CN111712129A - 智能授粉*** - Google Patents

Abstract

本公开主题内容涉及一种智能授粉***，该智能授粉***为一种智能授粉装置(100)。智能授粉装置(100)进行机器学习，并利用人工智能引擎进行授粉。智能授粉装置(100)与全球通信***(GCS)通信地联接。GCS和智能授粉装置(100)借助于人工智能和机器学习管理授粉的趋向。

Description

智能授粉***

技术领域

在本申请中描述的主题内容大致涉及授粉优化，具体涉及一种利用机器学习和人工智能优化授粉的智能授粉***。

背景技术

众所周知，植物通过授粉进行繁殖。授粉是诸如花粉的遗传物质在植物之间或植物的花朵之间或一朵花内自行传播的过程。一般来说，授粉可由人工输送花粉或饲养蜜蜂为植物授粉来管理。蜜蜂作为花粉的载体。其它昆虫或动物也可作为花粉的载体。

附图说明

参照附图描述具体实施方式，在附图中：

图1示出根据本发明实施方式的智能授粉装置的框图；

图2示出根据本发明实施方式的与中央网络***通信的智能授粉装置的框图；

图3示出根据本发明实施方式的智能授粉装置的操作方法的流程图。

具体实施方式

一般来说，植物的授粉过程由蜜蜂完成。蜜蜂作为诸如花粉的遗传物质的载体为植物授粉。花粉由植物的雄性生殖器官传播至植物的雌性生殖器官，从而在植物内部完成受精。

蜜蜂对全球农作物授粉有重大的经济意义。蜜蜂是生态***中至关重要的一部分，负责为人类赖以生存的许多植物与农作物授粉。蜜蜂是世界粮食生产和营养安全的重要贡献者。然而，蜜蜂的数量不断下降导致全球农作物授粉减少。植物农药的使用可能是导致蜜蜂数量减少的因素之一。

全球粮农作物授粉减少的另一因素可能是植物间的近交衰退。在一个示例中，近交衰退可特别适用于木瓜和其它类似植物。近交衰退是指由于近亲繁殖或相关个体的繁殖导致的特定群体生物适应度的降低，并最终导致全球农作物授粉减少。

虽然蜜蜂数量的减少是导致全球农作物授粉减少的重要且主要的因素，但诸如蜜蜂的自然授粉的效率一直是未知因素。由于无法控制蜜蜂如何授粉以及在授粉中多少花粉被有效利用，在蜜蜂授粉的过程中可能会浪费大量的花粉。

为此，提出了一种用于植物的高效人工授粉的智能授粉***。智能授粉***是智能授粉装置。

在本主题内容的一个实施方式中，智能授粉装置进行机器学习并利用人工智能进行人工授粉。智能授粉装置是飞行单元。在一个示例中，智能授粉装置与中央网络***通信地联接。在一个示例中，中央网络***可为全球通信***(GCS)。GCS利用人工智能引擎管理授粉的趋向，并在确定理想条件后通知附近的智能授粉装置开始授粉。

在操作中，智能授粉装置确定理想条件后飞向目标寄主开始人工授粉。理想条件的识别基于机器学习和人工智能。到达目标寄主后，由智能授粉装置从目标寄主中采集花粉，并进一步存储从目标寄主所采集的花粉。进一步地，基于机器学习和人工智能识别目标寄主附近的受体，当识别受体后，智能授粉装置飞向所识别出的受体，并以预先确定好的数量将存储的花粉放置在所识别出的受体内。花粉的放置可通过但不限于喷洒、注射等方式完成，这取决于已识别的受体的适用性。在向受体放置预先确定好的数量的花粉并确定附近没有其它的受体后，可根据从GCS接收到的指令将剩余花粉带到存储仓库。智能授粉装置是自动控制的。

在理想条件下，GCS和智能授粉装置依赖于已建立的寄主、受体、天气、季节趋势、空气质量、土壤质量和授粉所需的其它相似适宜条件的丰富知识库，该知识库可用于为智能授粉装置导航至附近有能力接受所采集到的花粉的适用受体或作为主动学习的一部分，智能授粉装置在主动扫描环境的同时在飞行轨迹上发现适用受体，向GCS共享信息，并基于人工智能引擎对收集的信息进行验证，中央网络设备可指示智能授粉装置向受体中放置花粉。

