Российские инженеры создали специальный дрон, который с воздуха обнаруживает и размечает на снимках борщевик Сосновского. Точность определения ядовитого сорняка составила 96%.
Чем опасен борщевик Сосновского
Борщевик Сосновского — это один из самых известных и проблемных сорняков в России. Его заросли занимают до 15% природных ландшафтов европейской части страны. Борщевик неконтролируемо распространяется, вытесняет все другие растения, встречающиеся на его пути, и вытягивает воду из почвы. Но борщевик опасен не только для сельского хозяйства: многие из 70 видов этого растения содержат в соке листьев и стеблей вещества, вызывающие сильные ожоги кожи. Ежегодно от сорняка страдают сотни россиян.
На истребление борщевика каждый год тратятся миллионы рублей, но побороть его не получается. Эта культура необычайно живуча и приспосабливается к любым условиям. Быстрое распространение может начаться только от одного растения, которое даёт 20 000−100 000 семян. Для обнаружения и составления карт борщевика приходится либо вручную обходить поля, либо использовать спутники. Последние дают недостаточно высокое разрешение для выявления единичных растений.
Как дрон может увидеть борщевик
Чтобы беспилотник мог распознавать опасный сорняк, инженеры Сколковского института науки и технологий (Сколтеха) разработали специальный алгоритм на основе нейронных сетей. В качестве аппаратной платформы они выбрали квадрокоптер DJI Matrice 200. Но перед специалистами встала проблема — нужно было добиться нормальной работы нейросети на слабом штатном оборудовании дронов.
Инженеры решили поместить внутрь дрона одноплатный компьютер NVIDIA Jetson Nano с относительно мощным видеоускорителем. Для поиска борщевика они использовали три свёрточные нейросети (U-Net, SegNet и RefineNet), которые получают кадр и размечают на нём области с борщевиком. Чтобы обучить алгоритмы, разработчики собрали собственный массив данных. Для этого они сделали множество фотокадров в Подмосковье, используя два разных дрона и одну экшен-камеру на беспилотнике. В результате они получили 263 снимка и разметили на них области с борщевиком.
«На данный момент скорость обработки 4К-изображения нашей системой до 0,7 кадров в секунду. Но при таких показателях система позволяет в несколько раз повысить эффективность локализации вредоносных растений», — отметил Андрей Сомов, один из авторов работы, опубликованной в международном научном журнале IEEE Transaction on Computer.
Он добавил, что улучшить работу искусственного интеллекта можно будет только после внедрения новых технологий. Работающая на одной плате нейросеть пока не может показывать высоких результатов. Но даже так она способна выявлять на местности каждое растение по отдельности.
В дальнейшем с помощью дронов и нейросетей можно будет отслеживать различные характеристики растений и разнообразных культур, — например, следить за здоровьем посадок и состоянием урожая.
Сегодня дроны уже используют для уничтожения нежелательных растений. В 2018 году в Колумбии появились дроны-наркополицейские для борьбы с производителями кокаина. Они обнаруживают посевы коки и распыляют над ними мощные дефолианты. К сожалению, наркокартели тоже находят применение беспилотникам — с их помощью злоумышленники перевозят мелкие партии запрещённых веществ.
Еще больше интересного о науке и технологиях
