基于人工智能技术的温室农药喷洒行为监管系统研究_吴晓伟.pdf

基 于 人 工 智 能 技 术 的 温 室 农 药 喷 洒 行 为 监 管 系 统 研 究 吴 晓 伟 1 骆 庭 宝 1 孙 友 强 2 孙 振 中 3 1 安 徽 中 科 智 能 感 知 科 技 股 份 有 限 公 司 安 徽 芜 湖 2 4 1 0 0 2 2 中 国 科 学 院 合 肥 物 质 科 学 研 究 院 安 徽 合 肥 2 3 0 0 3 1 3 江 苏 苏 合 农 业 社 会 化 服 务 有 限 公 司 江 苏 南 京 2 1 0 0 1 2 摘 要 农 产 品 质 量 安 全 是 农 业 产 业 高 质 量 发 展 的 关 键 农 产 品 溯 源 体 系 建 设 对 确 保 农 产 品 质 量 安 全 至 关 重 要 依 托 人 工 智 能 技 术 开 发 了 一 套 温 室 农 药 喷 洒 行 为 监 管 系 统 以 实 现 无 人 化 农 药 喷 洒 行 为 的 监 督 管 理 系 统 集 成 了 硬 件 设 备 人 工 智 能 算 法 和 模 型 以 及 应 用 软 件 极 大 地 提 升 了 温 室 农 药 喷 洒 行 为 监 管 的 准 确 性 实 现 了 高 度 实 时 性 的 监 管 信 息 获 取 提 高 了 管 理 质 量 和 效 率 基 于 人 工 智 能 技 术 的 温 室 农 药 喷 洒 行 为 监 管 系 统 研 究 为 农 产 品 溯 源 体 系 中 的 农 药 施 用 管 理 监 督 工 作 提 供 了 全 新 的 技 术 手 段 同 时 也 为 获 取 相 关 数 据 以 及 保 证 数 据 准 确 性 提 供 了 新 的 思 路 和 方 法 关 键 词 人 工 智 能 技 术 温 室 农 药 喷 洒 行 为 监 管 农产 品质 量安 全 农产 品溯 源体 系 中 图 分 类 号 S 1 2 6 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1 0 0 7 5 7 3 9 2 0 2 4 2 4 0 1 6 5 0 5 D O I 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 5 7 3 9 2 0 2 4 2 4 0 4 1 开 放 科 学 资 源 服 务 标 识 码 O S I D M o n i t o r i n g S y s t e m f o r G r e e n h o u s e P e s t i c i d e S p r a y i n g B e h a v i o r B a s e d o n A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e T e c h n o l o g y W U X i a o w e i 1 L U O T i n g b a o 1 S U N Y o u q i a n g 2 S U N Z h e n z h o n g 3 1 A n h u i Z h o n g k e I n t e l l i g e n t S e n s e T e c h n o l o g y C o L t d W u h u A n h u i 2 4 1 0 0 2 2 H e f e i I n s t i t u t e s o f P h y s i c a l S c i e n c e C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s H e f e i A n h u i 2 3 0 0 3 1 3 J i a n g s u S u h e A g r i c u l t u r a l S o c i a l i z e d S e r v i c e C o L t d N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 1 2 A b s t r a c t T h e q u a l i t y a n d s a f e t y o f a g r i c u l t u r a l p r o d u c t s a r e t h e k e y t o t h e h i g h q u a l i t y d e v