新火種
2023-11-28 
AI+農業，四名大學生創造分桃新玩法
AI+農業，四名大學生創造分桃新玩法
眼下正是桃子成熟上市的時節，遠近聞名的平谷大桃，在超市常常被搶購一空。桃子有大有小，有的紅透了，有還泛著白。上市之前，果農們往往要耗費許多心力，人工將桃子按照大小、顏色、品相等不同等級分揀出來。如今，北京工業大學的四位大學生，第一次嘗試用人工智能（AI）技術分揀桃子，幫助60歲的桃農完成了現場場分桃，將果農從繁瑣的人力中解放出來。
家住北京市平谷區的桃農劉連全最近很高興，嘴邊常常帶著笑意，眼角的皺紋擠在一起，活像兩把打開的扇子。
他和58歲的老伴共同打理著自家地里的30畝果田。每年的6月中旬到10月底，是1200多棵桃樹成熟豐收的時期。
今年，除了桃子喜獲豐收，令劉連全額外高興的是收獲了一臺智能大桃分揀機，“當我第一次看到儀器時，就對它抱有很大期望?！?/p>
劉連全口中的分揀機是由北京工業大學四名自動化專業的大學生制造的，他們將自動化技術與AI（人工智能）深度學習結合起來，用分揀機幫助果農解決了人力挑揀的難題。
平谷大桃用上AI技術
桃農與四位工大學生
今年暑假，劉雪峰和他的三位同學去平谷桃園游玩，看到大量桃農在分揀桃子的繁忙場景時，開始關注到這個挑選難題。
“我們發現整個桃子分類過程都依賴人工，需要投入大量資金，就覺得這個過程有待優化。
桃農手工選桃
據了解，每一個成熟的桃子從采摘到分裝上車，要經過解袋、挑揀及分裝三道工序。采購商們按大、中、小三類標準，以不同的價格從果農手中收走桃子。其中，僅僅分揀桃子這一個工序就要耗費果農們三分之一的時間。
雇工正在幫助桃農分揀桃子
而桃農劉連全和58歲的老伴每天夜里一兩點就得起身到地里忙活，并且每年都要雇傭四、五個工人一起分桃，才能使1200棵桃樹的產量不會錯過上市時間。
雇工每人每小時20元，整個六月中旬到十月底都要馬不停歇地不斷分揀。據了解，“分桃”占桃農每天三分之一的工作時間，如果按每天三小時、最低雇傭四個工人來算，一年僅花在“分揀”這一道工序的費用就在三萬左右，這對桃農來說確實是一筆不小的數額。
人工智能分揀機正在分揀大桃
自動化專業出身的劉雪峰們希望利用自己所學的知識去解決這個過程，使分類更精準一些，于是，四人相約開始嘗試制作智能分揀機。
桃農使用機器
兩個月后，第一臺智能大桃分揀機就擺在了劉連全面前，“分揀機準確率和可靠性雖不及人工80％的水平，卻也解決了人力挑揀的大難題，省去不少財力物力?！?/p>
從實驗室走向果園
AI機器全貌
整個設計流程，首先需要構建識別系統。聯想到百度的人臉識別技術，周忠祥決定嘗試用圖像識別做“桃臉識別”。對人工智能并不在行的他，通過百度深度學習開源平臺paddlepaddle提供的分類模型，建立了大桃識別系統。
AI機器已學習6400張桃子圖片信息
智能系統在學習了分類后的6400張大桃照片后，依據桃子的大小、顏色分布等不同圖片信息，構建桃子特征模型庫，形成機器自身的分類邏輯。
機器學習的過程，首先經過人工分類，按果農分出的三個等級給桃子錄取照片。其次，將編號一、編號二、編號三的分類號錄入系統構建模型庫。最后分揀機就依據圖像識別技術，對每個經過“暗箱”的桃進行拍照匹配。
陽面光照多的鮮桃紅透了
在顏色方面，按照果農實際經驗的一般分類法，大桃分為陽面和陰面，陽面受光照較多，桃皮呈紅色，如果紅色面積占比超過百分之八十就能算好桃了。
識別系統在后期會通過持續的深度學習，不斷接近果農的實際經驗，最終能夠像經驗豐富的桃農一樣進行比對，然后得到分類的結果。
實驗室一角
周忠祥還記得，整個分揀機的實驗過程并不如預計的那般順利，“甚至一次直接將桃打碎?！弊鳛閳F隊的負責人，周忠祥承擔了分揀機設計中的多方面任務，每當遇到攻克不下的技術難題時，他都需要花費更多的精力重新思考決策。
專為大桃設計的凹面傳送帶
此外，制作傳送帶的靈感則來源于對可口可樂公司流水線的觀察，改進后的傳送面專為大桃設計，不同于日常平整光滑的傳送面，其表明均勻地分布著一個個凹坑，當一籃筐大桃灌入其中時，便會一個個穩妥地滾入凹坑，這一過程完成了桃子排列的前期準備。
如今，已經完成的分揀機以后的訓練中，會不斷地累積新的圖片數據，進行深度學習，以提高自身的分辨率。
學生在五金店購買材料
“現在這臺機器制作費用在6000元至7000元左右，未來將在不影響功能的情況下控制成本、優化研發?！敝苤蚁閭儾]有急著把智能大桃分揀機推向市場，而是把源代碼投入了開源平臺，他們希望有更多的人參與進來，完善分揀機，爭取將分揀機技術普及開來。
制作：張雨涵 張均斌
編輯：張均斌
出品：中青經濟融媒工作室，轉載請注明作者及出處
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