沙漠衛(wèi)士種樹機(jī)器人攜手昇騰AI植起綠色希望 用智慧點(diǎn)亮荒漠

風(fēng)沙肆虐，沙漠侵蝕神州大地，華東師范大學(xué)基于昇騰AI基礎(chǔ)軟硬件平臺(tái)研制的種樹機(jī)器人成為沙漠“衛(wèi)士”，穿越戈壁，跨越千里，為荒漠治理貢獻(xiàn)力量！華師大攜手昇騰AI共同植起綠色希望！

提起荒漠，你會(huì)想到什么？是飛沙揚(yáng)礫、黃土漫天？還是熱浪洶涌，寸草不生？在死寂荒蕪的風(fēng)沙中，無論對(duì)于植物還是人類來說，生存都是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

生活在荒漠上的人們渴求綠色，希望通過植樹造林防沙止漠，守護(hù)綠水青山，重建家園。近日，電視紀(jì)錄片《沙漠“衛(wèi)士”》在央視科教頻道《創(chuàng)新進(jìn)行時(shí)》欄目播出，講述了華東師范大學(xué)基于昇騰AI研制大規(guī)?；哪謴?fù)治理機(jī)器人集群，通過科技創(chuàng)新改善荒漠環(huán)境的故事。

小小機(jī)器人蘊(yùn)藏大智慧

我們知道，植樹窗口期非常短，尤其對(duì)于荒漠化的地區(qū)，一年中只有短暫的春天可以種樹，且荒漠工作環(huán)境惡劣，人工種植效率非常低下。以給小樹挖坑這個(gè)步驟來說，一個(gè)樹坑需要一個(gè)人25分鐘左右的時(shí)間。即使機(jī)械化種植，仍需要人工參與監(jiān)督，無法實(shí)現(xiàn)無人看守的24小時(shí)連續(xù)工作。更何況是茫茫大漠，這種種植方式對(duì)環(huán)境改善來說簡(jiǎn)直就是杯水車薪。

唯有自動(dòng)化種植才能從根本上加快荒漠整治效率。華東師范大學(xué)智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室張新宇教授帶領(lǐng)他的研究生團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合昇騰AI技術(shù)團(tuán)隊(duì)基于異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)CANN（Compute Architecture for Neural Networks）成功研制種樹機(jī)器人，全面解放雙手，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化種植。

這款半人高的種樹機(jī)器人名叫“東方青帝”，寓意為中國(guó)的荒漠帶來綠色，它機(jī)身小巧卻處處蘊(yùn)藏大智慧。

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種樹機(jī)器人自帶螺旋大鉆頭，相比于傳統(tǒng)大型挖掘機(jī)，對(duì)荒漠地區(qū)脆弱的地表土壤損傷很小；搭載全新散熱系統(tǒng)和安全防護(hù)系統(tǒng)，能夠很好的適應(yīng)惡劣荒漠環(huán)境；配備柔性太陽(yáng)能電池板及追日控制系統(tǒng)，自適應(yīng)太陽(yáng)光線角度保證全天充電狀態(tài)。

更加硬核的是，它利用衛(wèi)星定位、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和云服務(wù)技術(shù)，可進(jìn)行全智能自動(dòng)化種植，借助昇騰硬件和異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)CANN，可實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè)、GPS厘米級(jí)定位、自動(dòng)避障和AI智能路線規(guī)劃等功能，使荒漠種樹更高效、節(jié)能。

攜手昇騰AI，用智慧點(diǎn)亮荒漠

每一個(gè)“智慧”背后，都凝聚著無數(shù)技術(shù)探索與日以繼夜的努力。

荒漠地區(qū)地形復(fù)雜，隨處可見重疊的沙石和縱橫的溝壑，種樹機(jī)器人在大面積的作業(yè)過程中，如果不能及時(shí)識(shí)別障礙，并且根據(jù)路況及時(shí)調(diào)整行進(jìn)路線，不僅會(huì)給機(jī)器自身造成無法評(píng)估的損壞，更會(huì)制約整體種植效率。

因此，團(tuán)隊(duì)希望設(shè)計(jì)出一套AI視覺分析系統(tǒng)，能自動(dòng)識(shí)別障礙并完成避障，比如識(shí)別到沙丘和溝壑能夠繞行避開。但深度學(xué)習(xí)技術(shù)、人工智能應(yīng)用開發(fā)的高門檻和對(duì)計(jì)算性能的極高要求，令華東師范大學(xué)師生一度陷入迷茫。

帶著“逢山開路、遇河架橋”的決心，華東師范大學(xué)師生幾經(jīng)摸索，最終在CANN技術(shù)團(tuán)隊(duì)的大力支持下，通過Atlas 200 AI加速模塊實(shí)現(xiàn)了整個(gè)AI視覺識(shí)別系統(tǒng)。Atlas 200能提供最高22 TOPS的算力，且具備較高能效比，借助CANN的上接主流AI框架、下聯(lián)系列化硬件并統(tǒng)一編程接口的能力，更加便捷的將推理模型部署在Atlas 200加速模塊上，并通過深度軟硬件協(xié)同優(yōu)化，充分釋放硬件澎湃算力，讓AI計(jì)算更高效。

