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顾竹:空间数据的深度学习与农业应用

北京佳格天地科技有限公司联合创始人兼产品副总裁顾竹WGDC2017“智慧农业”峰会上的演讲。

  以下为北京佳格天地科技有限公司联合创始人兼产品副总裁顾竹以“空间数据的深度学习与农业应用”为演讲题目的主题演讲内容(未经本人审核)。

泰伯网

  顾竹:谢谢主持人,感谢泰伯网给我们一个机会,在这里汇报一下深度学习关于农业的想法和看法,简单说一下我个人,我个人是做空间大数据的,之前也在国内做了很多关于测绘方面的工作,空间大数据对我来说不陌生。后来我到了美国在美国航空航天局工作,在那边接触了更多的空间数据,以及跟农业的应用,更多的用遥感数据来做智慧农业或者是农业方面的一些东西。刚才李教授也提到了,李教授高瞻远瞩,说了整个中国智慧农业的发展,他刚刚提到了农业的智慧装备,我其实一直在想一个问题,卫星遥感算不算装备之一?我们现在有非常强大的卫星遥感的技术,中国航天发展非常快,处在遥感数据的爆炸时期,如何用遥感来做智慧农业?从小的方面说一下我的看法。

  简单说一下我们公司,我和CEO张弓,利用卫星遥感数据做一些全球的植被变化和农业数据的统计工作,我做了很多关于深度学习的应用,在全球的植被分类上面,王毅刚在美国环境部,张文鹏在美国研究部做研究员,做了十年的中国市场总监,对中国农业的了解非常深入,我们有技术、市场、应用、业务,希望能把我们的技术更好的应用到农业上。

  主题是空间大数据和智慧农业,说一说现在美国或者是全世界正在发生的事情,大家之前接触过一些空间数据,比如说之前用过很多资源卫星数据,空间分辨率比如说30米、250米,可能有多光谱。这些卫星它的运行成本非常高,发一颗卫星便宜的50亿美元,再发上去还要50亿美元,基本上100亿。美国用到现在,现在能用的比较好的卫星其实也就两三颗、三四颗,它的成本确实很高时,它的卫星有多大?将近430厘米,非常高的卫星,这个卫星造价很高,它的寿命必须非常长,有的卫星已经服役三十年。这些卫星它们的成本很高,获取的成本也很高,我们必须花很多的人力、物力采集这些数据。到现在在硅谷,现在可以做十厘米大的卫星,这样的卫星没有动力系统,或者说它的动力系统非常小,它上去以后也没有什么太阳能系统,飘了三四个月可能就挂了,没有人管它,也就是几百万美元的事。它是怎么发射的?它很轻,前两天印度发了一个火箭,火箭带了好几十颗卫星上面,比如说火箭的承载能力20吨,可能它要带好几颗军用卫星或者是国家政策的卫星上去,这颗卫星可能9.5公斤重。这样的小卫星飘的非常多,可能已经有超过100个的小卫星。它们可以对地进行非常持续的观测,可以到五米的分辨率,对农业的观测已经非常足够了。

  我们总结了已经有超过十个以上的卫星公司,在做微型或者小型卫星的发射,为数据获取提供了非常便利的渠道。像Skybox,这边全都是卫星公司,都在做小卫星的业务,这三个公司的CEO原来是在我工作的地方出来的,我们也在想为什么他们能做到这样,或者能做得比较成功,我们在卫星遥感这边做了很多的模型,我昨天在论坛上也说,我们做了很多的模型,做包括工程类的报告,最后没有把它真正的推出应用,没有在商业领域形成完整的商业解决方案,在商业领域没有人买单。这挺让人沮丧的,比如说之前做了全球的植被变化,我们做了十年的图,放出来是非常炫的动画效果,但是也没有人为这个买单。这么好的技术我们有更好的应用,首先在农业,今天说的另外一个好玩的,就是拿卫星影响去做全球原油储量,每一个储油罐顶都是浮动的,不是固定的,因为它太重了,如果固定在上面它会压塌的。全球70%-90%的原油是储存在储存罐里的,如果能够获取所有储存罐的量,就可以知道,我们能拿到这样的数据其实是非常重要的,很多人会为它买单。怎么做这件事,储油罐这边的阴影可以算出来,比如说我知道太阳的角度,卫星的角度,可以算出来当时的盖子有多高,通过上面的阴影就可以算出来储油罐的高度,储油罐的面积很好算,一个圆的面积,很简单的数字图象处理。通过这么简单的三角函数,当时skybox大概11亿美金,谷歌就把它收购了。真正做到那一步还很难,这是遥感给我们的方向,我们能做的东西。

