細部にまでこだわる
農家は人工知能に頼って生産を向上させています
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地球の表面の 1,500 万平方キロメートルは農地で覆われています。 国連食糧農業機関によれば、ヨーロッパにも北米にも農業拡大の余地はあまりない。 人口は現在の 76 億人から 2050 年には驚異の 98 億人まで増加すると予想されており、農家は利用可能な農地での作物収穫量を増やすためにテクノロジーに目を向けています。
農家は、GPS 対応トラクターやロボット収穫機から、水分センサーやスマート灌漑システムまで、さまざまな技術を組み合わせて収穫量を増やしています。 これらのテクノロジーに共通する点は何か? データ。
農家は大量のデータを持っています。 それらのフィールドは GPS マッピングされています。 彼らのトラクターにはセンサーとカメラが搭載されています。 彼らの畑には土壌水分センサーがあります。 彼らは土壌タイプのデータ、天気データ、そしてさまざまな環境でどのタイプの種子が最もよく育つかのデータさえ持っています。
これだけのデータがあっても、発電所のパフォーマンスに関しては盲点が存在します。 農場は規模が大きすぎるため、テクノロジーを使わずに農家が個々の植物の健康状態を監視するのは不可能です。 そのため、多くの農家が航空写真を利用した精密農業に目を向けています。
「畑全体を歩くのは時間がかかりますが、航空写真はシーズン中の洞察と、翌年の作物を改善するために何を変更すればよいかというシーズン終了時のガイダンスの両方に必要な詳細な情報を提供します。」 これらのアプリケーションに関しては、農学的な観点から多くの研究開発が行われています。」
航空写真は、農家が生育期に適切な行動をとるために必要な、植物ごとの詳細を実現できます。 畑の中で雑草がどこに生えているかを特定することで、例として、農家はその所在地にだけ除草剤のアプリケーションを限定できます。畑全体に散布する必要はありません。
画像提供:ガマヤ
農家は自分の土地について深い理解を持っていますが、データサイエンティストではありません。 そのため、農家は空中画像によって生成されるテラバイト級のデータを解読しようとする代わりに、画像解析企業とパートナーを組んでいます。 これらの企業は、生のデータを農家が農場で実行できる推奨事項に変換することに特化しています。
これらの企業は、ドローン、有人飛行機、さらには衛星を使って、衛星のメートル毎ピクセルから低空飛行の航空機のセンチメートル毎ピクセルまで、さまざまな解像度で画像を取得します。 使用されるセンサーのタイプもさまざまであり、それぞれが異なるタイプの分析のためのデータを提供します。
IntelinAir は、航空画像分析を専門とする米国拠点の精密農業企業で、有人飛行機を使って畑の画像を撮影しています。 可視カメラ、近赤外線(NIR)カメラ、サーマルカメラを組み合わせて活用します。 栽培シーズンを通じて画像を撮影し、農家に特定の時点のスナップショットを提供し、長期的な計画のための傾向データを収集し、農家に問題を警告して、どこで行動を起こすべきかを知らせます。
「熱画像は土壌水分プロファイルを理解するのに役立ち、一方、NIRカメラは畑のストレスや健康状態を示すことに重点を置いています。 土壌水分と作物の健全性の傾向が分かれば、シーズン中に農家に、農作業の管理で何を優先すべきかの指針を与えることができます。」
気象観測所や地上センサーからのデータの利用に加えて、スイスの精密農業企業 Gamaya は、衛星や カスタムドローンでハイパースペクトル画像を取得します。 ハイパースペクトル画像は、追加の光帯域を使用して植物内の特定の特徴を検出します。
「ハイパースペクトル画像により、植物の生理学的状態の詳細な診断が可能になります」とガマヤのCEO、ヨセフ・アクトマン氏は述べています。 植物が太陽光と相互作用する方法はその代謝の重要な部分を形成し、その生理学と反射特性との間に密接な関係を{result}します。
農家は、データ収集に使用された方法よりも、最終報告書にはるかに興味を持っています。 タブレットやPC経由で配信されるこれらのレポートは、農家にどこに注意を集中すべきかを伝えます。 彼らは、広大な畑の中の孤立した数本の植物に生じた問題を正確に特定し、農家にその原因を伝えることができます。 雑草が生えてきたら除草剤を使うことができます。 ストレスの原因が毛虫である場合、農家は害虫がさらに広がる前にその部分に農薬を散布することができます。 植物がさび病などの病気にかかっている場合は、殺虫剤の代わりに殺菌剤が処方されます。
しかし、精密農業企業はどのようにして生の画像を最終報告書に含まれる正確な処方箋に変換するのでしょうか? 新芽の作物は、何エーカーもの土壌に広がる小さな緑の斑点です。 畑でトラクターを運転しているときに雑草を見つけるのは十分に難しいのに、空から雑草を見つけるのはどうすればできるのでしょうか?
ここでコンピューター ビジョンと人工知能 (AI) が役立ちます。 コンピューター ビジョンと AI は、大量の画像データを分類し、雑草の発生など特定の問題と相関関係にあるパターンを検出するために使用されます。
「多くの場合、望ましくない植物は、特に人間の目で認識される RGB 色空間では、実際の作物と非常によく似ているように見えることがあります。 雑草と作物の違いは、スペクトル特性と形態特性の微妙な組み合わせで現れます。 これにより、AI駆動型のソリューションに最適な候補となります。」
AI は精密農業を意思決定農業に変えています。 AI は植物のストレスを示すパターンを見つけ、その原因を診断します。 結果は、農家が問題に対処し、正確な量の投入物を使用するのに役立ちます。 農家は、害虫駆除のために毎年農場全体に農薬を散布する代わりに、害虫が発生した地域に努力を集中させることができます。 同様に、農家は窒素を必要な場所にのみ施用することで、必要な肥料の量を減らすことができます。
"私たちは、その大きさのためにほとんど目に見えない早期シーズンの植生を識別するアルゴリズムを使用し、異常に高いまたは異常に低いストレスを特定する健康スコアと異常検出アルゴリズムを生成します」とローズは説明します。 アルゴリズムはパターン認識や問題および現場の傾向を特定するために機械学習に依存しています。 これらのアルゴリズムは、農家が取るべき行動をランク付けし、優先順位を付けることができるように指標を生成します。」
大規模農場では、精密農業によって、全体的な収穫量を向上させるために最も注意を払うべき場所がわかります。 小規模農家にとって、これは例外的な管理によって農家が管理する畑から最大限の成果を得るのに役立ちます。
今後数年で、コンピュータビジョン、機械学習、ロボティクスがますます融合し、生産者がより多くの食料をより効率的に生産し、その過程でより大きな経済的利益を得られるよう支援します。
精密農業は農家の利益に繋がるだけでなく、地球にとっても良いことです。 肥料の使用量を減らすことは、農家の費用を節約するだけでなく、広大な農地からの窒素の流出も減少させます。
"可変施肥アプリケーションは、これまでも、そしてこれからも精密農業において有望な分野であり続けるでしょう」とラック教授は説明します。 「シーズン中のセンサーベースの反応性窒素管理により、窒素利用効率を向上させることができます。 作物が黄色っぽい色をしている場合(つまり、窒素不足)、センサーがそれを検知し、可変施肥スプレーヤーにこの所在地でより多くの窒素を散布して不足を補うよう指示します。 畑の濃い緑の部分に行くと、アルゴリズムが窒素の量を減らします。」
投入量を減らしながら収量を増やす: 肝心なのは、環境への影響を最小限に抑えながら、地球上の増加する人口を養うために、高品質で栄養価の高い農産物を農家が供給できるかどうかです。
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