Haniaethol
Mae chwyn mewn caeau mefus yn atgenhedlu'n gyflym, gan amddifadu eginblanhigion mefus o faetholion a golau, cynyddu tymheredd amgylcheddol lleol, a gwasanaethu fel gwesteiwyr canolradd ar gyfer plâu a chlefydau, gan gyflymu eu presenoldeb a'u lledaeniad. Er mwyn mynd i'r afael â mater rheoli chwyn wrth dyfu eginblanhigion mefus, mae'r papur hwn yn dylunio robot chwynnu laser ymreolaethol ar gyfer caeau mefus yn seiliedig ar DIN-LW-YOLO. Yn gyntaf, trwy sefydlu setiau data o feysydd mefus mewn amgylcheddau amrywiol, rydym yn cynnig DIN-LW-YOLO: dull canfod ar gyfer llywio pibellau dyfrhau diferu a chwynnu laser, a all ganfod eginblanhigion mefus, chwyn, pibellau dyfrhau diferu, a phwyntiau twf chwyn mewn- mewn amser real. Mae'r model yn llunio pennau rhagfynegi ar fapiau nodwedd cydraniad uchel o YOLOv8{{{-}pose. Ychwanegir modiwl sylw LCA cyn y pen rhagfynegi a'r modiwl Pŵlio Pyramid Gofodol (SPPF) i ddal perthnasoedd pâr lefel picsel. Mae'r dull hwn yn gwneud defnydd gwell o wybodaeth fanwl o fapiau nodweddion bas, gan wella'r broses o ganfod targedau bach. Yn ogystal, defnyddir convolutions anffurfadwy i ddal nodweddion targed yn addasol, gan ddisodli'r ail gydffurfiad yn strwythur tagfa'r modiwl ymasiad nodwedd, gan wella'r broses o ganfod targedau pibellau dyfrhau diferu hir. Nesaf, mae DIN-LW-YOLO wedi'i integreiddio i'r robot chwynnu laser. Mae'r system reoli yn pennu'r llwybr llywio yn seiliedig ar led y bibell dyfrhau diferu ar gyfer rheoli adborth ac yn gosod y targed laser trwy gael cyfesurynnau pwyntiau twf chwyn o'i gymharu ag eginblanhigion mefus a phibellau dyfrhau diferu, gan gyflawni gweithrediadau chwynnu laser ymreolaethol. Mae canlyniadau profion yn dangos bod model DIN-LW-YOLO yn dangos perfformiad adnabyddiaeth gref ar ddata maes mefus o dan wahanol amgylcheddau a chamau twf. Cywirdeb cyfartalog y model (mAP) mewn canfod targed rhanbarthol a phwynt yw 88.5% a 85.0%, yn y drefn honno, gan wella 1.9% a 2.6% o'i gymharu â'r model gwreiddiol, gan fodloni gofynion gweithredu amser real y robot chwynnu laser ymreolaethol. Mae canlyniadau profion maes yn nodi cyfraddau rheoli chwyn ac anafiadau eginblanhigion o 92.6% a 1.2%, yn y drefn honno, yn bodloni gofynion agronomig ar gyfer chwynnu mecanyddol mewn caeau mefus. Mae'r canfyddiadau'n cyfrannu at ddylunio offer amaethyddol deallus ac yn hyrwyddo cymhwyso gweledigaeth peiriant wrth amddiffyn cnydau mefus.
