歡迎來(lái)到《解碼 T16 黑科技》第六期，今天我們來(lái)聊一聊 T16 上搭載的 AI 技術(shù)。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的植保無(wú)人機(jī)保有量和作業(yè)規(guī)模都獲得了一輪的迅速增長(zhǎng)，但目前植保無(wú)人機(jī)的作業(yè)場(chǎng)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(wú)人機(jī)，也逐步將茶園等納入了常規(guī)作業(yè)場(chǎng)景。但在果樹(shù)等作物場(chǎng)景中，很多的植保無(wú)人機(jī)都還不能完美、可靠地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)作業(yè)。
為何在果樹(shù)場(chǎng)景中，植保無(wú)人機(jī)都還不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)作業(yè)？其中的原因或許并沒(méi)有你想象中那么簡(jiǎn)單。
首先，果樹(shù)普遍種植在山地，地形復(fù)雜、作物高低起伏較大，樹(shù)與樹(shù)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(shù)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(dòng)飛行中，如果在空地處也無(wú)法判斷并停止噴灑，也會(huì)造成藥液的浪費(fèi)。因此在普通大田場(chǎng)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(gè)問(wèn)題，大疆的 T16 登場(chǎng)了。
三維場(chǎng)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(guò)對(duì) Phantom 4 RTK 采集的圖像進(jìn)行分析，找出其內(nèi)在規(guī)律，對(duì)場(chǎng)景地圖進(jìn)行三維重建和自動(dòng)識(shí)別，結(jié)合智能三維航線規(guī)劃，讓山地和果園場(chǎng)景的作業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化。
正如文章開(kāi)頭所提，要實(shí)現(xiàn)山地、果園的自主航線作業(yè)，解決復(fù)雜場(chǎng)景的仿地飛行是核心要點(diǎn)之一。由于果園樹(shù)與樹(shù)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(shí)，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(chǎng)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(diǎn)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(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)建。但基于激光點(diǎn)云的數(shù)據(jù)，在農(nóng)業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景中也存在著兩個(gè)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(diǎn)云沒(méi)有顏色信息，進(jìn)行更高級(jí)的場(chǎng)景識(shí)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(cè)量技術(shù)和多視圖重建技術(shù)，達(dá)到了厘米級(jí)圖像采集精度，成功實(shí)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(chǎng)景的應(yīng)用。
地圖語(yǔ)義識(shí)別
獲得了高精度的三維地圖后，AI 就正式登場(chǎng)表演了。為了提升作業(yè)的安全性，提高農(nóng)藥使用率，實(shí)現(xiàn)植保機(jī)的主動(dòng)避障和只在樹(shù)木上方才噴灑農(nóng)藥的功能，大疆的 AI 系統(tǒng)，就開(kāi)始利用高精度三維地圖，自動(dòng)將果園場(chǎng)景中的樹(shù)木、水塘、建筑、電線桿、地面等進(jìn)行智能識(shí)別，形成帶有類別屬性的三維語(yǔ)義地圖。
AI 眼中的果園
這個(gè)看似簡(jiǎn)單的過(guò)程，其實(shí)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(shí)別系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)三維點(diǎn)云進(jìn)行切片，利用三維特征融合對(duì)三維模型中的物體進(jìn)行個(gè)體識(shí)別，在三維模型中識(shí)別出果樹(shù)、建筑、電線桿、水面等物體。
同時(shí)，為了提供流暢的用戶體驗(yàn)，AI 系統(tǒng)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)量化技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行深度壓縮，大幅降低三維模型識(shí)別的運(yùn)算耗時(shí)與內(nèi)存消耗。
以上這些專業(yè)名詞，或許你沒(méi)有看懂，但你只要記住，這套系統(tǒng)是全球首創(chuàng)的能夠識(shí)別果樹(shù)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(shí)別，并形成三維語(yǔ)義地圖后，接下來(lái)的事情就輕松了。T16 只需三維語(yǔ)義地圖中的果樹(shù)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(diǎn)：
· 航線只經(jīng)過(guò)有果樹(shù)的地方，跳過(guò)非果樹(shù)區(qū)域，同時(shí)避開(kāi)建筑、電線桿，提高飛行效率和安全性。
· 只在果樹(shù)上方噴灑農(nóng)藥，避免對(duì)建筑、水塘等區(qū)域的誤噴藥，提升農(nóng)藥使用率，同時(shí)減少農(nóng)藥浪費(fèi)。
· 根據(jù)每顆果樹(shù)高度，實(shí)時(shí)調(diào)整飛行高度，使得噴頭與樹(shù)的距離保持恒定，提升施藥的均勻度。
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