e l o p m e n t o f t h e a g r i c u l t u r a l i n d u s t r y a n d t h e c o n s t r u c t i o n o f a g r i c u l t u r a l p r o d u c t t r a c e a b i l i t y s y s t e m i s c r u c i a l t o e n s u r i n g t h e q u a l i t y a n d s a f e t y o f a g r i c u l t u r a l p r o d u c t s B a s e d o n a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e t e c h n o l o g y a g r e e n h o u s e p e s t i c i d e s p r a y i n g b e h a v i o r m o n i t o r i n g s y s t e m w a s d e v e l o p e d t o a c h i e v e u n m a n n e d p e s t i c i d e s p r a y i n g b e h a v i o r s u p e r v i s i o n a n d m a n a g e m e n t T h e s y s t e m i n t e g r a t e d h a r d w a r e d e v i c e s a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e a l g o r i t h m s a n d m o d e l s a s w e l l a s a p p l i c a t i o n s o f t w a r e w h i c h g r e a t l y i m p r o v e d t h e a c c u r a c y o f g r e e n h o u s e p e s t i c i d e s p r a y i n g b e h a v i o r m o n i t o r i n g a c h i e v e d h i g h l y r e a l t i m e r e g u l a t o r y i n f o r m a t i o n a c q u i s i t i o n a n d i m p r o v e d m a n a g e m e n t q u a l i t y a n d e f f i c i e n c y T h e r e s e a r c h o n t h e g r e e n h o u s e p e s t i c i d e s p r a y i n g b e h a v i o r m o n i t o r i n g s y s t e m b a s e d o n a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e t e c h n o l o g y p r o v i d e d a n e w t e c h n i c a l m e a n s f o r t h e m a n a g e m e n t a n d s u p e r v i s i o n o f p e s t i c i d e a p p l i c a t i o n i n t h e a g r i c u l t u r a l p r o d u c t t r a c e a b i l i t y s y s t e m a n d a l s o p r o v i d e d n e w i d e a s a n d m e t h o d s f o r o b t a i n i n g r e l e v a n t d a t a a n d e n s u r i n g d a t a a c c u r a c y K e y w o r d s a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e