پهپادهای خودکار برای نظارت بر حیوانات مزارع

به نظر می رسد اگر مقاله مولی پرایس در CNET اتفاق بیفتد، پهپادها ممکن است به بهترین دوست جدید یک کشاورز تبدیل شوند. پهپادهای خودکاری که می توانند سلامت گاوها را در مرتع نظارت کنند.توسط تیمی از اساتید و محققین دانشجو در دانشگاه کنتاکی (بریتانیا) ساخته شده است. انگیزه این پروژه از آمارهای ارائه شده توسط تیم تحقیقاتی ناشی می شود - 2.5 میلیون گاو در ایالات متحده هر سال به دلیل مسائل بهداشتی می میرند که 60٪ از تلفات گاو را تشکیل می دهد.
بر اساس گزارش موسسه گوشت آمریکای شمالی، صادرات گوشت گاو در سال 2017 به رکورد 7.27 میلیارد دلار رسید، سالی که وزارت کشاورزی آمریکا گزارش داد که شرکت های گوشت آمریکا 26.3 میلیارد پوند گوشت گاو تولید کردند. نوع گاوهایی که تیم امیدوار است نظارت کند، گاوهایی است که در تولید گوشت گاو، صنعت بزرگی در سراسر ایالات متحده و صادرات قابل توجهی هستند.
با توجه به اینکه گاوها برای مدت طولانی در مزرعه چرا می کنند، برای کشاورزان دشوار است که سلامتی هر یک را به طور منظم بررسی کنند. پهپادها یا وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپادها) با ارائه روشی به کشاورزان برای بررسی از راه دور و مستقل موقعیت و سلامت هر گاو کمک می کنند و به آنها اجازه می دهد خیلی زودتر به مسائل بهداشتی و ایمنی گاو رسیدگی کنند.
هدف یک سیستم جدید شناسایی هر گاو، قرار دادن آن در یک مرتع و اندازه گیری اطلاعات حیاتی سلامت مانند وزن، اندازه، ویژگی های صورت و فعالیت بدنی است. سیستم پهپاد خودران در حال توسعه در بریتانیا به طور بالقوه می تواند هر گاو را شناسایی و نظارت کند. این پروژه که تحت کمک مالی وزارت کشاورزی آمریکا تامین می شود، در فوریه 2018 آغاز شد و قرار است تا فوریه 2021 ادامه یابد.
پهپادهای خودکار در کار مزرعه
سیستم چند پهپاد به صورت زیر عمل می کند:
یک پهپاد ناظر 90 تا 270 فوت بالاتر از گله شناور است. این پهپاد از دوربین های استریو رو به پایین برای ردیابی حرکت استفاده می کند. محل و جهت گاو را تعیین می کند.
سه پهپاد کارگری اطلاعات مکان ارائه شده توسط پهپاد ناظر را می گیرند و از آن برای ردیابی یک گاو خاص استفاده می کنند. پهپادهای کارگر سپس وظایف نظارت بر سلامت را انجام می دهند.
در حال حاضر برای آزمایش پهپادهای خودران در پرواز همزمان، تیم یک مرکز پرواز آزمایشی را در آزمایشگاه زیرزمین ساختمان مهندسی مکانیک بدون گاوهای واقعی به جز یک مدل گاوی به نام چاک راه اندازی کرد.
سقف‌های بلند به دوربین‌های مستقر در بالای دیوارها اجازه می‌دهد تا به عنوان پهپاد ناظر عمل کنند و از نشانگرهای بازتابی برای مثلث‌سازی موقعیت هواپیماهای بدون سرنشین و گاو در فضا استفاده کنند. نرم افزاری که توسط یک کامپیوتر مجاور اجرا می شود، اطلاعات را با مختصات و دستورالعمل های پرواز نسبت به جایی که گاو در آن قرار دارد، به هواپیماهای بدون سرنشین کارگر می دهد.