Rhagymadrodd
Mae mefus yn blanhigion llysieuol lluosflwydd o'r teulu Rosaceae, sy'n cael eu lluosogi'n llystyfol fel arfer trwy stolonau. Mae -planhigion mefus sy'n tyfu'n isel yn agored iawn i chwyn amgylchynol mewn amgylcheddau meithrin a chae. Mae chwyn egnïol nid yn unig yn cystadlu am faetholion a golau, gan gynyddu'r tymheredd amgylcheddol lleol, ond hefyd yn gwasanaethu fel gwesteiwyr canolradd ar gyfer plâu a chlefydau, gan gyflymu eu lledaeniad. O ganlyniad, mae rheoli chwyn yn effeithio'n uniongyrchol ar gynnyrch ac ansawdd mefus. Mae chwynladdwyr sy'n dod i'r amlwg cyn{5}} ac ar ôl- sy'n cael eu cymhwyso'n gyffredin yn effeithio'n negyddol ar gynnyrch, yr amgylchedd ac iechyd gweithwyr (Huang et al., 2018). Mae Rabier et al. (2017) fod chwynwyr mecanyddol yn llai effeithiol na chwynladdwyr, gan na all chwynwyr confensiynol (ee hoes, llafnau cylchdro) dargedu chwyn o fewn-rhesi yn benodol. Yn ogystal, gall tarfu ar bridd o ganlyniad i dir niweidio organebau pridd buddiol, fel pryfed genwair, ac arwain at erydiad pridd a thrwytholchi maetholion (Chatterjee & Lal, 2009). Mae pryderon ynghylch dulliau rheoli chwyn presennol yn tanlinellu'r angen am atebion arloesol, ac ymhlith y rhain mae rheoli chwyn yn seiliedig ar laser yn addo (Tran et al., 2023).
Ym maes rheoli chwyn ar sail laser, mae datblygiadau amrywiol wedi ysgogi datblygiad y dechnoleg yn raddol. Roedd Heisel et al. (2001) arloesodd y defnydd o drawstiau laser i dorri coesynnau chwyn ar gyfer rheoli chwyn. Yn ddiweddarach, roedd Mathiassen et al. (2006) astudiaeth fanwl o effeithiau triniaeth laser ar atal chwyn, gan ganfod bod amlygiad laser i meristemau apical chwyn yn lleihau twf yn sylweddol a'i fod yn angheuol i rai rhywogaethau o chwyn. Mae Nadimi et al. (2009) ddyfais prawf chwynnu laser i efelychu targedu chwyn yn ddeinamig. Yn dilyn hynny, mae Marx et al. (2012) yn arbrofol bod rheolaeth chwyn effeithiol yn gofyn am CNC (Rheoli Rhifyddol Cyfrifiadurol) targedu meristemau yn fanwl gywir, tra bod Ge et al. (2013) a Xuelei et al. (2016) pob cysyniad braich robotig arfaethedig ar gyfer chwynnu laser. Arsa et al. (2023) wedi cyflwyno rhwydwaith niwral convolutional gyda phensaernïaeth amgodiwr i ganfod pwyntiau twf chwyn, gan amlygu arwyddocâd ac ymarferoldeb canfod twf-pwyntiau ar gyfer targedu laser manwl gywir yn y dechnoleg hon. Gyda'i gilydd, mae'r astudiaethau hyn wedi datblygu technoleg rheoli chwyn yn seiliedig ar laser yn systematig ar draws gwahanol ddimensiynau.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, i fynd i'r afael â heriau chwynnu caeau, mae ymchwilwyr wedi defnyddio technegau dysgu dwfn ar gyfer canfod chwyn mewn caeau cnydau. Mae Gao et al. (2020) datblygu dull gan ddefnyddio rhwydwaith niwral troellol dwfn (CNN) seiliedig ar YOLOv3 i wahaniaethu rhwng betys siwgr a chwyn, tra bod Jabir et al. (2021) cymhwyso pedair saernïaeth rhwydwaith-Detectron 2, EfficientDet, YOLO, a Faster R-CNN-i wahaniaethu rhwng tegeirianau a convolvulus, gan ddewis y strwythur mwyaf addas ar gyfer canfod chwyn. Roedd Chen et al. (2022) gwella