Дроны на ферме Распространение распознавания лиц на пастбище

Мониторинг здоровья мелкого стада крупного рогатого скота — большая работа, но автоматические беспилотники могут быть просто лучшим новым другом фермера.

Когда я представляю заполненные беспилотниками сцены из повседневной жизни в нашем не столь отдаленном будущем, мой разум перемещается в ультрасовременные городские центры и современные пригороды с автономной доставкой. Я не думаю о фермах. По крайней мере, я не сделал, пока я не посетил один исследовательский проект в университете Кентукки.

Технология ведения сельского хозяйства в сельской местности в Америке — очень важная часть нашей загадки будущего, и вместе команда профессоров и студентов-исследователей работает над созданием автоматизированной системы беспилотных летательных аппаратов, которая может контролировать здоровье скота на пастбище.

Мотивация проекта подкреплена довольно отрезвляющей статистикой. Согласно исследованию команды, 2,5 миллиона голов крупного рогатого скота в США умирают каждый год от проблем со здоровьем, что составляет 60% потерь крупного рогатого скота. Сравните это с 220 000 потерянными хищниками или другими несчастными случаями, и статистика дает веские основания уделять больше внимания здоровью крупного рогатого скота.

Испытательный беспилотник готовится вылететь на пастбище в Центре исследований животных.

Скот, который команда надеется отслеживать, — это крупный рогатый скот в производстве говядины, основная отрасль промышленности в США и значительный экспорт. По данным Североамериканского института мяса, экспорт говядины достиг рекордных 7,27 миллиардов в 2017 году, когда Министерство сельского хозяйства США сообщило, что американские мясные компании произвели 26,3 миллиарда фунтов говядины. Эти отдельные коровы оцениваются примерно в 550, но их ценность может пойти еще выше, в зависимости от таких факторов, как возраст, вес, качество и рыночный спрос.

Они пасутся в поле в течение продолжительных периодов времени, поэтому фермерам становится все труднее регулярно проверять здоровье каждого. Если бы у фермеров был способ дистанционно и автономно проверить местонахождение и состояние здоровья каждой коровы, они могли бы решить проблемы здоровья и безопасности крупного рогатого скота гораздо раньше.

Вот где появляются беспилотники или беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Цель системы — идентифицировать каждую корову, найти ее на пастбище и измерить жизненно важную информацию о здоровье, такую ​​как вес, размер, черты лица и физическая активность.

Автономная система БПЛА, разрабатываемая в Великобритании, потенциально может определять местонахождение, распознавать и контролировать каждую корову. Проект, финансируемый в рамках гранта Министерства сельского хозяйства США, начался в феврале 2018 года и продлится до февраля 2021 года.

В испытательной летной лаборатории беспилотников учащиеся-исследователи летают беспилотниками вокруг модели коровы.

Автоматизация дронов

Вот как работает система с несколькими БПЛА. Беспилотник-наблюдатель витает на 90-270 футов выше стада. Этот беспилотник использует направленные вниз стереокамеры для отслеживания движения. Это определяет местоположение и ориентацию крупного рогатого скота. Три рабочих беспилотника берут информацию о местоположении, предоставленную беспилотником-наблюдателем, и используют ее для отслеживания конкретной коровы. Рабочие дроны затем выполняют задачи мониторинга работоспособности.

Чтобы испытать автономные беспилотники в синхронном полете, команда создала испытательный летный центр в подвальной лаборатории здания машиностроения. Здесь высокие потолки позволяют камерам, установленным на стенах, выступать в роли беспилотника-наблюдателя, используя световозвращающие маркеры для триангуляции положения дронов и коровы в пространстве.

Смотрите так же

Распознавание лиц может быть запрещено в государст... Это первый раз, когда федеральное законодательство рассматривает ограничения на технологии и арендаторов. Признание лица столкнулось с пристальным вн...

Программное обеспечение, запускаемое соседним компьютером, берет эту информацию и дает рабочим дронам координаты и инструкции полета относительно того, где находится корова. В лаборатории нет настоящих коров, но есть модель коровы. Его зовут Чак.