t e c h n o l o g y g r e e n h o u s e p e s t i c i d e s p r a y i n g b e h a v i o r m o n i t o r q u a l i t y a n d s a f e t y o f a g r i c u l t u r a l p r o d u c t a g r i c u l t u r a l p r o d u c t t r a c e a b i l i t y s y s t e m 随 着 农 业 的 发 展 农 产 品 安 全 监 管 的 重 要 作 用 日 益 凸 显 1 2 其 中 农 产 品 质 量 追 溯 体 系 3 则 在 信 息 技 术 进 步 和 智 慧 农 业 4 产 业 化 应 用 的 共 同 支 撑 下 取 得 了 长 足 的 发 展 这 一 体 系 已 成 为 确 保 农 产 品 质 量 安 全 不 可 或 缺 的 工 具 为 了 保 障 食 品 安 全 和 提 高 农 产 品 质 量 有 关 部 门 建 立 了 一 系 列 标 准 化 体 系 进 一 步 规 范 农 产 品 种 养 殖 过 程 确 保 农 产 品 生 产 安 全 在 目 前 广 泛 采 用 的 温 室 种 植 模 式 中 农 药 的 使 用 第 一 作 者 吴 晓 伟 1 9 8 3 男 博 士 工 程 师 从 事 智 慧 农 业 产 品 和 技 术 研 发 工 作 通 信 作 者 收 稿 日 期 2 0 2 4 0 3 3 1 现 代 农 业 科 技 2 0 2 4 年 第 2 4 期 农 业 装 备 智 慧 农 业 1 6 5现 代 农 业 科 技 2 0 2 4 年 第 2 4 期 农 业 装 备 智 慧 农 业 不 可 避 免 在 农 作 物 种 植 过 程 中 农 药 使 用 管 理 始 终 是 农 产 品 安 全 管 理 体 系 的 关 键 环 节 农 药 的 种 类 使 用 频 次 及 其 可 降 解 性 和 污 染 情 况 直 接 影 响 农 作 物 品 质 5 然 而 目 前 农 产 品 质 量 追 溯 工 作 中 普 遍 采 用 的 手 工 记 录 或 事 后 人 工 录 入 方 式 存 在 遗 漏 不 准 确 和 易 篡 改 的 问 题 虽 然 已 经 采 用 基 于 区 块 链 技 术 的 溯 源 系 统 6 来 提 高 数 据 安 全 性 但 是 原 始 信 息 采 集 和 数 据 录 入 依 然 需 要 人 工 执 行 目 前 也 可 以 通 过 广 泛 使 用 多 类 传 感 器 来 实 现 持 续 数 据 监 测 7 但 这 些 方 法 成 本 较 高 通 用 性 受 限 难 以 同 时 满 足 高 效 性 经 济 性 和 准 确 性 的 需 求 基 于 此 提 出 了 一 种 基 于 人 工 智 能 技 术 的 温 室 农 药 喷 洒 行 为 监 管 系 统 通 过 构 建 机 器 视 觉 算 法 8 实 现 对 农 药 喷 洒 行 为 的 高 度 自 动 化 监 管 该 系 统 的 硬 件 配 置 成 本 低 廉 有 助 于 进 一 步 完 善 农 产 品 溯 源 体 系 推 动 农 产 品 质 量 安 全 生 产 水 平 向 更 加 透 明 化 时 效 化 和 精 准 化 的 方 向 发 展 1 系 统 总 体 方 案 温 室 农 药 喷 洒 行 为 监 管 系 统 整 体 上 采 用 了 物 联 网 系 统 的 3 层 标 准 架 构 设 计 即 感 知 层 平 台 层 和 应 用 层 图 1 这 一 架 构 通 过 网 络 和 接 口 服 务 实 现 各 层 之 间 的 无 缝 对 接 感 知 层 由 摄 像 机 设 备 组 成 摄 像 机 采 用 1 2 8 英 寸 C M O S 传 感 器 可 提 供 约 8 0 0 万 像 素 的 高 清 图 像 摄 像 机 在 温 室 内 以 特 定 的 高 度 角 度 进 行 安 装 并 将 视 野 调 整 到 合 适 范 围 以 实 现 对 温 室 内 活 动 的 连 续 监 控 摄 像 机 捕 捉 到 的 视 频 数 据 通 过 网 络 被 传 输 至 平 台 层 进 行 进 一 步 的 处 理 和 分 析 平 台 层 的 核 心 由 图 像 识 别 算 法 和 集 成 分 析 模 块 构 成 图 像 识 