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创“新”者说丨华师大胡国华:无人机低空采集数据 智能管理城市行道树

来源:新民晚报     记者:杨硕     作者:王蔚     编辑:杨硕     2024-06-11 16:15 | |

  

海报设计 刘玉萍

【人物名片】

>>>胡国华

华东师范大学副教授。主持过国家自然科学基金青年项目、教育部人文社科基金规划项目等多项科技项目。作为骨干成员参与国家自然科学基金重点项目、中央高校优秀青年团队项目等纵向课题。连续两年主持上海市绿化指导站、国际可持续发展中心横向项目,利用最新的人工智能技术服务于城市可持续发展。

图说:华东师范大学地理科学学院副教授胡国华 新民晚报记者 张龙 摄/下同

带着几位学生和团队成员,再带上一架无人机,从闵行区“逛”到青浦区。小飞机飞得并不高,最多两棵行道树的高度。“玩”这活儿的,是华东师范大学地理科学学院、自然资源部超大城市自然资源时空大数据分析应用重点实验室的副教授胡国华,他也是国际欧亚科学院院士和英国社会科学院院士黎夏教授领衔的超大城市自然资源多维监测与时空演变分析科研团队的青年骨干。

无人机成为城市树木“侦察兵”

遥控着无人机,在大都市的行道树顶上飞来飞去,看似“好玩”,却是一项极具前沿科技含量的科研项目——《基于无人机遥感的2种城市行道树常见病虫害 AI识别与监测技术研究》。

“我们是城市树木的‘侦察兵’。要知道,城市悬铃木发生病虫害是个常见问题。如何快速发现、快速检测、快速除虫一直是个难题。”胡国华说,悬铃木发生的主要病害为白粉病,一般在每年4—6月以及9—10月发病较重,以叶片、新梢受害为主。发病早期受害叶片表面形成轻微片状小白斑,后期严重时叶片正反两面可布满厚厚白色粉层,嫩叶皱缩卷曲,新梢萎缩变形,叶片提早枯黄脱落。

还有一种主要虫害为方翅网蝽,它主要以成虫和弱虫聚集在叶背上刺吸植物汁液为害,使叶面组织失去水分,在叶片正面形成发白褪绿的斑点,且排泄物及若虫蜕下的皮层附着在叶片表面形成密密麻麻的小黑点,从而抑制光合作用,严重时造成叶片枯黄提早掉落,并容易造成木腐菌和白蚁等二次危害。

由于这两种病虫害扩散迅速,传统的调查方法难以及时跟进,这时,无人机航拍就派上了用场。

“你只看一次”实现快速识别

胡国华团队的任务是利用无人机实地采集数据,这契合了当下发展低空经济的创新路径。他说:“作为低空经济基底技术的无人机遥感提供了快速、实时的城市行道树监测数据,而我们研发了基于人工智能的检测技术,在此基础上实现城市行道树病虫害自动识别。其核心算法是‘YOLOv8模型’,全称为‘You Only Look Once(你只看一次)’。这是一种用于计算机视觉任务的对象检测算法。与传统的对象检测方法不同,YOLO将对象检测视为一个回归问题,直接在单个网络中预测边界框和类别概率。YOLO将输入图像划分为相应的网格,每个网格预测若干个边界框和对应的类别概率,每个边界框包含5个元素:x、y、w、h和置信度。其中x、y是边界框的中心坐标,w和h是边界框的宽度和高度,置信度是网格中包含对象的概率和预测边界框准确度的乘积。这套技术,速度快、准确率高、能够检测出图像中的多个对象。”

“通俗地说,我们的一架无人机升空后,单次可以飞行15分钟左右,下面五六平方公里内的行道树的实时图像都尽收眼底了,拍成的照片经过数据分析,最快5分钟就能识别出结果,哪些是病树、哪些是健康树,能立即生成准确的报告。”胡国华说。

开展行道树管理数字化转型

胡国华表示,发展新质生产力首先在技术创新上要有“质”的突破与飞跃。他们团队与上海市绿化管理指导站紧密合作,正致力于开展行道树管理的数字化转型,推动城市树木数据提取及数据库建设技术的发展。此项创新成果,是他们自然资源部超大城市时空大数据分析与应用重点实验室的重要突破之一。

“作为中国经济总量最大的城市,上海在集聚人才、资金、技术和数据等各类新质生产力发展要素方面具有相对优势,但也面临超大城市空间资源要素紧约束的掣肘。因此,持续优化配置城市空间资源,是强化新质生产力发展支撑保障能力的必然要求。”胡国华介绍说,实验室通过融合新一代3S技术、大数据挖掘分析技术、数字孪生技术、人工智能与云计算技术,生产发布了包括人口、气候、土壤、污染、土地等一系列城市自然资源要素时空大数据精细化产品,助力于城市智慧管理。

发展新质生产力要因地制宜。时空大数据分析应用,仿佛为超大城市发展新质生产力插上了有力的翅膀。“我们整合无人机遥感与人工智能技术开展上海市城市行道树病虫害监测,正是其中的典型案例。此外,实验室还与上海市应急管理部门深度合作,建立了具有预报、预警、预演、预案功能的上海市城市洪涝预警预测应急管理系统。将数字孪生引擎与水利模型深度融合,实现物理与数字空间的精准映射,满足淹没分析、洪水推演等数字化场景的模拟需求。这些案例不仅仅是对无人机遥感、人工智能等新质生产力的应用,也是对新质生产力的促进和发展。”胡国华说。

【行业链接】

工信部发布的《中国低空经济发展研究报告2024》指出,代表新质生产力的低空智联技术将与低空空域和低空市场等相关要素发生作用和联系,从而带动低空基础设施建设、设备制造以及运营服务等领域发展。

根据业内预计,到2025年,低空经济对中国国民经济的综合贡献值将达3至5万亿元。作为低空经济“基底”的无人机遥感技术,现已在林业普查、智能测绘、电力巡检、能源监测、公安稽查等领域发挥越来越重要的作用。特别是与当前最新人工智能AI技术的结合,给相关行业应用带来革命性的提升。华师大团队将航天卫星、无人机遥感及近地面实测等多源大数据与人工智能数据挖掘技术融合,实现实时、高精度的城市自然资源要素监测模拟与精细化制图。通过遥感与人工智能AI技术赋能,将为城市管理提供智慧决策支持,推动城市可持续发展的数字化转型。

新民晚报记者 王蔚

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