Чак и рабочий беспилотник закрывают глаза во время испытательного полета.

Зак Липпей — доктор философии. студент работает ведущим этих беспилотных испытательных полетов. Команда студентов использует каждый беспилотник в качестве меры предосторожности, но автоматизация выполняет почти всю работу. Во время нашего визита мы наблюдали за тем, как контроллер беспилотника нажимал всего несколько клавиш в компьютерной программе, и дроны взлетали, кружили и приземлялись вокруг Чака, в то время как он двигался системой шкивов, чтобы имитировать движение живой коровы.

«Мы пытаемся доказать, что этот метод безопасен, прежде чем вывести его на улицу и работать с реальным скотом», — сказал Липпей. «Все полностью автономно, но у нас есть отказоустойчивый, где пилоты могут вступить во владение, если вещи становятся немного нестабильными».

Беспилотники, которые Зак и его товарищи по команде используют, — это дроны 3DR Solo, модифицированные Raspberry Pi, небольшой недорогой компьютерной платой и ключом, который добавляет беспроводную связь, чтобы они могли общаться друг с другом. Программа, настроенная командой, сообщает дронам, когда выполнять маневры для взлета, зависания, дома и на земле.

Зак Липпей наблюдает за полетами беспилотников в Центре исследований животных.

Когда-нибудь модели беспилотных летательных аппаратов могут быть обновлены до чего-то более сложного, но эти готовые модели выполняют свою работу на этом первом этапе тестирования.

Му за камеру

Совершенствование автоматизированного полета беспилотников — это всего лишь одна часть головоломки для наблюдения за коровами. Задача состоит в том, чтобы научить дронов, какая корова какая. Вот где в игру вступает программное обеспечение для машинного обучения и распознавания лиц. Команде необходимо обучить программное обеспечение распознавать размер, форму и цвет коровы, а затем ей нужно будет специально изучить лицо каждой коровы. Для этого им нужно построить 3D-модели из реальных изображений коров.

Майкл Сама, адъюнкт-профессор биосистем и сельскохозяйственной инженерии, и Руйганг Янг, профессор компьютерных наук, возглавляют эту часть проекта.

«То, что мы пытаемся сделать, — это выяснить, сможем ли мы взять меньше изображений и получить из них ту же модель». сказал Сама. «Исходя из этого, мы можем рассчитать объем коровы и в конечном итоге оценить ее массу тела».

Майкл Сама занимается сбором изображений для создания 3D-модели для программы распознавания коров.

Это означает сбор правильного набора данных изображений, чтобы научить программное обеспечение, как должна выглядеть корова. Как вы делаете 360-градусный снимок коровы? Я так рад, что ты спросил.

Глубоко в недрах сельскохозяйственного здания команда построила то, что составляет фотокамеру для коров. Это стандартная ручка для крупного рогатого скота, но покрытая 40 камерами, равномерно расположенными вокруг нее. Команда планирует удвоить количество камер, чтобы получить еще лучшие ракурсы.

Идея состоит в том, что корову будут вводить в загон, и каждая камера будет одновременно снимать изображение, создавая набор фотографий под 40 углами, чтобы создать трехмерную модель коровы, которую программное обеспечение может использовать, чтобы узнать, что искать в поле. Это часть проекта, которая может в конечном итоге привести к распознаванию лиц. Фотобудка еще не была протестирована с настоящими коровами, но поскольку камеры работают так быстро, они думают, что могут снимать 360-градусные изображения до 50 коров в день.

Ручка для фотографий коровы включает в себя 40 камер для одновременной съемки коровы со всех сторон.

Полет на ферме

Дроны на ферме Распространение распознавания лиц на пастбище

Смотрите так же

Распознавание лиц может быть запрещено в государст... Это первый раз, когда федеральное законодательство рассматривает ограничения на технологии и арендаторов. Признание лица столкнулось с пристальным вн...

Прежде чем команда сможет вывести испытательные беспилотники и прототип пера в поле, они должны быть уверены, что не будет никаких неблагоприятных воздействий или стресса для крупного рогатого скота. Если дроны повышают частоту сердечных сокращений у коров, эти данные не дают точной картины повседневного здоровья коровы.