CANN訓(xùn)練營(yíng)幫助開發(fā)者迅速上手

為了讓大家快速上手AI應(yīng)用開發(fā)，CANN技術(shù)團(tuán)隊(duì)專門組織了訓(xùn)練營(yíng)活動(dòng)，通過高質(zhì)量的學(xué)、練、賽賦能課程，幫助華東師范大學(xué)師生全面提升開發(fā)能力。同學(xué)們滿腔熱情地投入到基于CANN的AI編程學(xué)習(xí)中，并將學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化成項(xiàng)目實(shí)踐，快速實(shí)現(xiàn)AI視覺分析系統(tǒng)基礎(chǔ)模型和相關(guān)推理應(yīng)用。

軟硬協(xié)同技術(shù)助力訓(xùn)練效率提升

正所謂“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。在之前的實(shí)地荒漠測(cè)試階段，挖坑機(jī)器人曾由于光照環(huán)境與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境差異較大，無法準(zhǔn)確識(shí)別障礙物，因此還必須現(xiàn)場(chǎng)增加實(shí)地?cái)?shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練，而在當(dāng)時(shí)的情況下，根本不具備快速處理數(shù)十萬張圖片的計(jì)算能力。團(tuán)隊(duì)選用ModelArts一站式開發(fā)平臺(tái)，高效調(diào)度數(shù)據(jù)中心的高算力昇騰設(shè)備，該平臺(tái)借助CANN的深度算子融合、自動(dòng)任務(wù)流水、智能計(jì)算調(diào)優(yōu)等軟硬協(xié)同優(yōu)化技術(shù)充分釋放硬件算力，便捷快速地完成數(shù)據(jù)訓(xùn)練，挖坑機(jī)器人基于訓(xùn)練后的模型在真實(shí)環(huán)境下獲得了更強(qiáng)的環(huán)境識(shí)別和自主避障能力。

圖像預(yù)處理加速澆水機(jī)器人育苗桶識(shí)別

負(fù)責(zé)澆水的機(jī)器人在AI圖像識(shí)別方面也面臨著重重挑戰(zhàn)，實(shí)測(cè)階段團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)育苗桶的識(shí)別幀率較低，時(shí)延較高，導(dǎo)致經(jīng)常錯(cuò)過澆水時(shí)機(jī)，團(tuán)隊(duì)積極改進(jìn)，借助CANN的異步任務(wù)下發(fā)通道，驅(qū)動(dòng)多個(gè)硬件加速器多路并行處理，降低任務(wù)下發(fā)時(shí)延，有效加速了澆水機(jī)器人的圖像處理效率，真正實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)、高效育苗。

極簡(jiǎn)開發(fā)體系支撐算子快速開發(fā)

整個(gè)AI處理部分，機(jī)器人依靠CANN算子庫(kù)中豐富的內(nèi)置高性能算子，支撐起神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，并加速推理過程。但由于是全新的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，存在部分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算子不支持的情況，而CANN持續(xù)升級(jí)的算子開發(fā)體系在這種情況下發(fā)揮了重要作用，同學(xué)們通過全新開發(fā)以及基于算子庫(kù)小算子組合方式，快速搞定了看似復(fù)雜的算子開發(fā)，保證了整個(gè)項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

最終，基于昇騰AI視覺分析系統(tǒng)，機(jī)器人如同裝上了“最強(qiáng)大腦”，能夠?qū)Ａ啃l(wèi)星地形數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析，識(shí)別出適宜種植的區(qū)域，預(yù)測(cè)障礙規(guī)避路線，實(shí)現(xiàn)AI智能路線規(guī)劃，同時(shí)對(duì)于局部障礙，通過相機(jī)實(shí)時(shí)捕捉前方物體畫面，快速完成局部檢測(cè)和識(shí)別。配合標(biāo)準(zhǔn)化的免灌溉育苗種植裝置和智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)，“種樹機(jī)器人”集群可以將種植效率提高100倍以上，成活率提高至95%以上。

植樹造林關(guān)系人民福祉，關(guān)乎民族未來

“東方青帝”始于情懷，忠于專業(yè)

以技術(shù)創(chuàng)新踐行夢(mèng)想

團(tuán)隊(duì)希望不斷有新技術(shù)澆灌這個(gè)項(xiàng)目，并推廣到“一帶一路”沿線地區(qū)荒漠化治理中，構(gòu)筑“綠色”生產(chǎn)線將千年荒漠變成綠洲！

昇騰AI也將持續(xù)為荒漠化治理注入新的生產(chǎn)力，在年底全新開放升級(jí)的CANN 6.0版本中，將提供更加完善的開發(fā)體系，進(jìn)一步釋放AI生產(chǎn)力、優(yōu)化AI計(jì)算性能，幫助伙伴和開發(fā)者高效使用AI能力，實(shí)現(xiàn)AI技術(shù)和行業(yè)場(chǎng)景深度融合，為人工智能產(chǎn)業(yè)繁榮提供強(qiáng)健、穩(wěn)固的基石。