大学生用AI“爆改”田间除草 小型激光除草机从实行室走向田间地头

泉源：中国青年报

只管农业古代化水平以前有了大幅提升，但是杂草仍然是人类农业一大要挟。

安徽师范大学盘算机与信息学院“草影无踪”团队实验用青年科技力气助力高效除草。该团队历时5年，深化走访8家农业企业，走进32个农户家中，在万余次模子练习、6万行代码的基本上，终于让小型激光除草机从实行室走向田间地头。其事情原理是：杂草幼苗阶段，经过激光灼烧，烧断根茎，从而“烧死”杂草；杂草生长成熟期，灼烧茎叶，毁坏细胞布局，拦阻养分转达，从而“饿死”杂草。

此前，该团队的《草影无踪——新型单尾蝎式激光除草机》项目已斩获第十一届“挑唆杯”安徽省大学生创业方案比赛金奖以及安徽省大学生创新大赛（2024）银奖。

学盘算机的学生为何对准了农业

“我是农夫的孩子，从藐视着老一辈亲手拔去杂草，十分辛劳且听从很低。”“草影无踪”团队队长、2022级物联网工程专业的闫星星说，在学校“花津创客营”的培训中，了解到激光的多种功效，于是便思索对否可以加大激光功率，以到达除杂草的目标。

“在与杂草的争斗中，人工除草本钱高，化学除草沾染重。机器除草依靠高效环保的天生上风，渐渐成为行业可持续提高的一定选择。”在他看来，盘算机与农业机器的团结是古代农业提高的一定趋向：“机器布局决定产物的底限，而运用的算法知识决定了产物的极限。”

据团队引导教师赵传信分析，激光除草武艺作为如今国表里新显现的武艺，具有低落农业劳作强度、变小除草剂使用等优点，市场出息较为宽广。“思索到专业特点，我们选择从交融物联网、人工智能和机器人武艺为一体的小型激光除草机器人项目动手，富裕团结学生们的专业知识，训练他们的实践才能和创新精力。”

为了补偿同砚们在特定范畴的知识空缺，引导教员们主动构建跨学科研讨平台，约请来自农业封建、主动化武艺、机器人工程等范畴的专家学者，提供专业引导。

基于这一背景，团队成员掀开实用于小型经济构造的轻型激光除草机的实地观察和试点事情。在走访中，团队了解到主动化除草为场面所趋，而现在仅有激光除草完成了市场化。于是团队把研发朝向定位为一款合适小型经济构造的轻型激光除草机。

随着调研的深化展开，“草影无踪”团队将实地调研范围扩展到以安徽为中央的周边省份，开启以江西、江苏等为代表的8省调研之旅。

5年来，这支团队不休强壮。2019年，还在读本科的姚彦成暑期社会实践时，萌发了科技创新的想法，于是开头组队，到如今以前接续传承了两批人。2022年，闫星星成为第二批的主力队员，主要卖力第二代和第三代产物的研发和市场化。现在团队共有15人，主要来自物联网工程、盘算机封建与武艺、电子信息工程等专业，此中，3报答硕士研讨生。

找到处理“痛点”的最优解

在调研中，团队发觉：国表里现有激光除草武艺存在着除草场景单一，地形顺应性差，作物误除率高等痛点。现有激光除草武艺均接纳“自顶向下”扫描，且无繁复的识别定位功效，招致除草场景专注，仅实用于作物幼苗时期除草；加之机器体型巨大，大多接纳轮式布局，地形顺应性差，仅顺应平展开阔地形。

现在市场上武艺成熟的装备为外洋一家公司消费的激光除草机，售价高达20万美元。

“我们的产物定位于垄间窄域作业，体积轻量化，现在装备了一套激秃顶和两套双目相机，产物售价在人民币1万元支配。”闫星星说。为处理现有产物的使用痛点，团队经过扩展杂草作物练习集，研发射高效、机动、低本钱的单尾蝎式激光除草机。