别 算 法 负 责 对 从 感 知 层 接 收 到 的 动 态 视 频 流 进 行 实 时 分 析 以 识 别 和 判 断 视 频 中 的 关 键 目 标 对 象 一 旦 检 测 到 可 能 的 农 药 喷 洒 行 为 集 成 分 析 模 块 则 进 一 步 分 析 这 些 识 别 结 果 确 认 是 否 发 生 了 农 药 喷 洒 行 为 并 记 录 对 应 的 数 据 和 关 联 信 息 这 一 过 程 确 保 了 监 管 系 统 的 数 据 准 确 性 和 反 应 速 度 在 应 用 层 中 监 管 系 统 的 输 出 内 容 被 转 化 为 用 户 可 直 接 利 用 的 信 息 和 服 务 应 用 层 包 括 一 套 应 用 服 务 软 件 和 一 组 溯 源 系 统 接 口 应 用 服 务 软 件 为 用 户 提 供 了 一 个 直 观 的 操 作 界 面 包 括 数 据 展 示 信 息 管 理 参 数 配 置 等 功 能 使 用 户 能 够 轻 松 管 理 和 监 控 农 药 喷 洒 行 为 同 时 将 监 管 系 统 收 集 到 的 数 据 整 合 后 使 用 溯 源 系 统 接 口 提 供 给 农 产 品 溯 源 系 统 以 实 现 对 农 药 使 用 环 节 的 全 面 监 管 2 系 统 技 术 实 现 2 1 系 统 工 艺 流 程 系 统 的 核 心 目 标 是 实 时 捕 捉 农 药 喷 洒 行 为 并 建 立 与 之 相 关 的 溯 源 数 据 如 图 2 所 示 工 艺 流 程 由 摄 像 机 捕 获 实 时 视 频 图 像 为 起 始 这 些 图 像 通 过 网 络 不 断 传 输 至 平 台 层 的 软 件 程 序 进 行 分 析 处 理 在 平 台 层 图 像 识 别 算 法 的 首 要 任 务 是 识 别 视 频 中 的 人 物 农 药 喷 洒 通 常 由 人 工 操 作 且 人 体 形 象 在 视 频 中 较 突 出 易 于 区 分 因 而 人 物 识 别 作 为 初 步 筛 选 的 必 要 步 骤 一 旦 识 别 到 视 频 中 有 人 员 出 现 系 统 便 进 入 第 二 阶 段 的 识 别 器 械 识 别 此 阶 段 聚 焦 2 个 关 键 特 征 储 存 农 药 的 储 药 罐 和 喷 洒 农 药 的 喷 杆 识 别 到 任 一 特 征 即 可 判 定 为 农 药 喷 洒 行 为 随 后 集 成 分 析 模 块 从 视 频 中 提 取 关 键 图 像 进 行 证 据 收 集 记 录 和 存 档 此 外 集 成 分 析 模 块 还 会 从 识 别 到 的 视 频 数 据 中 提 取 每 个 农 药 喷 洒 行 为 的 相 关 信 息 如 洒 药 温 室 编 号 发 生 时 间 等 为 后 续 的 深 入 分 析 和 统 计 提 供 更 多 维 度 的 数 据 支 持 这 些 农 药 喷 洒 行 为 的 图 像 及 其 相 关 信 息 随 后 被 图 1 系 统 架 构 感 知 层 平 台 层 应 用 层 摄 像 机 图 像 识 别 算 法 集 成 分 析 模 块 应 用 服 务 软 件 溯 源 系 统 接 口 图 2 工 艺 流 程 工 具 实 现 流 程 摄 像 机 图 像 识 别 算 法 集 成 分 析 模 块 应 用 服 务 软 件 溯 源 系 统 接 口 获 取 棚 内 实 时 图 像 人 员 识 别 器 械 识 别 是 否 满 足 上 述 一 个 条 件 发 现 农 药 喷 洒 行 为 抽 取 典 型 图 片 存 储 农 药 喷 洒 行 为 图 片 关 联 信 息 统 计 农 药 喷 洒 行 为 开 始 和 结 束 时 间 生 成 农 药 喷 洒 记 录 日 志 生 成 溯 源 数 据 否 是 出 现 储 药 罐 出 现 喷 杆 1 6 6应 用 服 务 软 件 用 于 管 理 深 化 分 析 和 可 视 化 呈 现 包 括 记 录 每 次 农 药 喷 洒 行 为 的 开 始 和 结 束 时 间 应 用 服 务 软 件 会 自 动 生 成 农 药 喷 洒 记 录 日 志 为 每 次 农 药 喷 洒 活 动 建 立 详 细 的 档 案 记 录 以 便 于 用 户 进 行 统 计 和 管 理 最 终 系 统 通 过 数 据 接 口 与 专 门 的 农 产 品 溯 源 系 统 进 行 对 接 主 动 推 送 溯 源 系 统 所 需 的 数 据 以 支 持 溯 源 监 管 