model YOLOv4 trwy ymgorffori'r modiwl SE fel yr haen resymeg yn SPP ac ychwanegu cronni pwysigrwydd lleol, mynd i'r afael â'r amrywiad mewn meintiau targed a gwella'n sylweddol effeithlonrwydd adnabod chwyn a chywirdeb mewn meysydd sesame. Roedd Visentin et al. (2023) yn dangos system chwynnu robotig ymreolaethol hybrid a gyflawnodd chwynnu deallus ac awtomataidd. Mae Shao et al. (2023) mynd i'r afael â materion cymhleth mewn meysydd paddy-megis adlewyrchiad dŵr, cefndir pridd, twf gorgyffwrdd, a goleuadau amrywiol-trwy gynnig model dysgu dwfn gwell, GTCBS-YOLOv5s, i nodi chwe math o chwyn. Roedd Fan et al. (2023) creu model canfod a rheoli chwyn integredig gan ddefnyddio'r modiwl CBAM, strwythur BiFPN, ac algorithm rhyngosod deilaidd. Roedd Xu et al. (2023) cyflwyno dull newydd sy'n cyfuno mynegeion lliw gweladwy â dull segmentu enghreifftiau yn seiliedig ar bensaernïaeth datgodiwr amgodiwr, gan fynd i'r afael yn effeithiol â'r her o ganfod a segmentu chwyn yn gywir ymhlith cnydau ffa soia sydd wedi'u plannu'n ddwys. Mae Liao et al. (2024) yn cynnig model Rhwydwaith Strip Convolutional Network (SC-Net), gan gyflawni sgoriau MIOU o 87.48 % ac 89.00 % ar eginblanhigion reis wedi'u teilwra a setiau data amaethyddol cyhoeddus, gan ddangos cywirdeb a sefydlogrwydd uchel. Roedd Ronay et al. (2024) gwerthuso perfformiad SMA o ran amcangyfrif cwmpas chwyn ar wahanol gamau twf yn ogystal ag mewn cydraniad sbectrol a gofodol. Datblygodd Rai a Sun (2024) bensaernïaeth dysgu dwfn un cam sy'n gallu ffinio lleoleiddio blychau a segmentu chwyn ar lefel picsel mewn delweddau synhwyro o bell a gaffaelwyd gan UAV.
I grynhoi, mae ymchwil gyfredol yn canolbwyntio'n bennaf ar wahaniaethu rhwng cnydau a chwyn. Fodd bynnag, ar gyfer chwynnu laser mewn caeau mefus, mae'n hanfodol nid yn unig adnabod chwyn ond hefyd i ganfod pibellau dyfrhau diferu a lleoleiddio cyfesurynnau pwynt twf chwyn i alluogi gweithrediadau chwynnu manwl gywir. Mae defnyddio pibellau dyfrhau diferu ar gyfer llywio maes yn ychwanegu ymarferoldeb at fodel rhwydwaith sengl, gan wneud y gorau o adnoddau cyfrifiadurol. Serch hynny, mae meintiau amrywiol planhigion mefus, pibellau dŵr main, ac amodau cymhleth, megis gorgyffwrdd rhwng eginblanhigion a phibellau mefus, yn ogystal â chwyn wedi'i glystyru'n ddwys, yn cyflwyno heriau sylweddol i echdynnu a dysgu nodweddion chwyn yn gywir, eginblanhigion mefus, pibellau dyfrhau, a phwyntiau twf chwyn mewn caeau mefus.
Yn seiliedig ar y cyd-destun uchod, nod yr astudiaeth hon yw: (1) sefydlu set ddata sy'n cwmpasu amodau a chamau twf amrywiol ar gyfer caeau mefus, pibellau dyfrhau diferu, chwyn, a phwyntiau twf chwyn; (2) cynnig model DIN-LW-YOLO i ganfod caeau mefus, pibellau dyfrhau diferu, chwyn, a phwyntiau twf chwyn yn gywir; (3) datblygu system reoli yn seiliedig ar fodel DIN-LW{-YOLO-i reoli-llywio amser real a thargedu laser ar gyfer y robot chwynnu; a (4) cynnal treialon maes trwy ddefnyddio'r robot chwynnu laser mewn caeau mefus i werthuso ei berfformiad chwynnu laser ymreolaethol o dan amodau maes go iawn.
