歡迎來到《解碼 T16 黑科技》第六期,今天我們來聊一聊 T16 上搭載的 AI 技術(shù)。
近年來,國內(nèi)的植保無人機(jī)保有量和作業(yè)規(guī)模都獲得了一輪的迅速增長,但目前植保無人機(jī)的作業(yè)場景,大多數(shù)集中在大田作物,如水稻、小麥等,隨著仿地飛行功能的日益完善,以大疆為代表的 MG 系列植保無人機(jī),也逐步將茶園等納入了常規(guī)作業(yè)場景。但在果樹等作物場景中,很多的植保無人機(jī)都還不能完美、可靠地實現(xiàn)自動作業(yè)。
為何在果樹場景中,植保無人機(jī)都還不能實現(xiàn)自動作業(yè)?其中的原因或許并沒有你想象中那么簡單。
首先,果樹普遍種植在山地,地形復(fù)雜、作物高低起伏較大,樹與樹之間存在較大間隙,僅依靠雷達(dá)的仿地飛行,容易讓植保機(jī)在樹的間隙區(qū)間降落到很低的高度而觸發(fā)避障,此外植保機(jī)在自動飛行中,如果在空地處也無法判斷并停止噴灑,也會造成藥液的浪費。因此在普通大田場景中普遍使用的自主飛行模式難以直接套用。
為了解決這個問題,大疆的 T16 登場了。
三維場景重建
T16 的 AI 智能引擎與 PC 地面站專業(yè)版結(jié)合,可通過對 Phantom 4 RTK 采集的圖像進(jìn)行分析,找出其內(nèi)在規(guī)律,對場景地圖進(jìn)行三維重建和自動識別,結(jié)合智能三維航線規(guī)劃,讓山地和果園場景的作業(yè)實現(xiàn)自動化和智能化。
正如文章開頭所提,要實現(xiàn)山地、果園的自主航線作業(yè),解決復(fù)雜場景的仿地飛行是核心要點之一。由于果園樹與樹之間存在較大間隙,僅僅借助雷達(dá)進(jìn)行仿地飛行,是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
這時,我們就需要構(gòu)建作業(yè)區(qū)域的三維地圖,從而獲得高精度的地理信息。
首先,我們可以使用大疆的 Phantom 4 RTK 采集作業(yè)區(qū)域影像數(shù)據(jù),然后借助 PC 地面站專業(yè)版的三維重建算法,利用影像數(shù)據(jù)得到作業(yè)場景的三維地圖數(shù)據(jù),從而獲得作業(yè)區(qū)域內(nèi)任意一點的位置信息和高度。
目前行業(yè)內(nèi),傳統(tǒng)的三維地圖構(gòu)建,一般是基于激光點云數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)建。但基于激光點云的數(shù)據(jù),在農(nóng)業(yè)應(yīng)用場景中也存在著兩個核心難題。一是激光雷達(dá)的成本太高,二是激光雷達(dá)生成的點云沒有顏色信息,進(jìn)行更高級的場景識別的難度增大。
而 PC 地面站專業(yè)版,則創(chuàng)新地采用了基于圖像的三維構(gòu)建方案,利用攝影測量技術(shù)和多視圖重建技術(shù),達(dá)到了厘米級圖像采集精度,成功實現(xiàn)了設(shè)備成本低、精度與激光雷達(dá)方案相當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。而且這樣的方案,更適合農(nóng)業(yè)場景的應(yīng)用。
地圖語義識別
獲得了高精度的三維地圖后,AI 就正式登場表演了。為了提升作業(yè)的安全性,提高農(nóng)藥使用率,實現(xiàn)植保機(jī)的主動避障和只在樹木上方才噴灑農(nóng)藥的功能,大疆的 AI 系統(tǒng),就開始利用高精度三維地圖,自動將果園場景中的樹木、水塘、建筑、電線桿、地面等進(jìn)行智能識別,形成帶有類別屬性的三維語義地圖。
AI 眼中的果園
這個看似簡單的過程,其實凝聚了大疆工程師集體的智慧與心血。這套 AI 系統(tǒng),是基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搭建的三維模型識別系統(tǒng),通過對三維點云進(jìn)行切片,利用三維特征融合對三維模型中的物體進(jìn)行個體識別,在三維模型中識別出果樹、建筑、電線桿、水面等物體。
同時,為了提供流暢的用戶體驗,AI 系統(tǒng)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)量化技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行深度壓縮,大幅降低三維模型識別的運(yùn)算耗時與內(nèi)存消耗。
以上這些專業(yè)名詞,或許你沒有看懂,但你只要記住,這套系統(tǒng)是全球首創(chuàng)的能夠識別果樹及作業(yè)區(qū)物體屬性的植保機(jī) AI 系統(tǒng)。
三維航線規(guī)劃與作業(yè)
完成了三維模型中的物體識別,并形成三維語義地圖后,接下來的事情就輕松了。T16 只需三維語義地圖中的果樹分布情況,就可以生成高精度、高效率的三維航線規(guī)劃。
T16 采用這樣三維航線規(guī)劃進(jìn)行作業(yè),自然有以下的幾大優(yōu)點:
· 航線只經(jīng)過有果樹的地方,跳過非果樹區(qū)域,同時避開建筑、電線桿,提高飛行效率和安全性。
· 只在果樹上方噴灑農(nóng)藥,避免對建筑、水塘等區(qū)域的誤噴藥,提升農(nóng)藥使用率,同時減少農(nóng)藥浪費。
· 根據(jù)每顆果樹高度,實時調(diào)整飛行高度,使得噴頭與樹的距離保持恒定,提升施藥的均勻度。
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