) 用 的 共 同 支 撐 下 取 得 了 長(zhǎng) 足 的 發(fā) 展 這 一 體 系 已 成 為 確 保 農(nóng) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 安 全 不 可 或 缺 的 工 具 為 了 保 障 食 品 安 全 和 提 高 農(nóng) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 有 關(guān) 部 門(mén) 建 立 了 一 系 列 標(biāo) 準(zhǔn) 化 體 系 進(jìn) 一 步 規(guī) 范 農(nóng) 產(chǎn) 品 種 養(yǎng) 殖 過(guò) 程 確 保 農(nóng) 產(chǎn) 品 生 產(chǎn) 安 全 在 目 前 廣 泛 采 用 的 溫 室 種 植 模 式 中 農(nóng) 藥 的 使 用 第 一 作 者 吳 曉 偉 1 9 8 3 男 博 士 工 程 師 從 事 智 慧 農(nóng) 業(yè) 產(chǎn) 品 和 技 術(shù) 研 發(fā) 工 作 通 信 作 者 收 稿 日 期 2 0 2 4 0 3 3 1 現(xiàn) 代 農(nóng) 業(yè) 科 技 2 0 2 4 年 第 2 4 期 農(nóng) 業(yè) 裝 備 智 慧 農(nóng) 業(yè) 1 6 5現(xiàn) 代 農(nóng) 業(yè) 科 技 2 0 2 4 年 第 2 4 期 農(nóng) 業(yè) 裝 備 智 慧 農(nóng) 業(yè) 不 可 避 免 在 農(nóng) 作 物 種 植 過(guò) 程 中 農(nóng) 藥 使 用 管 理 始 終 是 農(nóng) 產(chǎn) 品 安 全 管 理 體 系 的 關(guān) 鍵 環(huán) 節(jié) 農(nóng) 藥 的 種 類(lèi) 使 用 頻 次 及 其 可 降 解 性 和 污 染 情 況 直 接 影 響 農(nóng) 作 物 品 質(zhì) 5 然 而 目 前 農(nóng) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 追 溯 工 作 中 普 遍 采 用 的 手 工 記 錄 或 事 后 人 工 錄 入 方 式 存 在 遺 漏 不 準(zhǔn) 確 和 易 篡 改 的 問(wèn) 題 雖 然 已 經(jīng) 采 用 基 于 區(qū) 塊 鏈 技 術(shù) 的 溯 源 系 統(tǒng) 6 來(lái) 提 高 數(shù) 據(jù) 安 全 性 但 是 原 始 信 息 采 集 和 數(shù) 據(jù) 錄 入 依 然 需 要 人 工 執(zhí) 行 目 前 也 可 以 通 過(guò) 廣 泛 使 用 多 類(lèi) 傳 感 器 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 持 續(xù) 數(shù) 據(jù) 監(jiān) 測(cè) 7 但 這 些 方 法 成 本 較 高 通 用 性 受 限 難 以 同 時(shí) 滿 足 高 效 性 經(jīng) 濟(jì) 性 和 準(zhǔn) 確 性 的 需 求 基 于 此 提 出 了 一 種 基 于 人 工 智 能 技 術(shù) 的 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 通 過(guò) 構(gòu) 建 機(jī) 器 視 覺(jué) 算 法 8 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 的 高 度 自 動(dòng) 化 監(jiān) 管 該 系 統(tǒng) 的 硬 件 配 置 成 本 低 廉 有 助 于 進(jìn) 一 步 完 善 農(nóng) 產(chǎn) 品 溯 源 體 系 推 動(dòng) 農(nóng) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 安 全 生 產(chǎn) 水 平 向 更 加 透 明 化 時(shí) 效 化 和 精 準(zhǔn) 化 的 方 向 發(fā) 展 1 系 統(tǒng) 總 體 方 案 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 整 體 上 采 用 了 物 聯(lián) 網(wǎng) 系 統(tǒng) 的 3 層 標(biāo) 準(zhǔn) 架 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 即 感 知 層 平 臺(tái) 層 和 應(yīng) 用 層 圖 1 這 一 架 構(gòu) 通 過(guò) 網(wǎng) 絡(luò) 和 接 口 服 務(wù) 實(shí) 現(xiàn) 各 層 之 間 的 無(wú) 縫 對(duì) 接 感 知 層 由 攝 像 機(jī) 設(shè) 備 組 成 攝 像 機(jī) 采 用 1 2 8 英 寸 C M O S 傳 感 器 可 提 供 約 8 0 0 萬(wàn) 像 素 的 高 清 圖 像 攝 像 機(jī) 在 溫 室 內(nèi) 以 特 定 的 高 度 角 度 進(jìn) 行 安 裝 并 將 視 野 調(diào) 整 到 合 適 范 圍 以 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 溫 室 內(nèi) 活 動(dòng) 的 連 續(xù) 監(jiān) 