تیمی از دانش‌آموزان هر پهپاد را به عنوان یک اقدام احتیاطی ایمنی به کار می‌گیرند، اما اتوماسیون تقریباً تمام کارها را انجام می‌دهد. کنترل‌کننده هواپیمای بدون سرنشین تنها چند کلید را به برنامه کامپیوتری می‌زند و پهپادها بلند می‌شوند، دور چاک می‌چرخند و فرود می‌آیند، در حالی که او توسط یک سیستم قرقره حرکت می‌کند تا حرکت یک گاو زنده را شبیه‌سازی کند.
زک لیپی، دانشجوی دکترا است که این پروازهای آزمایشی پهپاد را هدایت می کند، می‌گوید: «ما سعی می‌کنیم قبل از اینکه آن را به بیرون ببریم و با گاوهای واقعی کار کنیم، ثابت کنیم که این روش ایمن است. همه چیز کاملاً خودمختار است، اما ما یک سیستم ایمن داریم که در آن خلبانان می توانند اگر اوضاع کمی ناپایدار شود، کنترل را به دست بگیرند.
پهپادهای مورد استفاده پهپادهای 3DR Solo هستند که با Raspberry Pi، یک برد کامپیوتری ارزان قیمت کوچک، و یک دانگل که اتصال بی‌سیم را اضافه می‌کند، اصلاح شده‌اند تا بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. یک برنامه نرم افزاری که این تیم سفارشی کرده است به پهپادها می گوید که چه زمانی مانورهایی را برای برخاستن، شناور شدن، خانه و فرود انجام دهند.
ژست گاو برای دوربین
تکمیل پرواز خودکار پهپاد تنها اولین گام در روند نظارت گاو است. چالش واقعی آموزش پهپادها برای شناسایی یک گاو از گاو دیگر است. یادگیری ماشین و نرم افزار تشخیص چهره در اینجا نقش مهمی ایفا می کند. تیم باید نرم افزار را برای تشخیص اندازه آموزش دهد. شکل و رنگ یک گاو و سپس باید صورت هر گاو را به طور خاص یاد بگیرد. برای انجام این کار، مدل های سه بعدی باید با استفاده از تصاویر واقعی گاوها ساخته شوند.
مایکل سما، دانشیار بیوسیستم و مهندسی کشاورزی، و Ruigang Yang، استاد علوم کامپیوتر، رهبری این بخش از پروژه را بر عهده دارند. آنها مجموعه داده مناسبی از تصاویر را جمع آوری می کنند تا به نرم افزار آموزش دهند که یک گاو چگونه باید باشد. به منظور ثبت تصویر 360 درجه از یک گاو، این تیم چیزی شبیه یک غرفه عکس گاو ساخته است. این یک آغل استاندارد گاو است، اما با 40 دوربین که به طور مساوی در اطراف آن قرار گرفته اند پوشیده شده است. یک گاو به داخل قلم هدایت می‌شود و هر دوربین به طور همزمان یک تصویر می‌گیرد و مجموعه‌ای از عکس‌ها را از بیش از 40 زاویه ایجاد می‌کند تا یک مدل گاو سه‌بعدی ایجاد کند که نرم‌افزار می‌تواند از آن استفاده کند تا بفهمد چه چیزی را باید در میدان جستجو کرد. این غرفه عکس هنوز با گاوهای واقعی آزمایش نشده است، اما با دوربین‌های کار سریع، تیم تخمین می‌زند که می‌تواند تصاویر 360 درجه از 50 گاو در روز بگیرد.
آیا پرواز پهپاد می تواند استرس ایجاد کند؟
این تیم همچنین باید اطمینان حاصل کند که هیچ گونه اثرات نامطلوب یا استرس ناشی از پرواز پهپاد بر روی گاو وجود نخواهد داشت. اگر پهپادها ضربان قلب گاوها را بالا ببرند، این داده ها تصویر دقیقی از سلامت روزمره گاو ارائه نمی دهند.
