人工智能技術(shù)與應(yīng)用（案例版）課件 第9章 智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人

第9章

智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人-1人工智能技術(shù)與應(yīng)用ArtificialintelligencetechnologyandApplication1.智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人概述2.智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用3.智能技術(shù)——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)4.應(yīng)用案例案例引入

在農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖領(lǐng)域，牲畜飼養(yǎng)的料量補(bǔ)給及比例調(diào)整是關(guān)鍵部分之一。傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式中剩料評估、供料補(bǔ)給等環(huán)節(jié)需要投入大量的人力物力資源，尤其是與飼料鋪相距很遠(yuǎn)的大型站點(diǎn)，需要消耗更多的專用資源。澳大利亞機(jī)器人公司發(fā)明了養(yǎng)殖場鋪位余料精準(zhǔn)評估的機(jī)器人BunkBot，通過目視評估料倉余料推斷飼料消耗量，作為飼料重分配的主要影響參數(shù)。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)BunkBot對于飼料調(diào)配補(bǔ)給比傳統(tǒng)人工操作更完善合理，因?yàn)樗梢愿珳?zhǔn)全面的了解牛的采食量、更及時的調(diào)整飼料分配策略，進(jìn)而提高飼料有效利用率。1.智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人概述農(nóng)業(yè)機(jī)器人是指運(yùn)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的智能機(jī)器人，是一種可由不同程序軟件控制，以適應(yīng)各種作業(yè)，能感覺并適應(yīng)作物種類或環(huán)境變化，有檢測（如視覺等）和演算等人工智能的新一代無人自動操作機(jī)械。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)：1.作業(yè)季節(jié)性較強(qiáng)；2.作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變；3.作業(yè)對象的嬌嫩和復(fù)雜性；4.使用對象的特殊性；5.價(jià)格的特殊性農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程國外--20世紀(jì)中期農(nóng)業(yè)機(jī)器人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高度自主化和智能化的結(jié)合，包括多用途自動化聯(lián)合收割機(jī)器人、園丁機(jī)器人、無人駕駛拖拉機(jī)以及果實(shí)分揀機(jī)器人等多種農(nóng)業(yè)機(jī)器人國內(nèi)--20世紀(jì)90年代中期除草機(jī)器人、施肥機(jī)器人、全自動收獲機(jī)器人、耕耘機(jī)器人、蔬菜嫁接機(jī)器人、蔬菜采摘機(jī)器人以及植保無人機(jī)等。智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及特點(diǎn)數(shù)據(jù)集成和分析技術(shù)線路規(guī)劃和導(dǎo)航技術(shù)智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人類型植保機(jī)器人收獲機(jī)器人智能播種機(jī)器人田間管理機(jī)器人按照作業(yè)功能分類輪式農(nóng)業(yè)機(jī)器人履帶式農(nóng)業(yè)機(jī)器人多足式農(nóng)業(yè)機(jī)器人按照機(jī)器人結(jié)構(gòu)分類單一任務(wù)多功能無人駕駛按照智能化程度分類室外田間使用的農(nóng)業(yè)機(jī)器人溫室內(nèi)使用的農(nóng)業(yè)機(jī)器人按照使用場景分類人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用03除草04采摘05分揀01播種02噴涂采摘機(jī)器人采摘機(jī)器人是一類針對水果或蔬菜收獲作業(yè)，具有感知系統(tǒng)的自動化機(jī)械收獲裝備，是集機(jī)械、電子信息、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、農(nóng)業(yè)及生命科學(xué)等交叉性邊緣學(xué)科，其涉及本體結(jié)構(gòu)、傳感技術(shù)、視覺圖像處理、機(jī)器人正逆運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)、控制驅(qū)動技術(shù)以及信息處理等多學(xué)科領(lǐng)域知識。無人駕駛農(nóng)業(yè)機(jī)器人植保無人飛機(jī)施藥作業(yè)具有快速高效、適應(yīng)性廣等顯著特征，克服了傳統(tǒng)植保機(jī)械作業(yè)效率低、下地難、轉(zhuǎn)場難和勞動力投入大的問題，已逐漸成為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可或缺的一部分。第9章