控 攝 像 機(jī) 捕 捉 到 的 視 頻 數(shù) 據(jù) 通 過(guò) 網(wǎng) 絡(luò) 被 傳 輸 至 平 臺(tái) 層 進(jìn) 行 進(jìn) 一 步 的 處 理 和 分 析 平 臺(tái) 層 的 核 心 由 圖 像 識(shí) 別 算 法 和 集 成 分 析 模 塊 構(gòu) 成 圖 像 識(shí) 別 算 法 負(fù) 責(zé) 對(duì) 從 感 知 層 接 收 到 的 動(dòng) 態(tài) 視 頻 流 進(jìn) 行 實(shí) 時(shí) 分 析 以 識(shí) 別 和 判 斷 視 頻 中 的 關(guān) 鍵 目 標(biāo) 對(duì) 象 一 旦 檢 測(cè) 到 可 能 的 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 集 成 分 析 模 塊 則 進(jìn) 一 步 分 析 這 些 識(shí) 別 結(jié) 果 確 認(rèn) 是 否 發(fā) 生 了 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 并 記 錄 對(duì) 應(yīng) 的 數(shù) 據(jù) 和 關(guān) 聯(lián) 信 息 這 一 過(guò) 程 確 保 了 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 的 數(shù) 據(jù) 準(zhǔn) 確 性 和 反 應(yīng) 速 度 在 應(yīng) 用 層 中 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 的 輸 出 內(nèi) 容 被 轉(zhuǎn) 化 為 用 戶(hù) 可 直 接 利 用 的 信 息 和 服 務(wù) 應(yīng) 用 層 包 括 一 套 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 和 一 組 溯 源 系 統(tǒng) 接 口 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 為 用 戶(hù) 提 供 了 一 個(gè) 直 觀 的 操 作 界 面 包 括 數(shù) 據(jù) 展 示 信 息 管 理 參 數(shù) 配 置 等 功 能 使 用 戶(hù) 能 夠 輕 松 管 理 和 監(jiān) 控 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 同 時(shí) 將 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 收 集 到 的 數(shù) 據(jù) 整 合 后 使 用 溯 源 系 統(tǒng) 接 口 提 供 給 農(nóng) 產(chǎn) 品 溯 源 系 統(tǒng) 以 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 農(nóng) 藥 使 用 環(huán) 節(jié) 的 全 面 監(jiān) 管 2 系 統(tǒng) 技 術(shù) 實(shí) 現(xiàn) 2 1 系 統(tǒng) 工 藝 流 程 系 統(tǒng) 的 核 心 目 標(biāo) 是 實(shí) 時(shí) 捕 捉 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 并 建 立 與 之 相 關(guān) 的 溯 源 數(shù) 據(jù) 如 圖 2 所 示 工 藝 流 程 由 攝 像 機(jī) 捕 獲 實(shí) 時(shí) 視 頻 圖 像 為 起 始 這 些 圖 像 通 過(guò) 網(wǎng) 絡(luò) 不 斷 傳 輸 至 平 臺(tái) 層 的 軟 件 程 序 進(jìn) 行 分 析 處 理 在 平 臺(tái) 層 圖 像 識(shí) 別 算 法 的 首 要 任 務(wù) 是 識(shí) 別 視 頻 中 的 人 物 農(nóng) 藥 噴 灑 通 常 由 人 工 操 作 且 人 體 形 象 在 視 頻 中 較 突 出 易 于 區(qū) 分 因 而 人 物 識(shí) 別 作 為 初 步 篩 選 的 必 要 步 驟 一 旦 識(shí) 別 到 視 頻 中 有 人 員 出 現(xiàn) 系 統(tǒng) 便 進(jìn) 入 第 二 階 段 的 識(shí) 別 器 械 識(shí) 別 此 階 段 聚 焦 2 個(gè) 關(guān) 鍵 特 征 儲(chǔ) 存 農(nóng) 藥 的 儲(chǔ) 藥 罐 和 噴 灑 農(nóng) 藥 的 噴 桿 識(shí) 別 到 任 一 特 征 即 可 判 定 為 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 隨 后 集 成 分 析 模 塊 從 視 頻 中 提 取 關(guān) 鍵 圖 像 進(jìn) 行 證 據(jù) 收 集 記 錄 和 存 檔 此 外 集 成 分 析 模 塊 還 會(huì) 從 識(shí) 別 到 的 視 頻 數(shù) 據(jù) 中 提 取 每 個(gè) 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 的 相 關(guān) 信 息 如 灑 藥 溫 室 編 號(hào) 發(fā) 生 時(shí) 間 等 為 后 續(xù) 的 深 入 分 