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無人機將是植物育種學家的下一個目標
發布日期:2018/5/16 10:21:26  來源:中國科技網  

植物育種學家每次會栽培數千個潛力品種;直到現在,對植物關鍵特征的觀察都是人工完成的。在一項新的研究中,在對潛力品種的測試里,無人駕駛飛行器,或無人駕駛飛機,可成功地用來遠程評估和預測大豆成熟時間。使用無人機來完成這項工作可以大大減少評估新作物所需的工時。

當植物育種學家開發新的作物品種時,他們會種植很多植物,而且他們都需要反復檢查。

“農民可能會有100英畝土地,只種植一個大豆品種,而植物育種學家可能會在10英畝土地上種植1萬種潛在品種。農民可以快速地確定田地里的單一大豆品種什么時候才能收割。但是,在秋天,植物育種學家必須反復走過實驗田,以確定每種潛在作物的成熟時間,” 伊利諾伊大學大豆育種家布瑞恩 迪爾思解釋說。

“我們每三天都必須進行檢查,”碩士生內森 施米茨補充道。“在一年中的收獲季節里,這要花費我們大量的時間。而且田地里有時候很熱,有時候又很泥濘。”

為了簡化工作,一個跨學科的研究團隊,包括植物育種學家,計算機科學家,工程師和地理信息專家都轉向無人駕駛飛行器——俗稱無人機領域的研究。

“當無人機能夠為我們所用,我們將研究如何才能將這項新技術應用到育種領域。這是首次嘗試,我們試圖把復雜的事情簡單化,”迪爾斯說。

其中一個目標是,利用裝載在無人機上的攝像頭,以及復雜的數據和成像分析技術,預測蠶豆的成熟時間。“我們利用多光譜成像技術,”施米茨解釋說。“我們在程序中建立一個方程式,以便獲取反射在植物上的光頻變化。顏色的變化就是我們如何將成熟與不成熟植物區分開的依據。”

研究人員開發了一種算法,將無人機獲取的圖像與用傳統方法(通過田間研究)衡量的蠶豆成熟度數據進行對比。我們用無人機進行的成熟度預測非常接近我們田間研究的記錄,迪爾斯指出。

通過模型做出的預測準確率達到93%,但是,迪爾斯說,如果沒有無人機自身固有的局限性,他們可能會做的更好。例如,無人機只能在陽光明媚和風力較小的日子里飛行。

對于它們在提高農業領域的效率和準確率方面,無人機得到了越來越多的認可,尤其是2016年8月新的FAA(聯邦航空局)規則生效后,本研究是首批利用無人機優化育種實踐的研究。迪爾斯指出,該應用對于大型育種企業非常實用,它們每年要測試數十萬個潛在品種。如果利用這項技術,能夠讓植物育種學家節省時間和精力,新品種就可以被更快地開發出來供農民使用,這是一個受歡迎的改進。

論文,“基于無人機平臺,提升大豆估產方法和植物成熟度預測的開發方法”已經發表在《環境遙感》期刊上。除了迪爾斯和施米茨,Neil Yu, Liujun Li, Lei Tian, 和 Jonathan Greenberg也是該論文的共同作者,他們都來自伊利諾伊大學。(張微編譯)

以下為英文原文:

Drones are what's next for plant breeders

Crop breeders grow thousands of potential varieties at a time; until now, observations of key traits were made by hand. In a new study, unmanned aerial vehicles, or drones, were used successfully to remotely evaluate and predict soybean maturity timing in tests of potential varieties. The use of drones for this purpose could substantially reduce the man-hours needed to evaluate new crops.

When plant breeders develop new crop varieties, they grow up a lot of plants and they all need to be checked. Repeatedly.

"Farmers might have a 100-acre field planted with one soybean variety, whereas breeders may have 10,000 potential varieties planted on one 10-acre field. The farmer can fairly quickly determine whether the single variety in a field is ready to be harvested. However, breeders have to walk through research fields several times in the fall to determine the date when each potential variety matures," explains University of Illinois soybean breeder Brian Diers.

"We have to check every three days," masters student Nathan Schmitz adds. "It takes a good amount of time during a busy part of the year. Sometimes it's really hot, sometimes really muddy."

To make things easier, an interdisciplinary team including breeders, computer scientists, engineers, and geographic information specialists turned to unmanned aerial vehicles – commonly known as UAVs or drones.


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