特生中心首創無人機搭配AI辨識農耕地景 有望成綠色給付、碳權計算利器

農地示意圖。 圖片來源:freepik
農地示意圖。 圖片來源:freepik
產業、創新和基礎設施

無人機運用越來越廣泛,農委會特生中心與國立雲林科技大學共同研發全球首創技術,透過無人機拍攝一年四季的農耕地影像,搭配人工智慧影像辨識技術,就能協助將農耕地景區分為水田、旱田及果樹等九類,去年還榮獲亞洲最大發明展「第18屆韓國首爾國際發明展」銅牌獎。特生中心表示,未來這項技術不僅能幫助農業場域申請「綠色給付」,若要進一步發展碳匯,也可參與後續碳權計算的工作。

特生中心利用空拍機航拍產製慈心大自然莊園正射影像。 圖片來源:特生中心提供
特生中心利用空拍機航拍產製慈心大自然莊園正射影像。 圖片來源:特生中心提供

AI智能辨識農耕地景技術 靠無人機就能分類水、旱田

與27國、627件作品同台競爭,特生中心與雲科大以「無人飛行載具結合人工智慧應用於農耕地景辨識」為主題,獲得去年「第18屆韓國首爾國際發明獎」電腦科學類別銅牌。

特生中心助理研究員陳榮宗表示,近年農委會推動農田生態研究計畫,希望藉由友善耕作,提供能讓野生動物安心的家。儘管友善耕作的農田周遭易吸引野生動物,但過去就算拍攝或調查到動物出沒,也難以量測農耕地上可供棲息的生態基地面積比例,更無法細緻區分不同地景。

於是,特生中心自2021年起,以慈心大自然莊園等農耕地為試驗對象,跨域結合無人機,展開為期兩年的農地生態地景建構研發工作。

這項透過AI智能辨識農耕地景的技術,可將空拍俯視照片搭配人工智慧,藉由神經網路學習,自動將農場上的地景分類成「生態區」、「生產區」、「生活區」及「其他」等四大區。其下又能細分成水田、旱田、混淆林、草生地、裸露地、建築物、水域、浮水植物及果樹等九類。

跨領域的研發過程極具挑戰,陳榮宗說,除了須整合電機及資訊工程專業,協助影像辨識與空拍機感測及操作外,還必須配合當地農友的耕種模式與季節變化。此外,團隊也會同時調查野生動物分佈,然而農田生態物種多元,以水田為例,調查時可能會同時發現魚類、蝦蟹類及浮水植物,就必須再納入多種生態專業領域的人才。

無人機搭配人工智慧VGG19+U NET模型協助辨識地景分類。 圖片來源:特生中心提供
無人機搭配人工智慧VGG19+U NET模型協助辨識地景分類。 圖片來源:特生中心提供

未來可協助農耕地申請綠色給付、計算碳權

特生中心指出,這項技術可用於具有多樣性的農耕地景辨識,成為保育生物多樣性的利器,同時提昇農地生態的加值效益。

陳榮宗進一步說明,只要透過此技術,就能即時分析農耕地。調查結果除了作為農業場域申請「綠色給付」所需的各項生態認證根據,未來農耕地若要進一步發展碳匯,也可提供後續碳權計算需要的各種地景、面積比例等數據。

陳榮宗也坦言,這項全球首創的技術仍在初期開發階段,因此空拍影像樣本仍有限,目前人工智慧辨識率約為55%。舉例來說,雖然水域及草地辨識率高,但農田周遭的混淆林與果樹則容易辨識錯誤。不過他也預期,未來隨樣本數增加,且持續改善預測模型後,勢必能顯著提高辨識率,待技術成熟也將進一步申請專利。


本文授權轉載自《環境資訊中心》(原文為:特生中心首創無人機搭配AI辨識農耕地景 有望成綠色給付、碳權計算利器


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