析 和 統(tǒng) 計(jì) 提 供 更 多 維 度 的 數(shù) 據(jù) 支 持 這 些 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 的 圖 像 及 其 相 關(guān) 信 息 隨 后 被 圖 1 系 統(tǒng) 架 構(gòu) 感 知 層 平 臺(tái) 層 應(yīng) 用 層 攝 像 機(jī) 圖 像 識(shí) 別 算 法 集 成 分 析 模 塊 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 溯 源 系 統(tǒng) 接 口 圖 2 工 藝 流 程 工 具 實(shí) 現(xiàn) 流 程 攝 像 機(jī) 圖 像 識(shí) 別 算 法 集 成 分 析 模 塊 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 溯 源 系 統(tǒng) 接 口 獲 取 棚 內(nèi) 實(shí) 時(shí) 圖 像 人 員 識(shí) 別 器 械 識(shí) 別 是 否 滿 足 上 述 一 個(gè) 條 件 發(fā) 現(xiàn) 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 抽 取 典 型 圖 片 存 儲(chǔ) 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 圖 片 關(guān) 聯(lián) 信 息 統(tǒng) 計(jì) 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 開(kāi) 始 和 結(jié) 束 時(shí) 間 生 成 農(nóng) 藥 噴 灑 記 錄 日 志 生 成 溯 源 數(shù) 據(jù) 否 是 出 現(xiàn) 儲(chǔ) 藥 罐 出 現(xiàn) 噴 桿 1 6 6應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 用 于 管 理 深 化 分 析 和 可 視 化 呈 現(xiàn) 包 括 記 錄 每 次 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 的 開(kāi) 始 和 結(jié) 束 時(shí) 間 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 會(huì) 自 動(dòng) 生 成 農(nóng) 藥 噴 灑 記 錄 日 志 為 每 次 農(nóng) 藥 噴 灑 活 動(dòng) 建 立 詳 細(xì) 的 檔 案 記 錄 以 便 于 用 戶(hù) 進(jìn) 行 統(tǒng) 計(jì) 和 管 理 最 終 系 統(tǒng) 通 過(guò) 數(shù) 據(jù) 接 口 與 專(zhuān) 門(mén) 的 農(nóng) 產(chǎn) 品 溯 源 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 對(duì) 接 主 動(dòng) 推 送 溯 源 系 統(tǒng) 所 需 的 數(shù) 據(jù) 以 支 持 溯 源 監(jiān) 管 工 作 的 完 成 2 2 圖 像 獲 取 在 系 統(tǒng) 運(yùn) 行 過(guò) 程 中 攝 像 機(jī) 作 為 唯 一 的 圖 像 獲 取 工 具 持 續(xù) 不 斷 地 工 作 捕 獲 視 頻 并 通 過(guò) 網(wǎng) 絡(luò) 發(fā) 送 至 平 臺(tái) 層 進(jìn) 行 處 理 攝 像 機(jī) 安 裝 于 溫 室 頂 部 通 過(guò) 調(diào) 整 角 度 確 保 其 覆 蓋 整 個(gè) 溫 室 空 間 盡 可 能 無(wú) 死 角 地 觀 察 到 各 個(gè) 位 置 對(duì) 于 空 間 較 大 的 溫 室 系 統(tǒng) 采 用 多 攝 像 機(jī) 配 置 確 保 監(jiān) 控 的 全 面 性 和 無(wú) 盲 區(qū) 從 而 提 升 監(jiān) 管 的 效 率 和 質(zhì) 量 2 3 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 功 能 為 確 保 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 管 理 的 有 效 性 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 被 設(shè) 計(jì) 為 管 理 工 作 的 直 接 工 具 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 的 功 能 主 要 包 括 以 下 4 個(gè) 方 面 內(nèi) 容 2 3 1 可 視 化 呈 現(xiàn) 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 提 供 了 一 個(gè) 直 觀 的 界 面 展 示 農(nóng) 藥 噴 灑 的 現(xiàn) 場(chǎng) 照 片 發(fā) 生 時(shí) 間 包 括 開(kāi) 始 和 結(jié) 束 時(shí) 間 等 關(guān) 鍵 信 息 使 管 理 者 能快 速了 解噴 灑活 動(dòng)的 具體 情況 2 3 2 分 析 與 統(tǒng) 