在本主题内容的一个实施方式中，如果已识别出受体，由于其他影响因素，诸如预报的坏天气、贫瘠的土壤条件、检测到过量的农药、潜在的战争或正在发生敌对活动或在这些区域预测的威胁，则指示智能授粉装置不放置花粉。在这些情况下，存储的花粉被带到存储仓库并存储，直到识别到适用受体。在示例中，存储的花粉被运输到另一有可用的适用受体的地理位置。

对本领域技术人员来说显而易见的是，上文实施方式中所描述的主题内容可以以多种方式来实施。例如，智能授粉装置的组件可制作成不同的形状和尺寸。

通过上述公开的主题内容的实施方式，授粉可通过精确地确定方式、地点、时间以及需要授粉的花粉数量来进行优化。智能授粉装置使授粉过程能够在植物生育力最强的阶段进行，从而使产量最大化，并提高产量的质量。本主题内容的智能授粉装置提供了一种优化授粉过程并通过多样化提高产量的完全自主的解决方案。

本主题内容的智能授粉装置不仅可用于替代蜜蜂，还可替代进行授粉过程的其它昆虫及动物。在一个示例中，本主题内容的智能授粉装置进行非生物授粉。

下文将结合图1至图3更加详细描述本主题内容的这些优点及其他优点。参照图1至图3详细说明智能授粉装置的实现方式和使用方法。

应当注意的是，本说明书仅用于说明本主题内容的原理。因而，应当理解的是，本领域技术人员将能够设计出多种布局，虽然这些布局并没有明确地在文中描述，但体现了本主题内容的原理，并包含在其范围内。另外，本申请所描述的所有示例仅旨在帮助读者理解本主题内容的原理。另外，本申请描述的原理、特性、实施方式及具体示例的所有陈述旨在包括其等效物。

图1示出了根据本发明实施方式的用于进行人工授粉的智能授粉装置100的框图。智能授粉装置100利用人工智能(AI)引擎和机器学习以优化授粉。智能授粉装置是飞行单元。在一个示例中，飞行单元是无人机(UAV)。智能授粉装置100与中央网络***200通信地联接，如图2所示。在一个示例中，中央网络***200可为全球通信***(GCS)。

回到图1，智能授粉装置100利用人工智能(AI)引擎和机器学习来识别目标寄主。目标寄主是寄主植物。在一个示例中，利用影像映射技术来执行目标寄主识别。

智能授粉装置100包括用于从目标寄主采集花粉的抽吸单元102。花粉可指花粉粒。在一个示例中，智能授粉装置100包括用于从目标寄主采集或收获花粉的抽吸单元102的组合。在一个示例中，抽吸单元102包括用于从目标寄主采集花粉的吸扬式泵。

智能授粉装置100包括存储单元104，存储单元104用于在预先设定的受控制条件下，安全地存储从寄主植物所采集或收获的花粉，以保持所采集的花粉的特性。存储单元104与抽吸单元102相连接。在一个示例中，多个存储单元104设置为可安全地存储从寄主植物所采集或收获的花粉。存储单元104是无污染的存储单元。在一个示例中，存储单元104可与称重单元和简况单元相连接。从寄主植物采集的花粉可进行称重并利用与中央网络***200共享的相关数据提供类型简况。

智能授粉装置100包括人工智能引擎，如果在智能授粉装置的飞行轨迹上为存储的花粉识别到适用受体，人工智能引擎被设计为喷出花粉。在本主题内容的另一实施方式中，智能授粉装置100可返回仓库，在仓库可在花粉必需的理想条件下安全地存储与保持花粉，理想条件取决于花粉的简况。智能授粉装置100的存储单元104是可拆卸的。存储单元104可拆卸，并用作仓库内的存储容器。每个仓库都可具有可变的温度/环境控制区域，从而为在同一仓库内存储不同类型的花粉创造最佳条件。

在本主题内容的另一实施方式中，仓库存储的花粉还可通过铁路、公路、水路、或者航空输送到其它地理位置的仓库。在进行必要分析后，存储的花粉可由智能授粉装置100或智能授粉装置100的结构化无线感知网络(swam)在识别恰当的受体和环境条件后进行授粉。环境条件的示例可包括但不限于有利的季节、地理位置和其他会提高农作物的产量和质量的因素。

