農(nóng)業(yè)機(jī)器學(xué)習(xí)：科學(xué)家正在教電腦診斷大豆壓力

愛荷華州立大學(xué)的科學(xué)家正致力于一個(gè)農(nóng)民可以使用無(wú)人駕駛飛機(jī)發(fā)現(xiàn)甚至預(yù)測(cè)其作物中的疾病和壓力的未來(lái)。他們的愿景依賴于機(jī)器學(xué)習(xí)，這是一種自動(dòng)化過(guò)程，技術(shù)可以幫助農(nóng)民更有效地應(yīng)對(duì)植物壓力。

Arti Singh是農(nóng)學(xué)的兼職助理教授，正在領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)多學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)最近獲得了農(nóng)業(yè)部食品和農(nóng)業(yè)研究所提供的3年499,845美元的資助，用于開發(fā)能夠自動(dòng)化該技能的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。農(nóng)民診斷大豆的一系列主要壓力。正在開發(fā)的技術(shù)將利用附加在無(wú)人駕駛飛行器或無(wú)人機(jī)上的攝像機(jī)來(lái)收集大豆田的鳥瞰圖像。一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序會(huì)自動(dòng)分析圖像，并提醒故障點(diǎn)的農(nóng)民。

“最基本的是，機(jī)器學(xué)習(xí)只是訓(xùn)練機(jī)器做我們做的事情，”辛格說(shuō)。“當(dāng)你想教孩子汽車是什么時(shí)，你會(huì)向他們展示汽車。這就是我們正在做的培訓(xùn)計(jì)算機(jī)算法，展示大量各種大豆壓力的圖像來(lái)識(shí)別，分類，量化和預(yù)測(cè)壓力。場(chǎng)。”

研究小組匯集了大量的大豆圖像數(shù)據(jù)集，其中一些是健康的，一些是經(jīng)歷壓力和疾病，然后標(biāo)記出來(lái)。計(jì)算機(jī)程序遍歷標(biāo)記的圖像并組裝能夠識(shí)別新圖像中的壓力的??算法。辛格說(shuō)，機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)劃能夠發(fā)現(xiàn)各種常見的大豆壓力，包括真菌，細(xì)菌和病毒疾病，以及營(yíng)養(yǎng)缺乏和除草劑傷害。

她說(shuō)，使用高光譜成像或攝像機(jī)可以捕捉超出人眼所見的波長(zhǎng)范圍，可以讓該技術(shù)在出現(xiàn)癥狀之前預(yù)測(cè)壓力的存在，從而為農(nóng)民提供額外的時(shí)間來(lái)解決問(wèn)題。

辛格對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)的迷戀始于2014年，當(dāng)時(shí)她參加了由ISU植物科學(xué)研究所主辦的關(guān)于該主題的研討會(huì)。她立即??認(rèn)為該技術(shù)對(duì)植物育種和植物病理學(xué)有希望，但對(duì)學(xué)術(shù)文獻(xiàn)的調(diào)查顯示，該領(lǐng)域的大部分工作來(lái)自工程學(xué)科，而非植物科學(xué)。她意識(shí)到需要更多的合作才能推動(dòng)這一農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。

“我們還需要包括植物科學(xué)家，”她說(shuō)。“否則，我們將讓工程師研究植物科學(xué)問(wèn)題。各學(xué)科之間的合作使其成為可能。”

她幫助組建了一個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)建了一個(gè)應(yīng)用程序，允許智能手機(jī)用戶拍攝大豆植物的照片，以確定植物是否患有缺鐵癥?，F(xiàn)在，研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是從原始應(yīng)用程序擴(kuò)展他們的工作，這需要手動(dòng)拍攝照片來(lái)診斷單一壓力，能夠從無(wú)人機(jī)拍攝圖像并識(shí)別一系列壓力的算法。

該技術(shù)的未來(lái)取決于科學(xué)家和工程師收集正確數(shù)據(jù)集的能力，然后開發(fā)分析該數(shù)據(jù)的能力。在授予結(jié)束時(shí)，辛格表示，該團(tuán)隊(duì)打算完成一個(gè)使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的最佳實(shí)踐框架。這包括確定最佳圖像分辨率，以及無(wú)人機(jī)的最佳高度和速度。研究人員希望將數(shù)據(jù)收集，管理和分析無(wú)縫集成，從而將其應(yīng)用于農(nóng)田，以及時(shí)檢測(cè)和減輕植物脅迫。辛格表示，該團(tuán)隊(duì)將在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)公布他們的所有調(diào)查結(jié)果。

辛格說(shuō)，這種方法也有可能應(yīng)用于許多其他作物。