計(jì) 基 于 收 集 到 的 原 始 圖 像 和 相 關(guān) 數(shù) 據(jù) 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 能 夠 進(jìn) 行 進(jìn) 一 步 分 析 和 統(tǒng) 計(jì) 包 括 計(jì) 算 每 個(gè) 溫 室 內(nèi) 每 次 農(nóng) 藥 噴 灑 的 持 續(xù) 時(shí) 間 1 個(gè) 種 植 周 期 內(nèi) 的 農(nóng) 藥 總 噴 灑 次 數(shù) 以 及 農(nóng) 藥 噴 灑 的 日 歷 統(tǒng) 計(jì) 等 為 管 理 者 提 供 全 面 的 數(shù) 據(jù) 支 持 2 3 3 記 錄 日 志 生 成 對(duì) 于 每 一 次 農(nóng) 藥 噴 灑 活 動(dòng) 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 會(huì) 自 動(dòng) 生 成 詳 細(xì) 的 記 錄 日 志 這 些 日 志 將 農(nóng) 藥 噴 灑 的 關(guān) 鍵 信 息 如 典 型 圖 片 時(shí) 間 持 續(xù) 時(shí) 長(zhǎng) 等 整 合 成 獨(dú) 立 的 數(shù) 據(jù) 組 便 于 查 詢(xún) 調(diào) 取 和 導(dǎo) 出 2 3 4 核 查 與 抽 驗(yàn) 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 提 供 了 事 后 核 查 和 抽 驗(yàn) 功 能 允 許 用 戶(hù) 回 看 完 整 的 農(nóng) 藥 噴 灑 記 錄 視 頻 以 驗(yàn) 證 算 法 判 斷 的 準(zhǔn) 確 性 若 發(fā) 現(xiàn) 錯(cuò) 誤 或 遺 漏 用 戶(hù) 可 直 接 在 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 上 進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 的 修 正 或 補(bǔ) 充 記 錄 此 外 人 工 標(biāo) 記 的 錯(cuò) 誤 數(shù) 據(jù) 還 可 用 于 識(shí) 別 算 法 的 優(yōu) 化 訓(xùn) 練 以 進(jìn) 一 步 提 高 系 統(tǒng) 的 準(zhǔn) 確 性 和 可 靠 性 2 4 溯 源 系 統(tǒng) 對(duì) 接 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 生 成 的 農(nóng) 藥 噴 灑 記 錄 旨 在 為 溯 源 系 統(tǒng) 提 供 支 持 通 過(guò) 豐 富 其 數(shù) 據(jù) 資 源 來(lái) 增 強(qiáng) 系 統(tǒng) 的 能 力 因 此 系 統(tǒng) 向 溯 源 系 統(tǒng) 推 送 的 數(shù) 據(jù) 包 括 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 的 典 型 圖 像 發(fā) 生 時(shí) 間 溫 室 編 號(hào) 等 信 息 接 口 采 取 主 動(dòng) 推 送 數(shù) 據(jù) 的 工 作 模 式 3 識(shí) 別 算 法 3 1 識(shí) 別 算 法 主 要 流 程 在 研 究 的 框 架 內(nèi) 識(shí) 別 算 法 作 為 核 心 組 成 部 分 采 用 了 雙 層 識(shí) 別 程 序 設(shè) 計(jì) 該 程 序 基 于 物 體 檢 測(cè) 算 法 9 通 過(guò) 深 度 學(xué) 習(xí) 和 監(jiān) 督 學(xué) 習(xí) 的 方 法 訓(xùn) 練 專(zhuān) 門(mén) 的 識(shí) 別 模 型 以 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 視 頻 圖 像 中 特 定 對(duì) 象 的 高 精 度 識(shí) 別 如 圖 2 所 示 算 法 的 第 一 步 聚 焦 于 人 員 識(shí) 別 利 用 人 體 目 標(biāo) 的 顯 著 特 征 進(jìn) 行 初 步 篩 選 這 一 步 驟 的 成 功 執(zhí) 行 為 后 續(xù) 識(shí) 別 提 供 了 觸 發(fā) 條 件 一 旦 系 統(tǒng) 檢 測(cè) 到 圖 像 中 含 有 人 員 便 進(jìn) 入 下 一 階 段 農(nóng) 藥 噴 灑 器 械 的 識(shí) 別 此 時(shí) 系 統(tǒng) 將 特 別 尋 找 儲(chǔ) 藥 罐 和 噴 桿 的 存 在 識(shí) 別 到 這 2 項(xiàng) 器 械 中 的 任 何 1 個(gè) 系 統(tǒng) 即 可 判 定 圖 像 中 出 現(xiàn) 了 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 3 2 雙 層 識(shí) 別 方 案 采 用 雙 層 識(shí) 別 方 案 的 決 策 基 于 以 下 幾 點(diǎn) 考 慮 一 是 人 工 噴 灑 的 普 遍 性 考 慮 到 溫 室 中 的 農(nóng) 藥 噴 灑 大 多 由 人 工 進(jìn) 行 因 而 人 物 和 噴 灑 器 械 的 同 