Искусственный интеллект отслеживает пчёл на камеру: как это поможет фермерам

Искусственный интеллект (ИИ) предлагает новый способ отслеживания насекомых-опылителей, критически важных для сельского хозяйства.

В новом исследовании в теплице на клубничной ферме в Виктории (Австралия) были установлены миниатюрные цифровые камеры и компьютеры для отслеживания пчёл и других насекомых, перелетающих с растения на растение и опыляющих цветы.

С помощью специального ПО на основе ИИ были проанализированы несколько дней видеозаписей, чтобы получить картину поведения опылителей на большой площади.

Подобно тому, как мониторинг дорог помогает движению транспорта, эта система может сделать опыление более эффективным. Это позволит лучше использовать ресурсы и увеличить производство продуктов питания.

Новый взгляд

Рост населения и ограниченность ресурсов требуют повышения эффективности и устойчивости производства пищи. Точное земледелие с использованием новых технологий, таких как ИИ, может помочь обеспечить будущие урожаи.

Эффективное опыление критически важно для получения здоровых фруктов, овощей, бобовых и орехов.

Для оптимального опыления требуется строго определённое количество посещений цветков насекомыми-опылителями. Слишком мало или слишком много посещений, а также посещения неэффективными насекомыми могут снизить качество продукции.

Традиционные методы мониторинга опыления (прямое визуальное наблюдение или ловушки) трудоёмки и занимают много дней.

Кроме того, без очень большого числа обученных наблюдателей невозможно собрать одновременные данные с больших ферм. Такие данные необходимы для получения критически важных свидетельств уровня опыления до закрытия сезонного окна для этого процесса.

Цифровая же система позволяет управляющему фермой получать данные об уровне опыления культур в тот же день.

Как детальный анализ движения насекомых-опылителей улучшает производство пищи

Система мониторинга опыления была установлена на ферме Sunny Ridge в теплице с клубникой, открытой для насекомых. Массив камер отслеживал активность насекомых среди растений, записывая медоносных пчёл, журчалок, мотыльков, бабочек и некоторых ос.

Управление большими (насекомыми) данными с помощью продвинутого ПО

Объём данных, собираемых системой, требует специального ПО для надёжного отслеживания отдельных насекомых, летающих среди сложной листвы.

Ключевая проблема, которую преодолевает ПО, — идентификация движений насекомого в видеопоследовательности, чтобы одно насекомое на одном маршруте не было случайно посчитано несколько раз. Это позволяет точно оценить количество насекомых в регионе за день, проанализировать их тип (например, вид) и отследить посещения цветков.

Специальное ПО использует гибридную модель детекции для обнаружения и отслеживания насекомых и цветков на видео. Модель сочетает возможности обнаружения объектов на основе ИИ с помощью свёрточной нейронной сети (глубокое обучение) с отдельными алгоритмами детекции переднего плана для определения точного положения насекомых и посещаемых ими цветков.

Программное обеспечение включает функции для повышения эффективности обработки данных и экономии вычислительной мощности.

Траектории насекомых, которые строит ПО, вычисляются с помощью метода, называемого венгерским алгоритмом. Он анализирует позиции насекомых в каждом кадре видеопоследовательности и позволяет сопоставить местоположения насекомых в последовательности кадров.

Записывая и визуализируя эти пути, мы получаем понимание поведения насекомых и эффективности опыления в теплице.

Клубника даёт качественные плоды после минимум четырёх посещений цветка насекомыми. Слишком много посещений может повредить цветы и снизить качество плодов.

Какие насекомые обеспечивают опыление?

Посещения цветков медоносными пчёлами фиксировались в monitored area чаще, чем посещения другими насекомыми. Анализ показал, что 68% зарегистрированных цветков получили минимально необходимые для полного оплодотворения четыре посещения насекомыми за период наблюдения.

Хотя медоносные пчёлы внесли наибольший вклад в опыление, посещения другими насекомыми часто помогали отдельным цветкам достичь желаемого порога в четыре посещения, потенциально повышая урожайность.

Определяя количество, типы и время активности насекомых, необходимые для оптимального опыления, система мониторинга предоставляет фермерам доказательства, необходимые для принятия решений.

Например, знание степени опылённости культуры позволяет фермерам изменять расположение и количество ульев для устранения дефицита опыления.

Фермеры также могут открывать или закрывать боковые стенки теплиц, чтобы поощрять или препятствовать посещениям насекомых с определённых направлений. Они могут решить добавить цветы-аттрактанты, чтобы привлечь насекомых в недостаточно посещаемые участки посадок.

Эти простые меры могут обеспечить более высокий процент успешного опыления и больший урожай плодов рыночного качества. Такое разумное управление насекомыми поможет удовлетворить потребность в обеспечении растущего населения здоровыми продуктами.