工 作 的 完 成 2 2 图 像 获 取 在 系 统 运 行 过 程 中 摄 像 机 作 为 唯 一 的 图 像 获 取 工 具 持 续 不 断 地 工 作 捕 获 视 频 并 通 过 网 络 发 送 至 平 台 层 进 行 处 理 摄 像 机 安 装 于 温 室 顶 部 通 过 调 整 角 度 确 保 其 覆 盖 整 个 温 室 空 间 尽 可 能 无 死 角 地 观 察 到 各 个 位 置 对 于 空 间 较 大 的 温 室 系 统 采 用 多 摄 像 机 配 置 确 保 监 控 的 全 面 性 和 无 盲 区 从 而 提 升 监 管 的 效 率 和 质 量 2 3 应 用 服 务 软 件 功 能 为 确 保 温 室 农 药 喷 洒 行 为 管 理 的 有 效 性 应 用 服 务 软 件 被 设 计 为 管 理 工 作 的 直 接 工 具 应 用 服 务 软 件 的 功 能 主 要 包 括 以 下 4 个 方 面 内 容 2 3 1 可 视 化 呈 现 应 用 服 务 软 件 提 供 了 一 个 直 观 的 界 面 展 示 农 药 喷 洒 的 现 场 照 片 发 生 时 间 包 括 开 始 和 结 束 时 间 等 关 键 信 息 使 管 理 者 能快 速了 解喷 洒活 动的 具体 情况 2 3 2 分 析 与 统 计 基 于 收 集 到 的 原 始 图 像 和 相 关 数 据 应 用 服 务 软 件 能 够 进 行 进 一 步 分 析 和 统 计 包 括 计 算 每 个 温 室 内 每 次 农 药 喷 洒 的 持 续 时 间 1 个 种 植 周 期 内 的 农 药 总 喷 洒 次 数 以 及 农 药 喷 洒 的 日 历 统 计 等 为 管 理 者 提 供 全 面 的 数 据 支 持 2 3 3 记 录 日 志 生 成 对 于 每 一 次 农 药 喷 洒 活 动 应 用 服 务 软 件 会 自 动 生 成 详 细 的 记 录 日 志 这 些 日 志 将 农 药 喷 洒 的 关 键 信 息 如 典 型 图 片 时 间 持 续 时 长 等 整 合 成 独 立 的 数 据 组 便 于 查 询 调 取 和 导 出 2 3 4 核 查 与 抽 验 应 用 服 务 软 件 提 供 了 事 后 核 查 和 抽 验 功 能 允 许 用 户 回 看 完 整 的 农 药 喷 洒 记 录 视 频 以 验 证 算 法 判 断 的 准 确 性 若 发 现 错 误 或 遗 漏 用 户 可 直 接 在 应 用 服 务 软 件 上 进 行 数 据 的 修 正 或 补 充 记 录 此 外 人 工 标 记 的 错 误 数 据 还 可 用 于 识 别 算 法 的 优 化 训 练 以 进 一 步 提 高 系 统 的 准 确 性 和 可 靠 性 2 4 溯 源 系 统 对 接 温 室 农 药 喷 洒 行 为 监 管 系 统 生 成 的 农 药 喷 洒 记 录 旨 在 为 溯 源 系 统 提 供 支 持 通 过 丰 富 其 数 据 资 源 来 增 强 系 统 的 能 力 因 此 系 统 向 溯 源 系 统 推 送 的 数 据 包 括 农 药 喷 洒 行 为 的 典 型 图 像 发 生 时 间 温 室 编 号 等 信 息 接 口 采 取 主 动 推 送 数 据 的 工 作 模 式 3 识 别 算 法 3 1 识 别 算 法 主 要 流 程 在 研 究 的 框 架 内 识 别 算 法 作 为 核 心 组 成 部 分 采 用 了 双 层 识 别 程 序 设 计 该 程 序 基 于 物 体 检 测 算 法 9 通 过 深 度 学 习 和 监 督 学 习 的 方 法 训 练 专 门 的 识 别 模 型 以 实 现 对 视 频 图 像 中 特 定 对 象 的 高 精 度 识 别 如 图 2 所 示 算 法 的 第 一 步 聚 焦 于 人 员 识 别 利 用 人 体 目 标 的 显 著 特 征 进 行 初 步 筛 选 这 一 步 骤 的 成 功 执 行 为 后 续 识 别 提 供 了 触 发 条 件 一 旦 系 统 检 测 到 图 像 中 含 有 人 员 便 进 入 下 一 阶 段 农 药 喷 洒 器 械 的 识 别 此 时 系 统 将 特 别 寻 找 储 药 罐 和 喷 杆 的 存 在 识 别 到 这 2 项 器 械 中 的 任 何 1 个 系 统 即 可 判 定 图 像 中 出 现 了 农 药 喷 洒 行 为 3 2 双 层 识 别 方 案 采 用 双 层 识 别 方 案 