Чтобы проверить, как коровы реагируют на полеты беспилотников, команда вручную запускает беспилотники в университетском Научно-исследовательском центре животных, ферме в соседнем Версале, штат Кентукки, где настоящий скот содержится как часть исследовательского центра по производству говядины. Джош Джексон, доцент кафедры биосистем и сельскохозяйственной инженерии, возглавляет эту часть проекта. Он является постоянным экспертом в управлении скотом и мониторинге жизненно важных органов.

«На самом деле мы пытаемся количественно оценить поведенческие и физиологические изменения», — сказал Джексон. «Если мы хотим использовать [беспилотные летательные аппараты] в качестве контрольного устройства, как это повлияет на них? Является ли оно положительным, отрицательным или нейтральным?»

Распознавание лиц для коров: беспилотники на ферме

Текущий мониторинг здоровья, который команда использует для сбора информации о стаде, представляет собой ремешок для мониторинга сердечного ритма размером с корову, очень похожий на то, что спортсмен использует на тренировках. На самом деле, модель, которую используют Джош и его команда, сделана Polar, известным производителем пульсометра в индустрии фитнеса для людей.

Каждый пульсометр и GPS-локатор подключены к личной электронной почте коровы и мобильному устройству. Да, у этих коров есть телефоны. Каждый телефон и электронная почта пронумерованы, чтобы соответствовать корове, за которой она следит, и корова несет все эти устройства в специальном ошейнике. Джош говорит, что подобные системы дороги и сложны в управлении. Команда дронов могла сделать лучше.

Текущий пакет снаряжения для наблюдения за состоянием здоровья коров в ARC изнашивается для сбора данных.

Дрон и скот, происходящий на ферме в настоящее время, должны определить, насколько стрессовым может быть этот процесс для скота. Команда должна быть уверена, что стадо может терпеть беспилотники, летающие вокруг них. Три дня в неделю команда выполняет пять, 5-10-минутных испытательных полетов в день, давая скоту четыре дня отдыха.

«Одним из ключевых моментов использования БПЛА вокруг животных для мониторинга здоровья является то, что мы должны понимать, насколько близко мы можем к ним приблизиться и как мы можем маневрировать вокруг них, чтобы предотвратить любые неблагоприятные последствия», — сказали Джесси Хогг, Дональд и Гертруда Лестер. Профессор машиностроения и ведущий научный сотрудник по проекту.

До сих пор не было никаких заметных реакций от коров. Частота сердечных сокращений среди стад, обведенных дронами, не увеличивается и не проявляет признаков стресса (нормальная частота сердечных сокращений у коровы составляет около 70 ударов в минуту). Интересно, что во время нашего посещения фермы наша приближающаяся съемочная группа пугала гораздо больше, чем четыре беспилотника, громко жужжавших над головой.

Наблюдатель дрон взлетает.

Я спросил доктора Стивена Томсона, руководителя национальной программы Национального института продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США, о значении британского проекта, финансируемого Министерством сельского хозяйства США.

«Эти усилия являются одними из первых для быстрого мониторинга здоровья стада скота», — сказал Томсон. «Беспилотные системы аэрофотосъемки имеют преимущество мониторинга больших площадей домашнего скота, так же, как они уже делают для мониторинга здоровья сельскохозяйственных культур. Эта практика является экономически эффективным способом мониторинга ключевых показателей здоровья скота с использованием датчиков и визуализации».

Хотя этот проект не решает другие проблемы, связанные с животноводством, такие как метан и его влияние на изменение климата, Джесси и Майкл работают над проектом, финансируемым Национальным научным фондом, который использует БПЛА для измерения концентрации химических веществ в пограничном слое атмосферы и прогнозирования их дисперсия. Измерение дисперсии метана является одним из возможных применений этого проекта.

Смотрите так же

Распознавание лиц может быть запрещено в государст... Это первый раз, когда федеральное законодательство рассматривает ограничения на технологии и арендаторов. Признание лица столкнулось с пристальным вн...