AI 在果汁生产领域的应用:佛罗里达大学利用计算机视觉技术防治柑橘病害

by Scott Martin

研究人员正在与企业共同开发智能喷洒系统,旨在帮助拯救该州的柑橘作物。

佛罗里达州的橘汁生产企业已经体验到了 AI 带来的好处。

素有“阳光之州”美誉的佛罗里达州每年有价值 90 亿美元的柑橘作物受到果实溃疡病的侵害,研究人员和企业正在利用 AI 来帮助拯救这个全美最大的橘汁生产基地。

佛罗里达大学的研究人员已经着手开发面向农业领域的 AI 应用。这项技术是用于智能喷洒机的计算机视觉,现已获得许可,并由农业设备公司 CCI 进行试点测试部署。

这些工作成果有望帮助农民防治所谓的“柑橘黄龙病”。这种病害是由一种名为亚洲柑橘木虱的昆虫携带的细菌所引起的,给世界各地的农场都来了沉重打击

柑橘黄龙病会造成柑橘叶片呈斑驳状且果实为青果,并会迅速席卷整个果园。

这家农业设备供应商目睹了佛罗里达州农民的惨重损失,因柑橘黄龙病的侵染,这些农民有三分之一的果园遭受侵害。

佛罗里达大学 (UF) 农业与生物工程系助理教授 Yiannis Ampatzidis 表示:“这种病害对佛罗里达州、加利福尼亚州、巴西、中国、墨西哥均产生了巨大的影响——全世界都在与柑橘危机作斗争。”

精准农业施肥

Ampatzidis 与一个专注于农业自动化的研究团队合作,他们开发了用于预测作物产量并减少农药使用的 AI 应用,可通过在现场部署的 Jetson AI 平台上运行该团队的图像识别模型进行推理。

“我们的目标是使用 Jetson Xavier 来检测果树的植株大小和叶子密度,从而即时优化农用喷洒机上的喷嘴流量,”Ampatzidis 称,“此外,我们还能利用它来计算果实密度、预测产量和研究用水量及 pH 值。”

有机农产品日益受到青睐,更具可持续性的耕作方法渐渐普及,这吸引了一众初创公司在 AI 领域深耕,致力于造福企业和地球。将 NVIDIA GPU 用于训练和推理的农业公司有 John Deer 旗下的 Blue RiverFarmWiseSeeTreeSmart Ag 等等,此外还有很多。

与许多公司一样,UF 和 CCI 也在开发部署在 NVIDIA Jetson 边缘 AI 平台上的应用。而 UF 志存高远,想要促进 AI 发展,造福一方。

去年 7 月,UF 和 NVIDIA 共同策划在学术界打造一台世界上最快的 AI 超级计算机之一,其处理能力可达到 700 petaflop。HiPerGator AI 现已上线,其基于 NVIDIA DGX 系统和 NVIDIA Mellanox 网络技术构建而成,可为 UF 的精准农业研究提供强劲动力。这台新型超级计算机的问世离不开校友、NVIDIA 创始人 Chris Malachowsky 捐赠的 2500 万美元以及 NVIDIA 提供的价值 2500 万美元的硬件、软件、培训和服务。

UF 是 NVIDIA 应用研究加速器计划的成员,基于NVIDIA 平台进行 GPU 加速应用部署的企业及其与NVIDIA合作开展的应用研究,将获得该计划的支持。

部署机器人喷洒机

为了抗击柑橘黄龙病,农民们必须迅速行动起来,清除病树,防止病害进一步扩散。如今,许多果园每排果树相邻两棵之间都留有空隙。因此,传统的喷洒机沿整排均匀地施用农药,往往会喷洒过量,这样会浪费资源并造成不必要的环境污染。

UF 研究人员为果园中使用的喷洒机开发了一套传感器系统,该系统由激光雷达和摄像头组成。这些传感器会向 NVIDIA Jetson AGX Xavier 提供数据,该系统可在瞬间处理数据并推断出喷洒机是否在对准果树喷洒,从而实现自主喷洒。

CCI 销售专家 Kieth Hollingsworth 表示,该系统可实时调整以关闭或开启作物保护产品或肥料的施用,并根据植株大小调整喷洒量。

“此举既可减少过量喷洒造成的浪费,也可减少最终被冲入地下水的废料。我们还可以根据在果树上看到的柑橘数量来预测产量。” Hollingsworth 称。

实现农业科技 AI 的商业化

CCI 在八年前开始与 UF 合作。在过去的几年里,该公司一直在与该大学合作,致力于将其基于红外激光的喷洒系统升级为搭载 AI 的系统。

Hollingsworth 表示,客户也寄希望于 CCI 另辟蹊径来攻克这一难题。

通过与 NVIDIA 的应用研究加速器计划合作,CCI 获得了有关 Jetson Xavier 的技术指导,该工具加快了他们的研究进度,帮助他们取得了技术上的飞跃。

柑橘行业资深人士 Hollingsworth 表示,AI 是对抗这种农作物病害的有用工具,多年来,这种病害已在某种程度上降低了橘汁的甜度。

“人们不知道柑橘栽培起来有多么复杂,也不知道生产和榨取一杯橘汁需要哪些工作。”Hollingsworth 表示。

学术研究人员现在即可申请加入应用研究加速器计划

图片来源:Samuel Branch(来自Unsplash