時(shí) 出 現(xiàn) 成 為 判 定 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 的 關(guān) 鍵 條 件 二 是 避 免 誤 識(shí) 別 溫 室 環(huán) 境 復(fù) 雜 噴 灑 器 械 的 外 形 可 能 與 其 他 物 體 或 設(shè) 施 相 似 容 易 引 發(fā) 誤 識(shí) 別 因 此 先 通 過(guò) 人 物 識(shí) 別 可 以 有 效 過(guò) 濾 環(huán) 境 噪 聲 減 少 誤 判 三 是 防 止 誤 報(bào) 實(shí) 地 調(diào) 研 發(fā) 現(xiàn) 有 時(shí) 農(nóng) 民 可 能 會(huì) 在 溫 室 內(nèi) 留 下 未 使 用 的 灑 藥 器 械 此 時(shí) 如 果 僅 依 靠 器 械 識(shí) 別 來(lái) 判 斷 系 統(tǒng) 可 能 會(huì) 因 攝 像 機(jī) 持 續(xù) 拍 攝 到 器 械 圖 像 而 錯(cuò) 誤 報(bào) 告 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 采 用 雙 層 識(shí) 別 方 案 能 夠 有 效 避 免 這 類(lèi) 情 況 的 發(fā) 生 減 少 長(zhǎng) 時(shí) 間 的 誤 報(bào) 通 過(guò) 這 種 雙 層 識(shí) 別 方 案 系 統(tǒng) 能 夠 在 確 保 識(shí) 別 效 率 的 同 時(shí) 大 幅 提 高 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 度 為 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 的 監(jiān) 控 提 供 可 靠 的 技 術(shù) 支 撐 3 3 識(shí) 別 算 法 準(zhǔn) 備 過(guò) 程 識(shí) 別 算 法 的 設(shè) 計(jì) 適 用 于 長(zhǎng) 度 不 超 過(guò) 5 0 m 的 溫 室 環(huán) 境 這 一 條 件 設(shè) 定 充 分 考 慮 了 攝 像 機(jī) 的 視 野 范 圍 以 及 溫 室 的 常 見(jiàn) 規(guī) 格 以 此 為 先 決 條 件 為 實(shí) 現(xiàn) 識(shí) 別 算 法 模 型 訓(xùn) 練 的 目 標(biāo) 準(zhǔn) 備 過(guò) 程 遵 循 以 下 3 個(gè) 主 要 環(huán) 節(jié) 一 是 圖 像 訓(xùn) 練 樣 本 數(shù) 據(jù) 集 的 構(gòu) 建 針 對(duì) 溫 室 中 的 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 收 集 并 構(gòu) 建 一 個(gè) 圖 像 訓(xùn) 練 樣 本 數(shù) 據(jù) 吳 曉 偉 等 基 于 人 工 智 能 技 術(shù) 的 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 研 究 1 6 7現(xiàn) 代 農(nóng) 業(yè) 科 技 2 0 2 4 年 第 2 4 期 農(nóng) 業(yè) 裝 備 智 慧 農(nóng) 業(yè) 集 這 些 樣 本 既 包 括 在 測(cè) 試 溫 室 內(nèi) 安 裝 攝 像 機(jī) 實(shí) 地 拍 攝 的 圖 像 也 包 括 通 過(guò) 互 聯(lián) 網(wǎng) 工 具 搜 集 的 符 合 條 件 的 圖 片 二 是 模 型 訓(xùn) 練 與 測(cè) 試 優(yōu) 化 利 用 這 些 樣 本 數(shù) 據(jù) 集 和 物 體 檢 測(cè) 算 法 對(duì) 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 識(shí) 別 模 型 進(jìn) 行 訓(xùn) 練 在 訓(xùn) 練 過(guò) 程 中 根 據(jù) 測(cè) 試 結(jié) 果 進(jìn) 行 優(yōu) 化 迭 代 以 提 高 模 型 的 準(zhǔn) 確 性 和 適 用 性 三 是 識(shí) 別 算 法 整 合 與 應(yīng) 用 當(dāng) 開(kāi) 發(fā) 出 滿 足 應(yīng) 用 需 求 的 模 型 并 通 過(guò) 測(cè) 試 后 將 識(shí) 別 算 法 及 其 模 型 整 合 到 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 中 以 便 在 實(shí) 際 環(huán) 境 下 運(yùn) 行 為 了 確 保 識(shí) 別 算 法 能 夠 準(zhǔn) 確 識(shí) 別 人 工 噴 灑 農(nóng) 藥 的 各 種 姿 態(tài) 并 在 復(fù) 雜 環(huán) 境 中 有 效 工 作 在 識(shí) 別 算 法 研 究 和 優(yōu) 化 過(guò) 程 中 特 別 關(guān) 注 了 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 在 不 同 角 度 光 照 條 件 以 及 存 在 遮 擋 情 況 下 的 圖 像 樣 本 收 集 和 針 對(duì) 性 識(shí) 別 算 法 模 型 優(yōu) 