  是不是大家都在做,有了这么多卫星,是不是真的在做这件事?这边列的公司现在已经开始在应用,可以获得的最新的遥感数据、卫星数据驱做一些有意思的数据。中国的原油储量已经有人在做了,他们已经可以做全中国油罐的检测了,左边这个图是他们的样本,告诉他我要检测油罐,会把全中国的油罐在一秒钟之内甚至更快的时间给到你,可能不那么准,有的也检测错了,对于全国范围这么大的尺度来说,做到95%以上的精准率,外国人在帮我们做这件事。

  我们能做US Retail Traffic,做零售业的统计,每个沃尔马有自己的摄像头,可以知道自己每天的车流量,他们通过车流量可以算人流量、客流量,我想知道全国的包括沃尔玛、家乐福,各种各样的大超市,他们的车流量和客流量,可以从卫星遥感影像上数门口的汽车,算出他们的总客流量,他们是很有兴趣拿到这个数据的。包括我刚才也说到了世界原油的储量统计,水资源的储量统计,包括我们做城市的聚集度,可以通过地表建筑物的心态。包括今天的主题农业,利用卫星数据、遥感技术的设计做农业方面的相关事情。

  这是其它的具体案例,他们通过我们的遥感数据反映PMI,对PMI的指数比我们要快,比国家统计局要快一点。他们通过遥感数据在播种季的时候,做到整个北美玉米产量的估计,这是他们做的全美大豆产量的估计,都是在播种季或者是播种季之前,都是可以做到的。

  我在做深度学习,机器学习这方面的工作,这是我本身的出身。给大家说一下我是怎么做的,包括在农业上是怎么用的,像寿光市是中国最大的蔬菜生产基地,它大棚的数量和聚集程度在全国都是领先的,它的数据很有意思,比如说大棚是有补贴的,可能国家在补贴的时候需要这样大棚的数量数据,环保部也很关心污染,总量的统计可以帮助他们进行总体的统计安排。卫星看到大棚里边,大概知道大棚的百分比,哪些大棚种的西红柿,黄瓜,我可以估计产量,在卫星影象上面,一个下午的时间把整个山东省寿光市的大棚全都数了一遍,总数大概20多万个,这个工作我相信全世界范围之内还没有人做过,靠人是不可能做到这件事的,靠机器我们研发了很长时间,大棚的地表也不太一样,这个技术公关我们完成以后,做这件事情的时候非常难,可复制性非常高。

  这是我们做的用机器学习自动的识别田块,中国的田块非常破碎,我这边挑的是云南一个地区,梯田的地表情况非常复杂,跟美国、欧美的不太一样,美国一望无际全都是平地,它去做地表的遥感分析非常便利。像云贵地区梯田比较多,地表比较复杂,我们通过机器学习,通过地表每一块的纹理,包括边界自动的把每一块地的边界勾画出来,形成这个文件,快速的把所有的地进行统计的工作,这个也是我们开发的。

  空间大数据我说的多一点,这个是做的数汽车的案例,这个是美国的六旗游乐场(音),全美不到十个,把所有的汽车数了一遍,用了好几个卫星的数据。首先找了几个样本,这边的汽车是可以数出来的,我们可以把它算作是样本,我们在高分辨路影像上数汽车,这个效果一般,漏了20%的车,右上角的基本上可以把汽车全都数上,这个算法还在调。这是我们拿到的高持续影像,每三到四天可以拿一张影像,白色的块就是汽车,通过图像融合的方法融合到高分辨率,可以把形态描绘出来进行选择。这是最后的结果,从2010年的4月份做到2017年,只要有数据我们都会做。曲线是当天的车流量,我们本来想猜车流量跟什么有关,是不是周末多一点,或者是节假日多一点,根本就没有关系,我们总在想礼拜二是不是大家都忙,结果周二去的人最多,周五最少。我们把六旗游乐场的骨架弄出来,我们发现车流量和骨架还很相近。大数据并不是我们想的那个样子,从各种各样不同的角度考虑这个数据能带给你一些不同的感觉,不同的想法和思路,那么对于数汽车这件事也一样,农业也一样,现在是我们非常好的时机,我们有更多的数据获取手段,有更多的数据源,我们利用什么样的方法,现在有深度学习、云计算,通过什么样的方法运用到整个农业生产中去。佳格希望群策群力,如何在这条路上走得更远,谢谢大家!

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