进一步地，智能授粉装置100包括连接至存储单元104的喷洒单元106。在一个示例中，智能授粉装置100可包括喷洒单元108的组合。在一个示例中，智能授粉装置100可包括必要时可转换为喷洒单元的抽吸单元的组合。在一个示例中，喷洒单元106可用于将存储的花粉放置在有多个雌性生殖部分的受体上。在一个示例中，喷洒单元106可用于将花粉放置在多个受体上。受体的必要分析由智能授粉装置100监控，以及基于对受体的必要分析的监控，花粉可以以更高精确度喷洒注入受体中，从而产生与自然授粉过程相比更高的产量。

在本主题内容的另一实施方式中，智能授粉装置100包括***器108，***器108连接至存储单元104，用于利用机器学习和人工智能将花粉更精确地***受体中。在一个示例中，***器108可为微型剥皮器。智能授粉装置100监控受体的必要分析，以识别雌性生殖部分的准确位置，基于对受体的必要分析的监控，***器108可精确地将花粉***受体的雌性生殖部分，从而产生与自然授粉过程相比更高的产量。

利用机器学习和人工智能，可确定受体的生育能力和适用表面积，并且智能授粉装置100可喷出适量的花粉。智能授粉装置100可利用机器学习和人工智能自动触发花粉的喷出。在一个示例中，花粉的喷出可由与智能授粉装置100通信的远程源执行。在另一示例中，智能授粉装置100提供手动超控的选项，在紧急情况下可手动控制智能授粉装置100。

进一步地，智能授粉装置100包括机器臂110。在智能授粉装置100识别目标寄主或者从GCS收取关于目标寄主的信息后，智能授粉装置100飞向目标寄主，然后机器臂110闩锁在目标寄主上，并引起振动以使目标寄主内的花粉脱落。随后将花粉采集到存储单元104内。

智能授粉装置100包括多个摄像头112，用于捕捉植物花朵上的图案，以基于捕捉的图案识别目标寄主和受体。摄像头112可包括但不限于超高清晰度摄像头、热摄像头、夜视摄像头、X射线视觉摄像头、图像识别摄像头、红外线和紫外线摄像头等。紫外线摄像头可像蜜蜂一样通过完美的捕捉花朵上的图案来找到花蜜和花粉。

在本主题内容的一个实施方式中，智能授粉装置100包括电源116。在一个示例中，电源116可为无线电源。无线电源单元可通过磁力、无线电、超声波、声学、光保真或其它方式在空中传送。在另一示例中，电源116可为永久能源***或可交换电池或能量存储***，以为飞行单元102提供电力。在又一示例中，电源116可为太阳能或光伏***，以为飞行单元102提供电力。

自动无线充电网络塔或基站可战略性地放置在地球上不同的地理位置和/或能够在飞行中向目标智能授粉装置100提供无线电力的卫星网络可放置在地球静止轨道上。当GCS识别到智能授粉装置100的电力水平正在下降至某一确定阈值或智能授粉装置100请求额外电力时，可随时发起无线电源充电协议，以延长飞行时间。在另一示例中，移动电源飞行单元可在智能授粉装置100的集群内行进，并在必要的时候向集群内任何智能授粉装置100无线供电。在必要时，多个移动电源飞行单元还可放置在不同的操作基地以支持智能授粉装置100集群进行授粉。移动电源飞行单元还可从自动无线充电网络塔或基站接受无线电力。在一个示例中，移动电源飞行单元可从卫星接收电力。

在本主题内容的另一实施方式中，自动电池或电源单元交换站可战略性地放置在地球上不同的地理位置，以维持操作的连续性。当智能授粉装置100的电力水平正在下降至某一确定阈值下，智能授粉装置100内的人工智能引擎或GCS会将智能授粉装置100导航至最近的交换充电站。进一步地，一旦电池或电能存储单元被交换，则智能授粉装置100充满电。移动电源飞行单元还可具有用作交换充电站的能力，电池或电力存储单元能够在飞行中在授粉飞行单元和移动电源飞行单元之间自动交换。飞行单元、无线供电站或塔或卫星、GCS之间的所有通信都由GCS监控、存储和分析。

在一个示例中，智能授粉装置100还可使用氢电池、柴油、汽油、核能或任何其他类型的燃料运行。

智能授粉装置100可包括优化的授粉所需的其它组件118。其他组件可包括但不限于光谱仪、矿物质和化合物分析仪等。

图3示出了根据本发明实施方式的智能授粉装置100的操作方法300的流程图。智能授粉装置100可与GCS通信地联接。智能授粉***100和GCS二者均利用人工智能和机器学习以优化授粉过程。