智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人-2人工智能技術(shù)與應(yīng)用ArtificialintelligencetechnologyandApplication1.智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人概述2.智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用3.智能技術(shù)——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)4.應(yīng)用案例3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ArtificialNeuralNetwork，ANN）簡稱神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN），是基于生物學(xué)中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理，在理解和抽象了人腦結(jié)構(gòu)和外界刺激響應(yīng)機(jī)制后，以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲R為理論基礎(chǔ)，模擬人腦的神經(jīng)系統(tǒng)對復(fù)雜信息的處理機(jī)制的一種數(shù)學(xué)模型。概念機(jī)器視覺系統(tǒng)組成人工神經(jīng)元結(jié)構(gòu)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可看成是以人工神經(jīng)元為節(jié)點(diǎn)，用有向加權(quán)弧連接起來的有向圖。在此有向圖中，人工神經(jīng)元就是對生物神經(jīng)元的模擬，而有向弧則是軸突-突觸-樹突對的模擬。有向弧的權(quán)值表示相互連接的兩個人工神經(jīng)元間相互作用的強(qiáng)弱。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛。如流程建模與控制、機(jī)器故障診斷、證券管理、目標(biāo)識別、醫(yī)學(xué)診斷、目標(biāo)市場和經(jīng)濟(jì)預(yù)測等。在流程建模與控制方面，為物理設(shè)備創(chuàng)建一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過該模型來決定設(shè)備的最佳控制設(shè)置。當(dāng)檢測到機(jī)器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)可以自動關(guān)閉機(jī)器。以一種高回報(bào)、低風(fēng)險(xiǎn)的方式分配證券資產(chǎn)進(jìn)行投資，證券管理。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用在目標(biāo)識別方面，通過視頻或者紅外圖像數(shù)據(jù)檢測是否存在敵方目標(biāo)，被廣泛運(yùn)用于軍事領(lǐng)域。通過分析報(bào)告的癥狀和MRI、X-射線圖像數(shù)據(jù)，協(xié)助醫(yī)生診斷、醫(yī)療診斷。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)，找出對營銷活動反響率最高的人群，確定目標(biāo)市場。通過歷史安全數(shù)據(jù)預(yù)測未來經(jīng)濟(jì)活動的安全性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用BP模型和MP模型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全稱是Back-propagationneuralnetwork，它被認(rèn)為是最常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型由輸入層、隱層和輸出層三層組成，其中隱層在輸入層和輸出層之間傳遞著重要的信息，一般包含一個或多個隱層。BP模型和MP模型1943年，美國心理學(xué)家沃倫·麥克洛克（WarrenMcRock）和數(shù)學(xué)家沃爾特·皮茨（WalterPitts）參考了生物神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)，把神經(jīng)元視為二值開關(guān)，通過不同的組合方式來實(shí)現(xiàn)不同的邏輯運(yùn)算，并且將這種邏輯神經(jīng)元稱為二值神經(jīng)元模型（McCulloch-PittsModel，MP模型）。4.應(yīng)用案例——顏色識別1利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，搭建機(jī)器人系統(tǒng)，進(jìn)行顏色識別案例實(shí)踐與分析。具體要求是一些長方體的箱體在不同側(cè)面涂裝成紅色和藍(lán)色。在這些長方體的箱體（物塊）搬運(yùn)碼垛的過程中，往往需要把物體按一定方向碼垛，便于存儲的安全性、可靠性、條理性和便利性。現(xiàn)以紅藍(lán)兩種顏色區(qū)分物塊的不同方向。要求按顏色相同、方向一致的方式規(guī)范碼垛。應(yīng)用案例——農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)分析農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)可以提供氣溫、降水、日照等信息，幫助農(nóng)民了解農(nóng)作物生長所需的氣候條件，合理安排播種、施肥、澆水、除草等管理活動，從而提高產(chǎn)量和質(zhì)量。還可以用于監(jiān)測病蟲害發(fā)生的氣象條件，提前預(yù)警可能出現(xiàn)