的 决 策 基 于 以 下 几 点 考 虑 一 是 人 工 喷 洒 的 普 遍 性 考 虑 到 温 室 中 的 农 药 喷 洒 大 多 由 人 工 进 行 因 而 人 物 和 喷 洒 器 械 的 同 时 出 现 成 为 判 定 农 药 喷 洒 行 为 的 关 键 条 件 二 是 避 免 误 识 别 温 室 环 境 复 杂 喷 洒 器 械 的 外 形 可 能 与 其 他 物 体 或 设 施 相 似 容 易 引 发 误 识 别 因 此 先 通 过 人 物 识 别 可 以 有 效 过 滤 环 境 噪 声 减 少 误 判 三 是 防 止 误 报 实 地 调 研 发 现 有 时 农 民 可 能 会 在 温 室 内 留 下 未 使 用 的 洒 药 器 械 此 时 如 果 仅 依 靠 器 械 识 别 来 判 断 系 统 可 能 会 因 摄 像 机 持 续 拍 摄 到 器 械 图 像 而 错 误 报 告 农 药 喷 洒 行 为 采 用 双 层 识 别 方 案 能 够 有 效 避 免 这 类 情 况 的 发 生 减 少 长 时 间 的 误 报 通 过 这 种 双 层 识 别 方 案 系 统 能 够 在 确 保 识 别 效 率 的 同 时 大 幅 提 高 识 别 准 确 度 为 农 药 喷 洒 行 为 的 监 控 提 供 可 靠 的 技 术 支 撑 3 3 识 别 算 法 准 备 过 程 识 别 算 法 的 设 计 适 用 于 长 度 不 超 过 5 0 m 的 温 室 环 境 这 一 条 件 设 定 充 分 考 虑 了 摄 像 机 的 视 野 范 围 以 及 温 室 的 常 见 规 格 以 此 为 先 决 条 件 为 实 现 识 别 算 法 模 型 训 练 的 目 标 准 备 过 程 遵 循 以 下 3 个 主 要 环 节 一 是 图 像 训 练 样 本 数 据 集 的 构 建 针 对 温 室 中 的 农 药 喷 洒 行 为 收 集 并 构 建 一 个 图 像 训 练 样 本 数 据 吴 晓 伟 等 基 于 人 工 智 能 技 术 的 温 室 农 药 喷 洒 行 为 监 管 系 统 研 究 1 6 7现 代 农 业 科 技 2 0 2 4 年 第 2 4 期 农 业 装 备 智 慧 农 业 集 这 些 样 本 既 包 括 在 测 试 温 室 内 安 装 摄 像 机 实 地 拍 摄 的 图 像 也 包 括 通 过 互 联 网 工 具 搜 集 的 符 合 条 件 的 图 片 二 是 模 型 训 练 与 测 试 优 化 利 用 这 些 样 本 数 据 集 和 物 体 检 测 算 法 对 农 药 喷 洒 行 为 识 别 模 型 进 行 训 练 在 训 练 过 程 中 根 据 测 试 结 果 进 行 优 化 迭 代 以 提 高 模 型 的 准 确 性 和 适 用 性 三 是 识 别 算 法 整 合 与 应 用 当 开 发 出 满 足 应 用 需 求 的 模 型 并 通 过 测 试 后 将 识 别 算 法 及 其 模 型 整 合 到 温 室 农 药 喷 洒 行 为 监 管 系 统 中 以 便 在 实 际 环 境 下 运 行 为 了 确 保 识 别 算 法 能 够 准 确 识 别 人 工 喷 洒 农 药 的 各 种 姿 态 并 在 复 杂 环 境 中 有 效 工 作 在 识 别 算 法 研 究 和 优 化 过 程 中 特 别 关 注 了 农 药 喷 洒 行 为 在 不 同 角 度 光 照 条 件 以 及 存 在 遮 挡 情 况 下 的 图 像 样 本 收 集 和 针 对 性 识 别 算 法 模 型 优 化 如 图 3 所 示 样 本 图 像 涵 盖 了 从 正 面 侧 面 到 背 对 摄 像 机 的 各 种 视 角 同 时 也 出 现 了 单 个 或 多 名 洒 药 人 员 在 不 同 距 离 不 同 光 照 条 件 下 的 作 业 场 景 这 些 样 本 不 仅 包 含 了 视 角 的 多 样 性 还 涵 盖 了 不 同 的 储 药 罐 和 喷 杆 样 式 为 模 型 训 练 提 供 了 丰 富 的 数 据 基 础 通 过 这 种 细 致 的 样 本 补 充 和 识 别 算 法 优 化 大 幅 提 升 了 识 别 算 法 的 性 能 确 保 了 其 在 实 际 农 业 质 量 安 全 监 管 中 的 准 确 性 和 广 泛 适 用 性 4 应 用 效 果 4 1 识 别 算 法 效 果 研 究 人 员 将 识 别 算 法 及 其 模 型 最 终 集 成 