化 如 圖 3 所 示 樣 本 圖 像 涵 蓋 了 從 正 面 側(cè) 面 到 背 對(duì) 攝 像 機(jī) 的 各 種 視 角 同 時(shí) 也 出 現(xiàn) 了 單 個(gè) 或 多 名 灑 藥 人 員 在 不 同 距 離 不 同 光 照 條 件 下 的 作 業(yè) 場(chǎng) 景 這 些 樣 本 不 僅 包 含 了 視 角 的 多 樣 性 還 涵 蓋 了 不 同 的 儲(chǔ) 藥 罐 和 噴 桿 樣 式 為 模 型 訓(xùn) 練 提 供 了 豐 富 的 數(shù) 據(jù) 基 礎(chǔ) 通 過(guò) 這 種 細(xì) 致 的 樣 本 補(bǔ) 充 和 識(shí) 別 算 法 優(yōu) 化 大 幅 提 升 了 識(shí) 別 算 法 的 性 能 確 保 了 其 在 實(shí) 際 農(nóng) 業(yè) 質(zhì) 量 安 全 監(jiān) 管 中 的 準(zhǔn) 確 性 和 廣 泛 適 用 性 4 應(yīng) 用 效 果 4 1 識(shí) 別 算 法 效 果 研 究 人 員 將 識(shí) 別 算 法 及 其 模 型 最 終 集 成 到 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 中 并 在 實(shí) 際 溫 室 環(huán) 境 下 進(jìn) 行 了 應(yīng) 用 效 果 評(píng) 估 為 了 全 面 評(píng) 價(jià) 識(shí) 別 算 法 的 性 能 先 對(duì) 識(shí) 別 算 法 使 用 基 于 靜 態(tài) 圖 像 的 測(cè) 試 數(shù) 據(jù) 集 進(jìn) 行 了 驗(yàn) 證 隨 后 又 通 過(guò) 動(dòng) 態(tài) 視 頻 的 測(cè) 試 樣 本 進(jìn) 行 了 進(jìn) 一 步 檢 驗(yàn) 測(cè) 試 的 主 要 目 標(biāo) 是 評(píng) 估 識(shí) 別 算 法 在 正 確 識(shí) 別 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 方 面 的 準(zhǔn) 確 率 并 關(guān) 注 在 不 同 距 離 區(qū) 間 0 2 5 m 和 2 5 5 0 m 內(nèi) 識(shí) 別 算 法 的 表 現(xiàn) 用 于 測(cè) 試 的 靜 態(tài) 圖 像 樣 本 在 每 個(gè) 距 離 范 圍 各 準(zhǔn) 備 了 4 0 0 張 圖 片 作 為 測(cè) 試 對(duì) 象 用 于 測(cè) 試 的 動(dòng) 態(tài) 視 頻 樣 本 在 每 個(gè) 距 離 范 圍 各 準(zhǔn) 備 了 1 5 0 個(gè) 視 頻 作 為 測(cè) 試 對(duì) 象 視 頻 時(shí) 長(zhǎng) 均 為 3 0 6 0 s 從 表 1 可 以 看 出 在 0 2 5 m 距 離 范 圍 內(nèi) 靜 態(tài) 圖 像 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 達(dá) 到 了 9 4 3 動(dòng) 態(tài) 視 頻 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 高 達(dá) 9 8 7 在 2 5 5 0 m 的 距 離 范 圍 內(nèi) 雖 然 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 有 所 下 降 但 仍 保 持 在 較 高 水 平 靜 態(tài) 圖 像 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 為 8 9 5 動(dòng) 態(tài) 視 頻 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 達(dá) 到 了 9 3 3 在 較 遠(yuǎn) 距 離 上 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 下 降 主 要 原 因 有 2 個(gè) 方 面 一 是 遠(yuǎn) 距 離 下 噴 灑 器 械 體 積 相 對(duì) 較 小 容 易 被 人 體 遮 擋 二 是 測(cè) 試 樣 本 中 包 含 了 一 些 高 莖 稈 作 物 和 立 體 種 植 模 式 1 0 下 的 噴 灑 圖 像 在 這 種 情 況 下 目 標(biāo) 噴 藥 器 械 作 為 識(shí) 別 對(duì) 象 容 易 被 遮 擋 從 而 影 響 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 動(dòng) 態(tài) 視 頻 測(cè) 試 數(shù) 據(jù) 顯 示 在 0 2 5 m 和 2 5 5 0 m 范 圍 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 均 超 過(guò) 了 9 0 且 都 高 于 同 等 距 離 范 圍 內(nèi) 的 靜 態(tài) 圖 像 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 由 于 動(dòng) 態(tài) 視 頻 中 人 員 會(huì) 有 各 種 動(dòng) 作 角 度 的 變 換 這 也 讓 攝 像 機(jī) 