在操作中，智能授粉装置100可利用影像映射技术识别目标寄主(步骤302)和目标寄主附近的适用受体以进行授粉。在识别目标寄主后，智能授粉装置100在已识别的目标寄主附近飞行，并且智能授粉装置100的机器臂110闩锁在已识别的目标寄主上，并引起振动以使目标寄主内的花粉脱落。智能授粉装置100的机器臂110由机器学习和人工智能引导，以确保必要时目标寄主受到恰当次数的振动，以使得目标寄主内的花粉能够释放。

随后通过抽吸单元102采集花粉(步骤304)且进一步存储在存储单元104中(步骤306)。进一步地，智能授粉装置100检测存储的花粉以识别花粉的成熟程度。在示例中，如果花粉处于早期阶段，则将花粉送去存储室，如果花粉相对成熟，则需要识别适用的受体。甚至可为其他的花粉采集模式执行花粉检测，诸如智能授粉装置的机器臂的抽吸机构，并且不限于智能授粉装置100的闩锁在寄主雄性部分上的机器臂110。在一个示例中，机器臂110能够经由轨迹或智能授粉装置100的电磁表面围绕智能授粉装置100移动，从而为机器臂110提供最大自由度的移动能力，以执行智能授粉装置100的全部操作。

进一步地，可基于人工智能和机器学习利用摄像头112识别用于进行授粉的适用受体(步骤308)。在识别适用受体后，喷洒单元106可将花粉喷洒在所识别出的受体上(步骤310)或***器108精准地将花粉插在所识别出的受体上。

在一个示例中，智能授粉装置100或GCS 200可创建全球地理景观以识别寄主和受体、管理季节产量图表、花粉质量及质量体积、天气管理、区域空气质量、潜在土壤质量以及其它可能影响授粉过程的因素。

进一步地，智能授粉装置100包括避障功能、直接结构化无线感知网络、扩展的结构化无线感知网络、总部与其它全球定位通信基地、空中交通管制员以及其它重要的服务中的实时通信。

在本主题内容的一个实施方式中，智能授粉装置100的特征包括电力管理、实时飞行健康分析、管理远程软件更新、在智能授粉装置100无法工作时向基站报告、或在离线时利用辅助或备用通信***追踪智能授粉装置100的能力。

人工智能和机器学习的功能可能会随着时间而进化，在需要时，可向智能授粉装置100添加新特征。

采用机器学习的智能授粉装置100利用以往研究的多数适用数据来优化授粉过程。采用机器学习的智能授粉装置100最大限度地从寄主收获花粉以及花粉喷出/***受体，从而将总量及质量产量最大化。不同类型的寄主和受体可需要不同的过程或不同过程的组合，以执行授粉动作。利用机器学习的智能授粉装置100优化操作活动，诸如但不限于飞行运动、电源管理、存储管理、结构化无线感知网络形态和避障措施。在一个示例中，智能授粉装置100定期地进行独立的行动，其中智能授粉装置100使用摄像头112，并记录蜜蜂或诸如蝴蝶、蚂蚁等的其他花粉运输者如何从寄主收获花粉以及如何将收获的花粉放置到受体内。进一步地，记录的数据输入到GCS并发送更新，以改进智能授粉装置100的操作。

在本主题内容的另一实施方式中，无论在云端或数据中心或连接的操作基地，GCS200均利用人工智能管理地球的上全部的授粉行为。所有的智能授粉装置100均拥有呼叫签名或标识，并且GCS 200与智能授粉装置100之间的所有通信都是加密且安全的。GCS 200一直连续地监控行踪、电源/电池以及智能授粉装置100的健康。

如果智能授粉装置100的标准操作功能离线，则可使用智能授粉装置100的低功率后备***发起备用的离线智能授粉装置100追踪协议。报警信号可送回至GCS，并且可启动恢复***以恢复离线/非运行的飞行单元。如果恢复的飞行单元无法追踪或恢复离线/非运行的智能授粉装置100，在这种情况下，可能需要人为干预来恢复离线/非运行的智能授粉装置100。

在本主题内容的一个实施方式中，当寄主和被授粉的受体在地下或水下时，在这种情况下，可安排防水的智能授粉装置100进行授粉操作。

在本主题内容的另一实施方式中，如果花粉无需活体受体就可自授粉，则智能授粉装置100可识别适用土壤(或其它可行办法)以种植这种花粉。所有这些指示都会在GCS中持续更新。

