北京世园会背后：科技带来的园艺之美
By 超神经
场景描述：基于计算机视觉、传感器、物联网等技术，打造园艺机器人，可进行种植、浇灌、除杂草、搬运盆栽等工作，将园丁从重复、费力的劳动中解放出来。
关键词：计算机视觉 传感器 物联网 软体机械臂
北京世界园艺博览会在 4 月 28 日盛大开幕。
2019北京世园会是继昆明世园会、上海世博会和首届中国国际进口博览会之后，我国举办的级别最高、规模最大的国际性博览会
世界园艺博览会，也叫世界园艺节，是最高级别的专业性国际博览会。博览会汇聚了各国园林园艺精品、奇花异草，旨在促进世界文化的交流，同时又集文化与科技成果为一体，为参会者带来最盛大的视听盛宴。会期通常为 6 个月，从晚春一直到中秋。
与以往 37 届都不同，北京世园会是史上首届 5G 支撑的智慧世园。在园区内，观众能深切感受到，科技和园艺相互融合的美妙之处。
北京世园会园区内随处可见 5G 身影
园区内处处是智能设备，无人车移动售货机，无人船，大数据以及可视化服务，游客还可以体验 VR 无人机飞行体验系统，通过 VR 技术纵览世园美景。
北京世园园区内的检测无人船
以物联网和 5G 为「神经」，以大数据与人工智能为「大脑」，本次世园会让游客体验到科技与自然融合的美妙。
事实上，园艺与人工智能早已有了交集。
当 AI 邂逅园艺
园艺作为一项艺术与种植业之间的交叉产业，全称为园林艺术，是指和园子有关的工作，包括工具，工艺，技术，手艺等。
园艺包括园地栽培，果树，蔬菜，观赏植物的种植，繁育艺术和生产加工。
立体园林艺术
园艺的发展在很大程度上，要依赖于工人对植物或作物的精心管理，在美丽优雅的园艺造型背后，往往是工人们付出的很多劳力和心血。比如要掌握长势，消除病害，灌溉，搬运等，当面对数量巨大的园艺生产来说，这个工作量会让工人吃不消。
于是，人工智能不能坐视不管了 ，它决定来出手解救各位园丁。
其实要走的路径也很简单，通过机器人或者机械设备代替劳力，用机器学习，AR 和 VR 技术，去监控和调节植物的生产环境。
正在播种的园艺机器人
在已经报道的例子中，有很多方案都已经在发挥着功效。比如利用传感器和物联网，对数据进行分析和监控，通过精细操作的软体机械手臂帮助劳作，打造出精确的杂草控制机器和最先进的包装工具等。
园艺小能手 1 号：BIGTOP
对于盆栽的培育，在种植之后，需要给它施肥和浇水，直到它达到合适的尺寸后，才能修剪整理以便出售。
比如在发芽至出售的整个生长过程中，苗圃灌木需要平均移动四次，以提供最大化生长所需的最佳空间。这些照料过程十分耗费人力，还会被玫瑰之类的植物刺到。
为此，AIS 公司（ Advanced Intelligent Systems ）开发出了一款园艺机器人 BIGTOP。它是一个配备了机械臂的自主运输车，能够以正确的姿势搬运和转移盆栽。
BIGTOP 灵活的小爪子，正在搬运盆栽
因为配备了导航系统和物体识别功能，BIGTOP 除了搬运，还能够按照要求，给盆栽排序，摆出相应的造型。甚至自动统计和调度关于某种植物的库存和分配情况。
当然，这个机器人可不仅仅只是个搬用工，它还能利用计算机视觉技术，检查和监控植物的健康状况。
之后，它可借助云端系统，将生病植物的图片传给园丁，园丁可以根据照片诊断并给机器人发送相应对策。同时，如果它「察觉」某个植物过于繁茂， BIGATOP 就会进行相应的修剪。
园艺小能手 2 号：Herbot
一家叫做 kickstarter 的公司推出一款人工智能室内园丁 Herbot，这是一个长方体带有透明玻璃壁的盒子，它可以将园艺管理变得智能化。使用 Herbot ，可以在任何地方种植喜爱的植物。
Herbot 可以种植蔬菜、水果、观赏性植物
这种智能园艺机器人能够在任何气候下使用，通过应用程序控制的系统自动进料，浇水并为植物提供足够的光照。
此外，还可以从用户的偏好中学习，以有效的方法种植有机食品和药草。此时，人需要做的只是选择植物种子，将它们放入 Herbot 箱子内，接着就可以做一个「不劳而获」的园丁了。
用户可以在手机客户端查看植物的实时信息
此外，Herbot 兼容智能家居设备，并内置了 Google 智能助理，高清直播摄像头和 LED 触摸显示屏。你可以和植物互动，向谷歌询问食谱，并为植物生长制作很酷的延时视频。
Herbot 还有一个高清直播摄像头，可以看到植物的实时信息。从显示屏上能够快速查看温度和水位等基本信息。
园艺小能手排排坐
以上所举只是冰山一角，还有很多方案都在各个方面为园艺事业发挥着功力。
浇灌：一款叫 GardenSpace 静态机器人，能够按需自动浇灌植物，只需要联网，太阳能电池供电，就能够根据植物的信息提供合理的浇灌方案，并跟踪每个植物的健康数据，如叶绿素水平，植物和土壤的温度。
一个名叫「Fambot」的园艺机器人正在浇水
最牛的是，它还可以充当「保安」，机器人配备的动态感应 360 度视角摄像机，可以在动物非法闯入时，通过喷水驱赶。对应的应用程序，甚至可以告诉作物的种植顺序，可以说相当贴心了。
除杂草：还有一家叫博世的德国公司，它发明了一种能够快速除杂草的机器人 BoniRob，能够比工人和除草剂更快地杀死杂草。
BoniRob 凭借计算机视觉分辨杂草并将其踩倒
BoniRob 配备有摄像头和导航小车，它在田地里穿梭，利用图像识别技术，辨认出杂草，然后用 1 厘米宽的钻头每秒踩两下。这样，杂草就不会超过农作物。
Huxley 公司基于物联网和传感器等手段，能够实时的掌握和调整温室的环境，打造最有利的条件
人工智能变革传统园艺
随着技术的发展，技术的作用在园艺中，发挥着越来越大的作用，也许那些传统栽培植物的方式，慢慢就会淡出历史的舞台。
但在设计和审美造型上，也许园艺设计师还是有着很强的优势。
现在当我们做一件艺术品的时候，不需要花费大量的时间去等待和培养雏形，也许就是最大的一种回报。
下次，国内举办世园会的时候，也许会「招聘」一大批机器人来工作哦！
超神经百科
最大期望算法 Expectation-Maximization
最大期望（ EM ）算法是在概率模型中寻找参数最大似然估计或者最大后验估计的算法，其中概率模型依赖于无法观测的隐变量。
最大期望算法经常用在机器学习和计算机视觉的数据聚类（ Data Clustering ）领域。
最大期望算法经过两个步骤交替进行计算，第一步是计算期望（ E ），利用对隐藏变量的现有估计值，计算其最大似然估计值；第二步是最大化（ M ），最大化在 E 步上求得的最大似然值来计算参数的值。M 步上找到的参数估计值被用于下一个 E 步计算中，这个过程不断交替进行。
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