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AI人工智慧,果農的第三隻眼

AI人工智慧,果農的第三隻眼

107年
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活化新智能╳轉動社區力量

如果有一天,果農拿著手上的攝影機,就能馬上判斷哪些水果可以採收,採收完的水果該歸屬哪一等級、多肉與否,是否就幫農民省下不少寶貴時間?林清峰助理教授提出的「人工智慧技術應用於果物生產品質管理」課程計畫,將新科技的AI人工智慧應用在農村發展上,為兩者的結合跨出實驗性的第一步。

住在臺南新化區的曹姓夫妻是農二代,因平時另有正職工作,只能利用週末等閒暇時間,才能照顧家族留下的一兩公頃農地。但寬廣的農地加上人力短缺,兩人平時光除草、整地,就感到分身乏術,遇到水果採收期,更是常忙到連休息的時間都沒有。「若有辨識技術,幫他們先判斷水果狀況,是否就能讓採收、分類等重複動作的時間被機器取代,進而省下大量時間呢?」長期從事資訊教學的長榮大學林清峰老師在認識這對夫妻後,有感於科技不斷進步的同時,又該如何解決傳統農業遇到的問題呢?因而讓他有了將教學中的「AI人工智慧」應用在農村上的想法。

收集水果影像,建立大數據

林老師的「人工智慧技術應用於果物生產品質管理」計畫,希望以AI人工智慧來辨識水果的熟成與否與大小等級,技術方面其實頗具實驗性。為此,他規劃大三必修的「畢業專案實作」與選修的「企業資料通訊」兩門課程,讓學生先了解AI人工智慧的原理,進而嘗試運用在農地上,「這也是希望學生在課堂上學的,能有實際應用的場域。」如何做到機器自動辨識,有許多軟硬體問題需要解決。「發展辨識技術一個很重要的前提,就是要有一定數量的資料庫,才能做歸納分析。」林老師在說明清楚課程目的,並要求學生準備相關資訊技術後,便帶領學生們來到農家,進行大量水果拍攝工作。以鳳梨為例,農家會將「多肉」與「少肉」的鳳梨分類,再交由學生一一拍攝記錄。拍好的照片會再一一進行整理歸檔,並透過撰寫的程式建立模組,讓AI懂得如何辨識水果狀況。最後,這個模組放入以「樹莓派」為主控制器的機具中,機具即可透過攝影鏡頭的影像,具備辨識功能。原理說來很簡單,其中牽涉到的技術問題可不少。林老師說:「拍照時距離的遠近、現場明暗等,都會影響照片與辨識品質。對影像的後製處理,同樣有許多技術問題要克服。」

       


計畫中藉由人工智慧辨識火龍果成熟度。

       


新化曾姓農夫的果園面積相當大。

       


學生透過此計畫對於人工智慧應用於農業
有更深的體會。

程式不斷修正,提高辨識效能

在第一學期的「畢業專案實作」結束後,仍有不少問題需要解決。因此林老師在新學期的「企業資料通訊」課程中,特地請來對AI更有研究的講師協助,並邀請前一年執行計畫的學長姐前來經驗分享。「我們在程式撰寫與參數方面找到更好的演算法,也更新工序,提高運算速度。透過學長姐的分享,希望將我們花時間得到的經驗,告訴其他同學。」林老師說,新學期還將研究對象從鳳梨延伸到火龍果,建立新的資料庫,讓AI辨識火龍果是否成熟可採收。

挽袖下田,從事農事最有感

除了軟硬體技術的學習外,走進農地,更是實際體驗農民面對的問題。由於農家人力與時間有限,學生除了拍照外,也撥出不少時間幫助農家除草、整地,林老師說:「讓學生們在現場了解農民生活概況,也是想讓他們發想,是否有其他問題可以透過自己技術提供協助的。」參與課程的資訊管理系大三學生王瑞原回想,每次到農地剛除完草,才隔一段時間去就又生長出來,「速度之快讓我印象深刻。」另外,連日大雨後田間出現不少坑洞需填土,推著手推車在泥濘的田地上時,更讓他超有感覺,「農田面積很大,但農家卻只有夫妻兩人要照顧,讓我感受到他們辛苦的一面,更希望真的能利用科技來協助農民。」

 確立模型,擴展AI運用領域 

儘管有了初步成果,但要達到完全實用、供農民使用,仍有一段距離要努力。林老師說:「我們嘗試先將模型製作出來,也希望學生學習到AI人工智慧的相關技術,並且有運用在實際場域的經驗。之後他們可用在辨識農產品,或是病蟲害等其他領域,就看學生如何持續發展。」將硬底子的科技技術,用在從未接觸過的農村生活中,學生以身體力行的方式,讓這堂扎實的農村學習課,變得更有意義。

enlightened 計畫主持人:林清峰 / 長榮大學數位內容設計系 助理教授
專長:資料視覺化、平行與分散式處理、高效能計算、平行描繪、格網計算、繪圖處理器計算。
想分享的話:在農村人力不足狀況下,就算青農返鄉,也無法管理大片農地。因此不僅我們希望利用人工智慧給予協助,就連農民也表示有這樣的需求與興趣。對我與學生來說,實際感受人與人與關係、與土地的關係,都是課堂上較少學習到的,因此未來的課程安排,仍會持續帶學生到農村幫忙。另外,也透過學生在場域的實際執行與自我檢討等過程,提升他們自我學習的能力。
enlightened學生回饋:王瑞原 / 資訊管理系  三年級
對農村想法的轉變:來到農村,才實際了解到很多農民會遇到的狀況,特別是協助除草、填坑洞等農事,更能深刻體會他們的辛苦。我當初除了在農地幫忙,還要負責聯絡安排同學寫程式、安裝軟體、標誌拍攝的照片等工作,因為照片量很多,加上很多照片標註得不夠清楚,所以處理上花費更多時間,這些都是我與同學在技術方面學到很多的地方。
enlightened 教學亮點
1.非課堂上課方式,學生每週與老師討論進度與執行方向。
2.延續學習成果,學長姊分享執行經驗。

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