“就像让一群蚂蚁在迷宫中寻觅从出发点到尽头的最短途径，蚂蚁能绕过停滞物，找到一条不撞墙的最佳路途。”闫星星先容，他们接纳改良的蚁群算法举行机器臂途径优化，使其可以选择一条从起始点到目标点的最优途径，制止在转动运作历程与停滞物产生碰撞。

团队搭建帮助轮越障模子，在原有履带式的小车上附加了帮助轮，创建重心活动模子，团结增速率与倾斜水平等信息，调停参数协助小车顺遂爬坡越障。好像汽车卡在坑凹地中，有人从后方推一把，助力它回到平川上。

团队还研发交融表面检测的双目视觉加强识别定位武艺，完成对杂草/蔬菜的识别。好像给机器装上一双智能眼睛，能准确找到杂草的地点，并盘算出灼烧杂草的最佳点。

在团队成员的接力攻关下，激光除草机以前提超过第三代产物。此中，二代机相较于一代机有了分明的改良：起首，将轮式改为全履带式底盘，同时增长了帮助轮，大幅提升了越障才能；其次，对激光器举行了功率上的调停，提升了除草听从，浪费了除草时间。同时研发ESCOLR算法，提高了杂草识别定位的准确度。本年年初，团队成员在网上看到双尾蝎式战役机的先容，受此启示，颠末商榷，三代机终极接纳双蝎式的布局，大大提高了除草的听从。

从实行室到田间地头有多远

消费出来的除草性可否顺应实际情况，仅有在田间地头才干找到确定的答案。为此，团队分开安徽阜阳一家中药材莳植基地举行初次实行，开始各位都欣喜于除草机的安定运转，但是忽然吹来的一阵暴风，让机器难以准确定位七零八落的杂草。

发觉成绩只是第一步，怎样处理才是紧张。“团队第一次举行产物验证，就碰到情况干扰招致的定位偏差成绩，随后我们改良算法，增长了反应机制，让装备在风吹草动时也能正常事情。”团队成员刘宇航说。

别的，团队在阜南县山河蔬菜大棚基地又碰到了一个挑唆：瓜架的存在拦截了机器臂的定点转动。为了处理这一成绩，他们在途径方案算法中增长了避障功效，使得机器臂能绕开停滞物抵达目标点。

而在岳西县一家茶叶互助社举行实地测试时，团队发觉原先在实行室情况中计划的越障算法，并不克不及满意实践使用的需求。为此，又增设了帮助轮摆臂布局。

值得一提的是，在阜阳的初次实验中，团队还告捷处理了因农残过高而低落中草药药性的成绩，取得了农户高度承认，并顺遂卖出第一台装备。历经5年探究、三代更迭，激光除草机履历900小时、49公里的安定运转，终于告捷走出实行室，走向田间地头。

停止现在，“草影无踪”团队与阜阳一家中草药莳植基地和岳西县一家茶叶消费互助社签署意向互助协议，以及除草办事条约和产物采买条约，总金额超100万元。团队提供全套办事，包含情况评价、定制除草、不测情况处理、装备维护等事情。

团队在安徽阜南县郜台乡山河莳植园举行了比力测试，依托第三方机构的判定，相较于之前的除草剂除草，使用激光除草机，作物的养分物质含量提升了近40%。同时，除草误伤率低落，10亩上海青的产量增长了18%。别的，对安徽芜湖市新联村一片辣椒田的回访统计体现，接纳激光除草机后，农药使用质变小了30%。

现在，团队成员共受权11项专利、软件著作权，公布7篇论文。“一种全生命周期电池荷电形态的猜测办法”“农作物病害识别模子的练习办法及农作物病害识别办法”等专利，在小车导航优化、动力办理、电池监控及农作物病害识别等方面完成了武艺创新。

（成明霞 李家榕 中青报·中青网记者 王磊 王包涵）