Умные технологии делают выращивание черники дешевле и экологичнее

Рынок дикой черники превратился в многомиллионную индустрию в Северной Америке. Однако выращивание и сбор урожая осложняются сорняками, которые конкурируют с растениями за питательные вещества и мешают технике. Для борьбы с ними фермеры часто применяют гербициды распылением по всей площади, что привело к появлению устойчивости у некоторых сорняков.

Исследовательская группа из Университета Далхаузи решает эту проблему с помощью сверточных нейронных сетей (CNN) — технологии глубокого обучения, которая может идентифицировать сорняки для точечного применения агрохимикатов.

Исследование под руководством профессора Трэвиса Эсо и его аспиранта Патрика Хеннесси показало, что CNN могут обнаруживать на изображениях щавель малый и овсяницу волосовидную — два распространенных сорняка на полях Новой Шотландии.

«Мы обнаружили, что CNN могут очень точно обнаруживать наличие овсяницы волосовидной и щавеля малого при внесении гербицидов. Это позволяет проводить точечную обработку и значительно экономить средства, делая управление более устойчивым», — говорит д-р Эсо.

Как это работает

CNN обучаются на множестве размеченных изображений целевого растения (сорняка). Технология уже применялась для определения спелости черники, оценки урожайности и обнаружения сорняков на плантациях клубники, картофеля и других культур.

В данном исследовании восемь цифровых камер сделали тысячи цветных снимков полей дикой черники в центральной и северной Новой Шотландии. Обученные на этих изображениях CNN идентифицировали:

• Овсяницу волосовидную с точностью до 97%.
• Щавель малый с точностью до 90%.

В отличие от предыдущих технологий, CNN могут различать разные виды сорняков. В будущем работу планируют сосредоточить на тестировании CNN для «умного» опрыскивателя и разработке мобильного приложения для фермеров.

Экономия в миллионы

В 2016 году в Северной Америке было более 86 000 га полей дикой черники, давших около 119 млн кг ягод. В 2017 году эта отрасль принесла экономике Новой Шотландии более 100млн * *, включая * *65,9 млн от экспорта.

Более 100 видов сорняков снижают урожайность. В 2019 году щавель малый и овсяница волосовидная были признаны первым и четвертым по распространенности сорняками на полях Новой Шотландии.

Ранее против овсяницы применяли гербицид Velpar (с 1982 г.), но у сорняка развилась устойчивость. Теперь используют Kerb SC, применение которого более чем в два раза дороже.

«Широкое внедрение этой технологии в секторе дикой черники может означать экономию в миллионы долларов на агрохимикатах ежегодно. Исследование также можно расширить на другие важные агросистемы», — отмечает д-р Эсо.

В будущем CNN будут обучать для обнаружения других сорняков-мишеней, а лучшую модель интегрируют в «умный» опрыскиватель и мобильное приложение для помощи фермерам в принятии решений.

«Это первый случай, когда глубокое обучение CNN применяется для обнаружения сорняков в дикой чернике», — подчеркивает исследователь.