更 易 捕 捉 到 適 宜 識(shí) 別 的 圖 像 從 而 形 成 準(zhǔn) 確 的 識(shí) 別 結(jié) 果 實(shí) 際 上 從 農(nóng) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 安 全 監(jiān) 管 角 度 來(lái) 看 只 要 能 夠 捕 捉 到 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 即 可 作 為 監(jiān) 管 記 錄 這 意 味 著 識(shí) 別 算 法 即 使 只 捕 捉 到 部 分 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 也 已 經(jīng) 初 步 達(dá) 到 了 監(jiān) 管 要 求 在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 識(shí) 別 算 法 的 效 果 如 圖 4 所 示 從 圖 4 a 可 以 看 出 識(shí) 別 算 法 檢 測(cè) 到 人 員 后 進(jìn) 一 步 檢 測(cè) 到 儲(chǔ) 藥 罐 和 噴 桿 從 而 確 定 發(fā) 生 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 在 這 里 可 以 看 到 儲(chǔ) 藥 箱 只 漏 出 了 一 小 部 分 大 部 分 被 人 體 遮 擋 但 是 識(shí) 別 算 法 仍 然 準(zhǔn) 確 檢 測(cè) 到 了 儲(chǔ) 藥 箱 從 圖 4 b 可 以 看 出 人 體 遮 擋 導(dǎo) 致 儲(chǔ) 藥 罐 完 全 不 可 見(jiàn) 此 時(shí) 識(shí) 別 算 法 通 過(guò) 檢 測(cè) 到 噴 桿 識(shí) 別 出 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 從 圖 4 c 可 以 看 出 因 噴 桿 位 于 人 體 前 方 在 攝 像 機(jī) 畫(huà) 面 中 處 于 被 遮 擋 狀 態(tài) 識(shí) 別 算 法 就 通 過(guò) 識(shí) 別 儲(chǔ) 藥 罐 辨 認(rèn) 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 上 述 結(jié) 果 證 明 了 識(shí) 別 算 法 在 復(fù) 雜 環(huán) 境 下 的 識(shí) 別 能 力 和 實(shí) 用 性 a b 為 噴 灑 農(nóng) 藥 時(shí) 常 見(jiàn) 的 正 面 影 像 c d 為 典 型 的 側(cè) 面 影 像 e 為 典 型 的 背 面 影 像 f 為 多 人 灑 藥 影 像 圖 3 典 型 樣 本 a b c d e f 表 1 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 識(shí) 別 算 法 運(yùn) 行 效 果 距 離 范 圍 m 0 2 5 2 5 5 0 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 靜 態(tài) 圖 像 9 4 3 8 9 5 動(dòng) 態(tài) 視 頻 9 8 7 9 3 3 1 6 84 2 系 統(tǒng) 應(yīng) 用 效 果 研 究 人 員 通 過(guò) 集 成 整 合 構(gòu) 建 了 完 整 的 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 該 系 統(tǒng) 以 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 作 為 用 戶(hù) 交 互 界 面 為 用 戶(hù) 提 供 了 一 系 列 服 務(wù) 功 能 如 圖 5 所 示 應(yīng) 用 服 務(wù) 軟 件 界 面 展 示 了 系 統(tǒng) 捕 獲 的 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 圖 像 在 軟 件 農(nóng) 藥 噴 灑 日 歷 中 系 統(tǒng) 將 存 在 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 的 日 期 以 高 亮 方 式 呈 現(xiàn) 便 于 用 戶(hù) 直 觀 查 閱 系 統(tǒng) 對(duì) 每 月 的 農(nóng) 藥 噴 灑 次 數(shù) 進(jìn) 行 統(tǒng) 計(jì) 以 柱 形 圖 形 式 羅 列 將 月 份 和 次 數(shù) 作 為 坐 標(biāo) 顯 示 給 用 戶(hù) 對(duì) 于 需 要 詳 細(xì) 審 查 的 情 況 用 戶(hù) 可 以 在 界 面 的 關(guān) 聯(lián) 視 頻 功 能 上 查 詢(xún) 到 農(nóng) 藥 噴 灑 時(shí) 的 連 續(xù) 視 頻 片 段 若 系 統(tǒng) 出 現(xiàn) 誤 判 用 戶(hù) 可 以 在 軟 件 的 監(jiān) 控 管 理 菜 單 中 剔 除 錯(cuò) 誤 數(shù) 據(jù) 該 系 統(tǒng) 的 運(yùn) 行 使 監(jiān) 管 過(guò) 程 無(wú) 需 人 工 介 入 顯 著 提 升 了 