近30年的中國設(shè)施農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，外出務(wù)工，留在家里種田的人數(shù)呈下降趨勢，如何用“機(jī)器代替人力”成為最新熱點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)數(shù)據(jù)感知環(huán)節(jié)中作物圖像和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確采集，郭偉、吳華瑞、朱華吉研究設(shè)計(jì)了多自由度溫室圖像采集和環(huán)境監(jiān)測機(jī)器人系統(tǒng)。它由機(jī)器人感知中心、決策中心和執(zhí)行中心三部分組成，分別用于從機(jī)器人的角度感知環(huán)境、分析數(shù)據(jù)、生成決策指令和執(zhí)行動作。實(shí)現(xiàn)傳感層多角度圖像、實(shí)時視頻和監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確網(wǎng)格化采集，為農(nóng)作物多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的精細(xì)融合奠定基礎(chǔ);監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和控制指令通過傳輸層的無線網(wǎng)橋匯聚到本地?cái)?shù)據(jù)中心;數(shù)據(jù)處理層通過作物基本模型分析進(jìn)行控制指令反饋信息，同時對上傳的圖像進(jìn)行預(yù)處理;最后，在應(yīng)用層提供web和手機(jī)上的智能服務(wù)。

郭偉、吳華瑞、朱華吉研究設(shè)計(jì)了一種多自由度溫室圖像采集與環(huán)境監(jiān)測機(jī)器人系統(tǒng)。它由機(jī)器人感知中心、決策中心和執(zhí)行中心三部分組成，分別用于從機(jī)器人的角度感知環(huán)境、分析數(shù)據(jù)、生成決策指令和執(zhí)行動作。實(shí)現(xiàn)傳感層多角度圖像、實(shí)時視頻和監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確網(wǎng)格化采集，為農(nóng)作物多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的精細(xì)融合奠定基礎(chǔ);監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和控制指令通過傳輸層的無線網(wǎng)橋匯聚到本地?cái)?shù)據(jù)中心;數(shù)據(jù)處理層通過作物基本模型分析進(jìn)行控制指令反饋信息，同時對上傳的圖像進(jìn)行預(yù)處理;最后，在應(yīng)用層提供web和手機(jī)上的智能服務(wù)。

機(jī)器人系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。

(1)多源數(shù)據(jù)精準(zhǔn)獲取，通過四自由度動態(tài)監(jiān)測，運(yùn)動誤差低于2.2 cm。實(shí)現(xiàn)監(jiān)測半徑80%的覆蓋率，為生產(chǎn)和科研人員農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析提供更加精細(xì)地?cái)?shù)據(jù)采集方式;環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化采集，精確度達(dá)到溫室內(nèi)每個試驗(yàn)區(qū)。

(2)實(shí)現(xiàn)多類終端遠(yuǎn)程全天候?qū)崟r管控，生產(chǎn)農(nóng)戶和科研專家可以隨時隨地觀察種植現(xiàn)場情況。

(3)操作簡潔實(shí)用，輸入語音實(shí)現(xiàn)自動指令自動發(fā)送，解決部分農(nóng)戶操作不便的問題。

(4)自動提取現(xiàn)場病害圖片，通過系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理，結(jié)合后臺深度學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)對番茄百分病的識別。

(5)實(shí)現(xiàn)無人巡檢，機(jī)器人根據(jù)預(yù)先設(shè)定的觀測區(qū)域?qū)崿F(xiàn)周期性移動監(jiān)測。一方面減少園區(qū)人力成本投入，另一方面實(shí)現(xiàn)夜間巡檢，保證了溫室現(xiàn)場安全。

本研究在多自由度監(jiān)測基礎(chǔ)上，通過后端平臺數(shù)據(jù)賦能，完成簡單的定點(diǎn)觀測、自動巡檢和預(yù)警任務(wù)，但在現(xiàn)場智能服務(wù)方面，還有很大的擴(kuò)展空間，后續(xù)將在以下三個方面進(jìn)行優(yōu)化。

(1)在機(jī)器視覺目標(biāo)檢測方面，通過實(shí)時對接農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中心，搭載作物病害識別算法[31-33]，實(shí)現(xiàn)對病斑的實(shí)時識別，將通過業(yè)務(wù)服務(wù)器分析識別結(jié)果，向用戶反饋病害信息、防治方法、推薦藥物乃至購買鏈接。

(2)在用戶使用過程中，記錄操作指令與設(shè)備三維坐標(biāo)，操作數(shù)據(jù)信息和運(yùn)動過程，歸納不同類型用戶使用習(xí)慣，形成歷史數(shù)據(jù)集，結(jié)合溫室尺寸、種植作物類型、種植方案，并基于習(xí)慣進(jìn)行巡檢方案自更新，實(shí)現(xiàn)溫室作物種植全生命周期精準(zhǔn)觀測。

(3)作為智控的一個重要結(jié)構(gòu)單元，與溫室內(nèi)各類電氣設(shè)備、傳感器、控制終端、傳輸節(jié)點(diǎn)以及各類機(jī)器人共同形成人工智能管控體系，根據(jù)作物生長環(huán)境需求進(jìn)行智能作業(yè)。