آزمایشاتی برای آزمایش واکنش گاوها به پروازهای پهپاد از قبل آغاز شده است. این تیم هواپیماهای بدون سرنشین را در مرکز تحقیقات حیوانات دانشگاه، مزرعه ای در نزدیکی ورسای، کنتاکی، که گاوهای واقعی را به عنوان بخشی از مرکز تحقیقات تولید گوشت گاو نگهداری می کند، پرواز می دهند. جاش جکسون، استادیار توسعه بیوسیستم و مهندسی کشاورزی، که متخصص مقیم در رسیدگی به دام و نظارت بر سرنخ های حیاتی است، سرپرستی این بخش از پروژه را بر عهده خواهد داشت.
نظارت بر سلامت فعلی که این تیم برای جمع‌آوری اطلاعات در مورد گله از آن استفاده می‌کند، یک بند پایش ضربان قلب به اندازه گاو است، دقیقاً شبیه آنچه یک ورزشکار انسانی در تمرین از آن استفاده می‌کند. هر نمایشگر ضربان قلب و مکان یاب GPS به ایمیل شخصی و دستگاه تلفن همراه گاو متصل است. این گاوها هر کدام یک تلفن دارند و ایمیل برای مطابقت با گاو که نظارت می کند شماره گذاری شده است و گاو همه آن وسایل را در یک قلاده مخصوص حمل می کند. جاش می گوید چنین سیستم هایی گران هستند و مدیریت آنها دشوار است. تیمی از پهپادها می توانستند بهتر عمل کنند.
تیم باید مطمئن باشد که گله می‌تواند پرواز هواپیماهای بدون سرنشین را در اطراف خود تحمل کند. به مدت سه روز در هفته، تیم پنج پرواز آزمایشی 5-10 دقیقه ای در روز انجام می دهد و به گاوها چهار روز استراحت می دهد. جسی هوگ، دونالد و گرترود لستر، پروفسور مهندسی مکانیک و محقق اصلی این پروژه، می‌گوید: «یکی از نکات کلیدی در مورد استفاده از پهپادها در اطراف حیوانات برای نظارت بر سلامت این است که باید بفهمیم چقدر می‌توانیم به آنها نزدیک شویم و چگونه می‌توانیم مانور دهیم. اطراف آنها به منظور جلوگیری از هر گونه عوارض نامطلوب.
تا کنون ضربان قلب در میان گله‌هایی که با هواپیماهای بدون سرنشین دور آن‌ها حلقه زده‌اند افزایش نمی‌یابد یا نشانه‌هایی از استرس را نشان نمی‌دهد.
آینده مزرعه روستایی با فناوری پهپاد
دکتر استیون تامسون، رهبر برنامه ملی مؤسسه ملی غذا و کشاورزی USDA، در مورد اهمیت پروژه حمایت شده از وزارت کشاورزی ایالات متحده آمریکا می گوید: "این تلاش یکی از اولین اقداماتی است که سلامت یک گله دام را به سرعت بررسی می کند." گفت تامسون. «سیستم‌های تصویربرداری هوایی بدون سرنشین از مزایای نظارت بر مناطق وسیعی از دام‌ها برخوردارند، درست مانند آنچه که قبلاً برای نظارت بر سلامت محصولات انجام می‌دهند. این روش یک روش مقرون به صرفه برای نظارت بر شاخص های کلیدی سلامت دام با استفاده از حسگرها و تصویربرداری است.
اگرچه این پروژه هواپیمای بدون سرنشین خودمختار هنوز سال‌ها با تکمیل شدن فاصله دارد، اما زمانی که تکمیل شود، اثباتی بر مفهوم بهبود کارایی در مزرعه و سبک کردن کار فیزیکی کشاورزان گله کوچک خواهد بود.
هوگ گفت: «امید این است که روزی فناوری‌ای که ما در این پروژه توسعه می‌دهیم بتواند در واقع تجاری شود و توسط تولیدکنندگان گاوهای کوچک گله در ایالت کنتاکی، ایالات متحده به طور کلی و احتمالاً در سراسر جهان استفاده شود.
منبع:dronebelow.com