康奈尔大学领导的一个由植物科学家、大学和私营部门的工程师、经济学家和外派代理组成的多机构团队试图利用计算机视觉、自动化和机器人技术优化每棵苹果树的产量,目前这是一个高度人工且不精确的过程。这个国家项目的代表来自美国产苹果最多的几个州,其中包括仅次于华盛顿的纽约州。
该项目得以实施得益于美国农业部下属的国家粮食和农业研究所提供的为期四年、480万美元的赠款。
该项目负责人表示:“该项目旨在帮助苹果种植者满足市场对水果大小和质量的需求,从而最大程度地为种植者带来收益。”特伦斯·罗宾逊的教授。园艺节的植物综合科学学院在农业和生命科学学院(CALS)。
每年,种植者都会在冬天修剪花蕾,在春天修剪稀疏的花朵和果实——通过化学方法和手工方法——来控制果树上的果实数量。罗宾逊说,树上的苹果太多会导致果实变小,从而获得较低的市场价格。他说,如果树上的苹果太少,它们会长得很大,价格也很高,但每英亩的苹果数量很少。
当花开花时,苹果种植者会喷洒化学物质来调节植物生长,这会导致一些花和果实掉落到地上,从而减少生长的苹果数量。但这是一个很难控制的过程。
2013年,罗宾逊和其他研究人员引入了“精确作物负荷管理”(precision crop load management),这是一种根据生物潜能确定一棵树应该产出多少苹果的策略。他们还开发了一些方法,可以在冬天计算树上的花蕾数量,在开花时计算花朵数量,在开花六周后计算果实数量;在每个阶段,种植者可以根据市场作物价值调整树上剩余的作物以达到最佳数量。
但这种方法是劳动密集型和技术性的,使得许多农场难以维持。
罗宾逊说:“自2013年以来,我一直梦想着有可能利用计算机视觉、自动化和机器人技术来解决这个问题。”
2018年,罗宾逊开始与穆格公司(Moog Inc.)合作,这是一家总部位于纽约西部的航空和国防公司,其数字农业分支正在不断扩大。
在这个项目中,第一步是使用带有计算机成像软件的相机,在三个不同的时期提供芽、花和英寸大小的果实的实时计数。苹果的品种必须加以考虑。例如,Gala树比蜜脆树能耐受更多的花蕾,蜜脆树在花蕾过多之后会有休花期。此外,每棵树的最佳苹果数也因地点而异,因为一州树木的生物潜能与其他州不同。
该项目将与生物学团队进行平行研究,以确定该国每个地区和每个主要品种的生物潜力,而工程团队计划开发一种配备计算机视觉系统的自动机器人车辆,一开始,这可以为果园里的几棵代表性的树提供数量。最终,罗宾逊设想机器人车辆在行中行驶,计算每棵树的数量,然后远程下载信息进行处理。这台机器还可以测量树干的直径,这样就可以根据树木的大小来测量最佳的芽数。
罗宾逊说,这最终可能导致两种情况。其一,花蕾、花朵和果实的信息通过耳塞、GPS和手机传递给工人,并附上修剪指令。另一种可能性是开发机器人修剪机器,用软件编码修剪参数;这台机器将接收到这些信息,并根据预先计算的每棵树的数目,依次移除树枝、花蕾、花朵或果实。
该团队计划首先与每个参与州的一组选定的种植者合作,他们将成为这项技术的早期采用者。一旦进行评估,推广剂将举行大田日和演示,并向更多的领先种植者介绍该系统的技术、生物学和经济。
该项目的联合主要调查员之一,米格尔·戈麦斯该校的副教授戴森应用经济管理学院yabo88下载以及全球发展部(Department of Global Development)将对经济进行评估,以计算种植者通过采取这些步骤可以赚多少钱,以及这项技术可能会让他们付出多少代价。穆格也有分析师将与戈麦斯合作。由于这种系统对小种植者来说可能很昂贵,所以可以选择将技术作为服务合同提供,而大种植者可以直接购买技术。
罗宾逊说,最终,这项技术在几乎所有果树上都有潜力。
Lailiang程他是植物生理学家和园艺学教授,也是该项目的联合负责人。其他项目参与者包括来自康奈尔、穆格公司、华盛顿州立大学、宾夕法尼亚州立大学、马萨诸塞大学、北卡罗来纳州立大学、弗吉尼亚理工大学和华盛顿果树研究委员会的其他研究人员。