在本主题内容的又一实施方式中，地理映射智能授粉装置100可对地表进行扫描，以识别和绘制在飞行路径上不同的寄主与受体，为运行的智能授粉装置100创建丰富的知识库。在一个示例中，从第三方获取的信息也可用于丰富与授粉相关的数据。

在本主题内容的实施方式中，智能授粉装置100可建立更深的单株水平的360度3D映射数据，并识别植物的雄性的和雌性的部分位置，并了解生育周期，从而带来更佳的质量与产量。

在本主题内容的实施方式中，可部署无人机，无人机容纳和运输各种智能授粉装置100，也可作为加油站，特别是具有为授粉操作无人机交换电池的技术，或具有充足的能量存储容量，当操作无人机的电力水平下降到一定阈值下时，能够在运行中为授粉无人机无线供电。

通过采用机器学习和人工智能识别目标寄主和受体包括对离子液体凝胶进行嗅觉感测及生物测定，以使智能授粉装置100的特征与自然授粉者的特征相似。

虽然描述了智能授粉装置100的实施方式，但应当理解的是，本主题内容并不一定局限于所描述的特定特征。更确切地说，特定特征作为实施方式进行公开。

Claims (17)

1.一种用于进行人工授粉的智能授粉装置(100)，其中，所述智能授粉装置(100)进行机器学习，并利用人工智能进行人工授粉，其中，所述智能授粉装置(100)：

在识别理想条件后，飞向目标寄主以开始所述人工授粉，其中，所述理想条件的识别基于机器学习和人工智能；

从所述目标寄主处采集花粉；

存储从所述目标寄主处采集的花粉；

基于机器学习与人工智能，识别所述目标寄主附近的受体；以及

在识别所述受体后，飞向所识别出的受体，以预先确定好的量将存储的花粉放置在所识别出的受体中。

2.如权利要求1所述的智能授粉装置(100)，其中，所述智能授粉装置(100)包括机器臂(110)，所述机器臂(110)用于闩锁在所述目标寄主上，并引起振动，以使所述目标寄主内的花粉脱落。

3.如权利要求1或2所述的智能授粉装置(100)，其中，所述智能授粉装置(100)包括：

抽吸单元(102)，用于从所述目标寄主采集花粉。

4.如权利要求3所述的智能授粉装置(100)，其中，所述抽吸单元(102)包括：

吸扬式泵，用于从寄主植物采集花粉。

5.如权利要求3或4所述的智能授粉装置(100)，其中，所述智能授粉装置(100)包括：

存储单元(104)，连接至所述抽吸单元(102)，用于在预先规定的受控制条件下存储所采集到的花粉，以保持所采集到的花粉的特性。

6.如权利要求5所述的智能授粉装置(100)，其中，所述存储单元(104)是能够拆卸的。

7.如权利要求6所述的智能授粉装置(100)，其中，所述存储单元(104)包括：

简况单元，用于提供关于所述存储单元(104)内所存储的花粉的类型的简况。

8.如权利要求5或6所述的智能授粉装置(100)，其中，所述智能授粉装置(100)包括：

***器(108)，连接至所述存储单元(104)，用于将所存储的花粉精确地***所识别出的受体中。

9.如权利要求5或6所述的智能授粉装置(100)，其中，所述智能授粉装置(100)包括：

喷洒单元(106)，连接至所述存储单元(104)，用于将存储的花粉喷洒在有多个雌性生殖部分的所识别出的受体上。

10.如权利要求1所述的智能授粉装置(100)，其中，所述智能授粉装置(100)基于预定参数创建全球地理景观，以识别所述目标寄主和所述受体。

11.如权利要求1所述的智能授粉装置(100)，其中，所述智能授粉装置(100)包括：

多个摄像头(112)，用于捕捉植物花朵上的图案，以基于捕捉的图案识别所述目标寄主和所述受体。

12.如权利要求1所述的智能授粉装置(100)，其中，所述智能授粉装置(100)为无人机。

13.如权利要求1所述的智能授粉装置(100)，其中，所述智能授粉装置(100)由与所述智能授粉装置(100)通信的远程源控制。

14.如权利要求1所述的智能授粉装置(100)，其中，所述智能授粉装置(100)是自动控制的。

15.如权利要求1所述的智能授粉装置(100)，其中，所述智能授粉装置(100)包括：

电源(114)，用于为所述智能授粉装置(100)供电。

16.如权利要求15所述的智能授粉装置(100)，其中，所述电源(114)是无线电源。

17.一种使用如权利要求1至16所述的智能授粉装置(100)进行人工授粉的方法。

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