Ученые из Сколтеха разработали новую систему мониторинга для сельского хозяйства. Она позволяет производить сегментацию изображения в режиме реального времени на борту беспилотного летательного аппарата (БПЛА) и идентифицировать борщевик Сосновского. Результаты исследования опубликованы в журнале IEEE Transactions on Computers.
Борщевик Сосновского представляет опасность для сельского хозяйства, местных экосистем и здоровья человека. Борщевик распространился от центральной части России до Сибири, от Карелии до Кавказа, а борьба с этим растением — один из важнейших вопросов отечественного сельского хозяйства, экологии и здравоохранения. Одно растение способно давать до 100 тыс. распространяющихся ветром семян в год. Таким образом, даже одно растение, пропущенное при очистке территории от борщевика, способно свести на нет результаты всей работы. Ученые из Сколтеха создали платформу для мониторинга и точной локализации борщевика Сосновского в реальном времени.
«Традиционные методы мониторинга недостаточно эффективны — наблюдение с земли слишком сильно зависит от человеческого фактора, а космическое зондирование хорошо подходит лишь для распознавания больших зарослей. Снимки со спутников имеют недостаточное разрешение, чтобы распознать отдельные растения, а зависимость от погоды и кратности орбиты делают такой метод непрактичным для получения наиболее актуальной информации», — рассказывает первый автор исследования Александр Меньщиков.
Ученые использовали БПЛА, которые позволяют получать свежую информацию о распространении растения с высоким разрешением, даже когда небо затянуто облаками, а также обрабатывать данные прямо во время полета. Такой подход позволяет приступить к работам по уничтожению борщевика еще до завершения полета БПЛА, а к концу полета оператор уже располагает всеми данными о местоположении всех растений на обследуемой территории.
Создание такого рода системы мониторинга подразумевает использование БПЛА и компактного вычислительного устройства на борту, которое способно запускать алгоритмы сегментации на основе сверточных нейронных сетей. Они позволяют выделять интересующие объекты с точностью до пикселя, что в задаче детектирования борщевика даст возможность с точностью распознавать отдельные растения и тем самым увеличить шансы уничтожения сорняка на выбранной территории.
Главной проблемой оказался запуск полностью сверточных нейронных сетей на маломощных системах, таких как одноплатные компьютеры. Поэтому ученым пришлось подобрать подходящую архитектуру одноплатного компьютера и оптимизировать нейронную сеть, чтобы она смогла запуститься на нем. Ученые смогли обследовать территорию до 28 Га в течение 40 минут при полете на высоте 10 метров. При этом ни одно растение не было пропущено.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