到 温 室 农 药 喷 洒 行 为 监 管 系 统 中 并 在 实 际 温 室 环 境 下 进 行 了 应 用 效 果 评 估 为 了 全 面 评 价 识 别 算 法 的 性 能 先 对 识 别 算 法 使 用 基 于 静 态 图 像 的 测 试 数 据 集 进 行 了 验 证 随 后 又 通 过 动 态 视 频 的 测 试 样 本 进 行 了 进 一 步 检 验 测 试 的 主 要 目 标 是 评 估 识 别 算 法 在 正 确 识 别 农 药 喷 洒 行 为 方 面 的 准 确 率 并 关 注 在 不 同 距 离 区 间 0 2 5 m 和 2 5 5 0 m 内 识 别 算 法 的 表 现 用 于 测 试 的 静 态 图 像 样 本 在 每 个 距 离 范 围 各 准 备 了 4 0 0 张 图 片 作 为 测 试 对 象 用 于 测 试 的 动 态 视 频 样 本 在 每 个 距 离 范 围 各 准 备 了 1 5 0 个 视 频 作 为 测 试 对 象 视 频 时 长 均 为 3 0 6 0 s 从 表 1 可 以 看 出 在 0 2 5 m 距 离 范 围 内 静 态 图 像 识 别 准 确 率 达 到 了 9 4 3 动 态 视 频 识 别 准 确 率 高 达 9 8 7 在 2 5 5 0 m 的 距 离 范 围 内 虽 然 识 别 准 确 率 有 所 下 降 但 仍 保 持 在 较 高 水 平 静 态 图 像 识 别 准 确 率 为 8 9 5 动 态 视 频 识 别 准 确 率 达 到 了 9 3 3 在 较 远 距 离 上 识 别 准 确 率 下 降 主 要 原 因 有 2 个 方 面 一 是 远 距 离 下 喷 洒 器 械 体 积 相 对 较 小 容 易 被 人 体 遮 挡 二 是 测 试 样 本 中 包 含 了 一 些 高 茎 秆 作 物 和 立 体 种 植 模 式 1 0 下 的 喷 洒 图 像 在 这 种 情 况 下 目 标 喷 药 器 械 作 为 识 别 对 象 容 易 被 遮 挡 从 而 影 响 识 别 准 确 率 动 态 视 频 测 试 数 据 显 示 在 0 2 5 m 和 2 5 5 0 m 范 围 农 药 喷 洒 行 为 识 别 准 确 率 均 超 过 了 9 0 且 都 高 于 同 等 距 离 范 围 内 的 静 态 图 像 识 别 准 确 率 由 于 动 态 视 频 中 人 员 会 有 各 种 动 作 角 度 的 变 换 这 也 让 摄 像 机 更 易 捕 捉 到 适 宜 识 别 的 图 像 从 而 形 成 准 确 的 识 别 结 果 实 际 上 从 农 产 品 质 量 安 全 监 管 角 度 来 看 只 要 能 够 捕 捉 到 农 药 喷 洒 行 为 即 可 作 为 监 管 记 录 这 意 味 着 识 别 算 法 即 使 只 捕 捉 到 部 分 农 药 喷 洒 行 为 也 已 经 初 步 达 到 了 监 管 要 求 在 实 际 应 用 中 识 别 算 法 的 效 果 如 图 4 所 示 从 图 4 a 可 以 看 出 识 别 算 法 检 测 到 人 员 后 进 一 步 检 测 到 储 药 罐 和 喷 杆 从 而 确 定 发 生 农 药 喷 洒 行 为 在 这 里 可 以 看 到 储 药 箱 只 漏 出 了 一 小 部 分 大 部 分 被 人 体 遮 挡 但 是 识 别 算 法 仍 然 准 确 检 测 到 了 储 药 箱 从 图 4 b 可 以 看 出 人 体 遮 挡 导 致 储 药 罐 完 全 不 可 见 此 时 识 别 算 法 通 过 检 测 到 喷 杆 识 别 出 农 药 喷 洒 行 为 从 图 4 c 可 以 看 出 因 喷 杆 位 于 人 体 前 方 在 摄 像 机 画 面 中 处 于 被 遮 挡 状 态 识 别 算 法 就 通 过 识 别 储 药 罐 辨 认 农 药 喷 洒 行 为 上 述 结 果 证 明 了 识 别 算 法 在 复 杂 环 境 下 的 识 别 能 力 和 实 用 性 a b 为 喷 洒 农 药 时 常 见 的 正 面 影 像 c d 为 典 型 的 侧 面 影 像 e 为 典 型 的 背 面 影 像 f 为 多 人 洒 药 影 像 图 3 典 型 样 本 a b c d e f 表 1 农 药 喷 洒 行 为 识 别 算 法 运 行 效 果 距 离 范 围 m 0 2 5 2 5 5 0 识 别 准 确 率 静 态 图 像 9 4 3 8 9 5 