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 的 監(jiān) 管 效 率 和 準(zhǔn) 確 性 系 統(tǒng) 基 于 識(shí) 別 算 法 的 動(dòng) 態(tài) 識(shí) 別 能 力 保 證 了 監(jiān) 管 信 息 獲 取 的 高 度 實(shí) 時(shí) 性 5 結(jié) 束 語(yǔ) 基 于 人 工 智 能 技 術(shù) 的 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 研 究 旨 在 通 過(guò) 人 工 智 能 技 術(shù) 實(shí) 現(xiàn) 溫 室 種 植 環(huán) 境 下 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 的 無(wú) 人 化 監(jiān) 管 該 集 成 化 系 統(tǒng) 硬 件 設(shè) 備 需 求 簡(jiǎn) 單 具 有 良 好 的 環(huán) 境 通 用 性 提 高 了 監(jiān) 督 管 理 的 質(zhì) 量 和 效 率 通 過(guò) 機(jī) 器 視 覺(jué) 技 術(shù) 系 統(tǒng) 能 夠 準(zhǔn) 確 識(shí) 別 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 免 去 管 理 過(guò) 程 中 的 人 工 介 入 實(shí) 現(xiàn) 了 持 續(xù) 不 間 斷 的 監(jiān) 管 基 于 人 工 智 能 技 術(shù) 的 溫 室 農(nóng) 藥 噴 灑 行 為 監(jiān) 管 系 統(tǒng) 研 究 為 農(nóng) 產(chǎn) 品 溯 源 體 系 中 農(nóng) 藥 施 用 管 理 監(jiān) 督 工 作 提 供 了 有 效 的 工 具 同 時(shí) 也 為 破 解 農(nóng) 產(chǎn) 品 溯 源 體 系 建 設(shè) 中 數(shù) 據(jù) 獲 取 難 點(diǎn) 和 準(zhǔn) 確 性 問(wèn) 題 提 供 了 新 的 思 路 和 方 法 基 于 當(dāng) 前 研 究 成 果 未 來(lái) 的 工 作 可 以 從 以 下 幾 個(gè) 方 面 進(jìn) 行 深 入 開(kāi) 展 一 是 針 對(duì) 多 樣 的 灑 藥 器 械 設(shè) 備 進(jìn) 一 步 升 級(jí) 識(shí) 別 模 型 擴(kuò) 展 可 識(shí) 別 范 圍 二 是 面 向 溫 室 使 用 的 無(wú) 人 化 自 動(dòng) 噴 藥 機(jī) 懸 掛 式 噴 霧 機(jī) 等 設(shè) 備 開(kāi) 發(fā) 專(zhuān) 門(mén) 的 識(shí) 別 模 型 以 適 應(yīng) 人 員 不 在 現(xiàn) 場(chǎng) 的 情 況 三 是 為 更 好 地 適 應(yīng) 大 型 溫 室 立 體 種 植 和 高 莖 稈 作 物 等 復(fù) 雜 環(huán) 境 研 究 多 機(jī) 位 攝 像 機(jī) 的 圖 像 融 合 和 協(xié) 同 識(shí) 別 處 理 技 術(shù) 1 1 增 強(qiáng) 系 統(tǒng) 的 適 應(yīng) 性 和 擴(kuò) 展 性 參 考 文 獻(xiàn) 1 孔 令 孜 李 小 紅 寧 夏 等 國(guó) 外 農(nóng) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 安 全 管 理 現(xiàn) 狀 及 啟 示 J 農(nóng) 村 經(jīng) 濟(jì) 與 科 技 2 0 1 8 1 3 1 6 6 1 6 9 2 劉 瑜 我 國(guó) 農(nóng) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 安 全 監(jiān) 管 問(wèn) 題 及 對(duì) 策 分 析 J 農(nóng) 業(yè) 經(jīng) 濟(jì) 2 0 2 0 4 1 3 6 1 3 8 3 趙 丙 奇 章 合 杰 數(shù) 字 農(nóng) 產(chǎn) 品 追 溯 體 系 的 運(yùn) 行 機(jī) 理 和 實(shí) 施 模 式 研 究 J 農(nóng) 業(yè) 經(jīng) 濟(jì) 問(wèn) 題 2 0 2 1 8 5 2 6 2 4 趙 春 江 智 慧 農(nóng) 業(yè) 的 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 與 未 來(lái) 展 望 J 華 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 2 0 2 1 6 1 7 5 魏 啟 文 曾 娟 秦 萌 等 新 時(shí) 期 我 國(guó) 化 肥 農(nóng) 藥 減 量 增 效 與 農(nóng) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 安 全 提 升 的 探 討 J 農(nóng) 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 與 安 全 2 0 2 3 1 6 9 6 李 鴻 杰 張 超 白 波 基 于 區(qū) 塊 鏈 的 綠 色 果 品 溯 源 數(shù) 據(jù)