边缘计算发论文 孙坦研究员团队：用于边缘计算设备的果树挂果量轻量化估测模型（《智慧农业(中英文)》2023年第2期）

引用格式：夏雪, 柴秀娟, 张凝, 周硕, 孙琦鑫, 孙坦. 用于边缘计算设备的果树挂果量轻量化估测模型[J]. 智慧农业(中英文), 2023, 5(2): 1-12. DOI：10.12133/j..

:XIA Xue, CHAI , ZHANG Ning, ZHOU Shuo, SUN Qixin, SUN Tan. A fruit load model for edge [J]. Smart , 2023, 5(2): 1-12. DOI：10.12133/j..

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用于边缘计算设备的果树挂果量轻量化估测模型

夏雪1， 柴秀娟1， 张凝1*， 周硕1， 孙琦鑫1， 孙坦2*

（1.中国农业科学院农业信息研究所/农业农村部农业大数据重点实验室，北京 ；2.中国农业科学院，北京 ）

摘要：［目的/意义］挂果量是果树栽培管理的重要指标。传统人力抽样估测果树挂果量的方法不仅耗时费力，而且容易产生较大误差。本研究提出一种用于边缘计算设备的轻量化模型，实现视频中树上柑橘挂果量的自动估测。［方法］该模型采用+PAFPN结构作为特征提取网络，实现更快的推理速度和更低的模型复杂度，在果实跟踪过程中引入Byte算法改进的数据关联策略，对视频中的柑橘进行预测跟踪，以提升挂果量估测准确性。［结果和讨论］在边缘计算设备 AGX上进行模型性能测试结果表明，本研究所建模型对柑橘挂果量的平均估测精度（ ，AEP）和处理速度（ Per ，FPS）分别达到91.61%和14.76，模型估测值与人工测得真实值的决定系数R2为0.9858，均方根误差（Root Mean Error，RMSE）为4.1713，模型参数量、计算量（ Point ，FLOPs）和模型大小分别为5.01 M、36.44 G和70.20 MB，展现出较对比模型更优的挂果量估测性能和更低的模型复杂度。［结论］试验结果证明了本研究所建模型在边缘计算设备上对柑橘挂果量估测的有效性，基于算法模型研发的果园挂果量远程监测系统可满足用于果园移动平台行进状态下的果树挂果量估测需求。本研究可为果园生产力自动监测分析提供技术支持。

关键词： 精准园艺；挂果量估测；边缘计算；深度学习；多目标跟踪；轻量化模型

文章图片

图1 广西壮族自治区南宁市江南区柑橘果园

Fig. 1 in ， city，

图2 果实标注工具

Fig. 2 Fruit tools

图3 果树挂果量估测算法处理流程图

Fig. 3 Flow chart of for fruit load

图4 柑橘果实检测与ReID特征提取网络结构图

Fig. 4 of fruit and ReID

图5 柑橘果实检测分支得到的中心热图、中心偏移量和边界框尺寸示意图

Fig. 5 of the heat map，local and size from the fruit

图6 柑橘果实跟踪流程图

Fig. 6 The for fruit

图7 不同模型柑橘果实检测效果对比

Fig. 7 of fruit of

图8 柑橘果园挂果量远程监测系统运行图

Fig. 8 of the fruit load of

图9 挂果量算法估测值与人工测得真实值拟合结果

Fig. 9 of the fruit loads from and the truth

通信作者简介

孙坦，男，管理学博士，二级研究员，博士研究生导师，现任中国农业科学院副院长。目前主要担任的专业职务：国际图书馆联合会(IFLA)信息技术专业委员会委员，中国图书馆学会常务理事、学术委员会委员、资源建设与共享专业委员会副主任，国家科技图书文献中心数据研究管理中心主任。主要研究方向是数字信息描述与组织、智慧农业，近年来主持国家科技支撑计划重点项目和国家社科基金项目等近10项国家及部委级研究项目，在专业核心期刊发表学术论文90余篇，参编与主编专著6部。2005年荣获国务院政府特殊津贴，2014年被评为“全国优秀科技工作者”。

张凝，工学博士，中国农业科学院农业信息研究所副研究员，中国农业科学院青年英才计划培育工程所级入选者。长期致力于多模多尺度视觉图像处理及面向农业复杂背景的目标识别等算法的研究工作，在天、空、地多尺度图像识别与理解，基于视觉的动植物表型分析、病虫害及养分胁迫诊断等理论方法和关键技术上形成突出成果；近五年，主持或参与国家自然科学基金、国家博士后基金、中欧龙计划等科研项目20余项，发表SCI/EI高水平学术论文20余篇，获批授权国家发明专利5项，获第十三届梁希林业科学技术奖科技进步奖二等奖1项。