动 态 视 频 9 8 7 9 3 3 1 6 84 2 系 统 应 用 效 果 研 究 人 员 通 过 集 成 整 合 构 建 了 完 整 的 监 管 系 统 该 系 统 以 应 用 服 务 软 件 作 为 用 户 交 互 界 面 为 用 户 提 供 了 一 系 列 服 务 功 能 如 图 5 所 示 应 用 服 务 软 件 界 面 展 示 了 系 统 捕 获 的 农 药 喷 洒 行 为 图 像 在 软 件 农 药 喷 洒 日 历 中 系 统 将 存 在 农 药 喷 洒 行 为 的 日 期 以 高 亮 方 式 呈 现 便 于 用 户 直 观 查 阅 系 统 对 每 月 的 农 药 喷 洒 次 数 进 行 统 计 以 柱 形 图 形 式 罗 列 将 月 份 和 次 数 作 为 坐 标 显 示 给 用 户 对 于 需 要 详 细 审 查 的 情 况 用 户 可 以 在 界 面 的 关 联 视 频 功 能 上 查 询 到 农 药 喷 洒 时 的 连 续 视 频 片 段 若 系 统 出 现 误 判 用 户 可 以 在 软 件 的 监 控 管 理 菜 单 中 剔 除 错 误 数 据 该 系 统 的 运 行 使 监 管 过 程 无 需 人 工 介 入 显 著 提 升 了 温 室 农 药 喷 洒 行 为 的 监 管 效 率 和 准 确 性 系 统 基 于 识 别 算 法 的 动 态 识 别 能 力 保 证 了 监 管 信 息 获 取 的 高 度 实 时 性 5 结 束 语 基 于 人 工 智 能 技 术 的 温 室 农 药 喷 洒 行 为 监 管 系 统 研 究 旨 在 通 过 人 工 智 能 技 术 实 现 温 室 种 植 环 境 下 农 药 喷 洒 行 为 的 无 人 化 监 管 该 集 成 化 系 统 硬 件 设 备 需 求 简 单 具 有 良 好 的 环 境 通 用 性 提 高 了 监 督 管 理 的 质 量 和 效 率 通 过 机 器 视 觉 技 术 系 统 能 够 准 确 识 别 农 药 喷 洒 行 为 免 去 管 理 过 程 中 的 人 工 介 入 实 现 了 持 续 不 间 断 的 监 管 基 于 人 工 智 能 技 术 的 温 室 农 药 喷 洒 行 为 监 管 系 统 研 究 为 农 产 品 溯 源 体 系 中 农 药 施 用 管 理 监 督 工 作 提 供 了 有 效 的 工 具 同 时 也 为 破 解 农 产 品 溯 源 体 系 建 设 中 数 据 获 取 难 点 和 准 确 性 问 题 提 供 了 新 的 思 路 和 方 法 基 于 当 前 研 究 成 果 未 来 的 工 作 可 以 从 以 下 几 个 方 面 进 行 深 入 开 展 一 是 针 对 多 样 的 洒 药 器 械 设 备 进 一 步 升 级 识 别 模 型 扩 展 可 识 别 范 围 二 是 面 向 温 室 使 用 的 无 人 化 自 动 喷 药 机 悬 挂 式 喷 雾 机 等 设 备 开 发 专 门 的 识 别 模 型 以 适 应 人 员 不 在 现 场 的 情 况 三 是 为 更 好 地 适 应 大 型 温 室 立 体 种 植 和 高 茎 秆 作 物 等 复 杂 环 境 研 究 多 机 位 摄 像 机 的 图 像 融 合 和 协 同 识 别 处 理 技 术 1 1 增 强 系 统 的 适 应 性 和 扩 展 性 参 考 文 献 1 孔 令 孜 李 小 红 宁 夏 等 国 外 农 产 品 质 量 安 全 管 理 现 状 及 启 示 J 农 村 经 济 与 科 技 2 0 1 8 1 3 1 6 6 1 6 9 2 刘 瑜 我 国 农 产 品 质 量 安 全 监 管 问 题 及 对 策 分 析 J 农 业 经 济 2 0 2 0 4 1 3 6 1 3 8 3 赵 丙 奇 章 合 杰 数 字 农 产 品 追 溯 体 系 的 运 行 机 理 和 实 施 模 式 研 究 J 农 业 经 济 问 题 2 0 2 1 8 5 2 6 2 4 赵 春 江 智 慧 农 业 的 发 展 现 状 与 未 来 展 望 J 华 南 农 业 大 学 学 报 2 0 2 1 6 1 7 5 魏 启 文 曾 娟 秦 萌 等 新 时 期 我 国 化 肥 农 药 减 量 增 效 与 农 产 品 质 量 安 全 提 升 的 探 讨 J 农 产 品 质 量 与 安 全 2 0 2 3 1 6 9 6 李 鸿 杰 张 超 白 波 基 于 区 块 链 的 绿 色 果 品 溯 源 数 据