การพัฒนาโมเดลสำหรับตรวจนับต้นและทำนายสุขภาพต้นปาล์มน้ำมัน
ปัจจุบันเกษตรกรยังคงขาดความรู้ในการให้ปุ๋ยและจัดการแปลงอย่างถูกวิธี จึงทำให้ได้ผลผลิตน้อย มีค่าใช้จ่ายสูงในการจ้างแรงงานและค่าทรัพยากรที่ใช้ในการดูแลแปลงปาล์มน้ำมัน เช่น ปุ๋ย ยาฆ่าแมลง ยาป้องกันโรค เป็นต้น ในการเดินสำรวจแปลงด้วยแรงงานคนในแปลงปาล์มที่มีขนาดใหญ่ ต้องใช้เวลานานและอาจทำให้มีต้นปาล์มหลายต้นที่เป็นโรคและขาดธาตุอาหารเนื่องจากการดูแลไม่ทั่วถึง ซึ่งจะทำให้ผลผลิตปาล์มน้อยลงและอาจทำให้มีค่าใช้จ่ายในการดูแลและจัดการแปลงขึ้นได้ เพราะฉะนั้น การสำรวจแปลงปาล์มน้ำมันและประเมินสุขภาพของต้นปาล์มน้ำมันในพื้นที่เป็นสิ่งสำคัญที่จะทำให้เกษตรกรมีผลผลิตปาล์มน้ำมันที่ดีและลดค่าใช้จ่ายในการดูแลแปลง
เทคนิคการเรียนรู้เชิงลึก (Deep Learning) ซึ่งประกอบด้วยโครงข่ายประสาทแบบคอนโวลูชัน (Convolutional Neural Network) หลายๆ ชั้น ได้ถูกนำมาใช้ในการงานวิจัยนี้ เพื่อจำแนกสุขภาพต้นปาล์มและตรวจนับปาล์มต้นอัตโนมัติ ซึ่งเป็นเทคนิคที่ให้ความแม่นยำสูงหากมีข้อมูลสำหรับให้คอมพิวเตอร์เรียนรู้จำนวนมากพอและเป็นข้อมูลภาพที่มีคุณภาพ โดยโครงการได้นำภาพถ่ายทางอากาศรายละเอียดสูงจากอากาศยานไร้คนขับที่ได้ทำการบินสำรวจในพื้นที่ศึกษามาใช้ในการพัฒนาระบบ ภาพถ่ายทางอากาศที่นำมาใช้จะเป็นภาพที่ทำการต่อภาพและปรับแก้ความบิดเบี้ยวของภาพแล้ว (Orthophoto) ซึ่งภาพที่ได้จะมีค่าพิกัดทางภูมิศาสตร์
การใช้ภาพถ่ายทางอากาศรายละเอียดสูงจากอากาศยานไร้คนขับในงานการสำรวจสุขภาพต้นปาล์ม มีข้อดีดังต่อไปนี้
• สามารถบินสำรวจซ้ำที่เดิมได้บ่อยกว่าดาวเทียม
• ไม่มีเมฆปรากฏบนภาพที่ถ่ายได้
• สามารถบินถ่ายภาพได้รายละเอียดสูงระดับเซนติเมตร
• ต้นปาล์มจะแสดงอาการขาดธาตุอาหารออกทางใบปาล์ม ซึ่งสามารถมองเห็นได้บนภาพถ่ายจาก UAV
• ได้ภาพที่มีระบบพิกัดทางภูมิศาสตร์
ในส่วนของการพัฒนาระบบตรวจนับต้นและทำนายสุขภาพต้นปาล์มน้ำมันอัตโนมัติ ปัจจุบันกำลังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาระบบและโมเดลให้มีความแม่นยำสูงและมีความรวดเร็วในการประมวลผล ได้มีการนำโมเดล RetinaNet (Tsung-Yi Lin et al. , 2017) ที่มีประสิทธิภาพและความแม่นยำสูงในปัจจุบันมาทดลองใช้และปรับแก้สมการเพื่อให้ได้โมเดลสำหรับตรวจนับและทำนายสุขภาพต้นปาล์มน้ำมันที่มีความแม่นยำสูง ซึ่ง RetinaNet เป็นโมเดลสำหรับการตรวจจับวัตถุ (Object Detection) ที่มีความเร็วและความแม่นยำสูง มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในงานตรวจจับวัตถุ เช่น มะเร็งจากภาพเอกซเรย์ วัตถุในภาพวีดีโอ เป็นต้น
การพัฒนาระบบตรวจนับต้นและทำนายสุขภาพต้นปาล์มอัตโนมัติ ปัจจุบันกำลังอยู่ในขั้นตอนพัฒนาโมเดลให้มีความแม่นยำและพัฒนาระบบสำหรับใช้งานออนไลน์
โดยการพัฒนาระบบประกอบด้วย 2 ขั้นตอนหลัก คือ
- การพัฒนาโมเดลตรวจนับต้นและทำนายสุขภาพต้นปาล์มน้ำมัน
- การพัฒนาระบบตรวจนับต้นและทำนายสุขภาพต้นปาล์มน้ำมันจากภาพถ่ายทางอากาศรายละเอียดสูง
ในส่วนของการพัฒนาโมเดล ได้มีการใช้ภาพถ่ายทางอากาศรายละเอียดสูงมาใช้เป็นชุดข้อมูลสำหรับฝึกฝน (Training data) เพื่อตรวจจับและทำนายสุขภาพต้นปาล์มน้ำมัน โดยจะมีการใช้ภาพที่มาจากความสูงบินหลายระดับซึ่งจะมีความละเอียดของจุดภาพที่ต่างกันในการสร้างชุดข้อมูลสำหรับฝึกฝน อีกทั้งยังมีการเลือกใช้ภาพจากหลายพื้นที่เพื่อให้ชุดข้อมูลมีความหลากหลาย เนื่องจากลักษณะพื้นที่ แปลงปลูกปาล์มน้ำมัน สายพันธุ์ปาล์มน้ำมัน และลักษณะทางกายภาพต่างๆ ของต้นปาล์มจะมีความแตกต่างกันในแต่ละพื้นที่
ชุดข้อมูลที่ได้พัฒนาขึ้นจะถูกระบุตำแหน่งต้นปาล์มบนภาพและมีการจำแนกประเภทของสุขภาพต้นปาล์มเป็น 2 ประเภท ได้แก่ ต้นปาล์มสุขภาพดี และต้นปาล์มสุขภาพไม่ดี
ซึ่งใช้เกณฑ์การประเมินด้วยสายตาและการเดินสำรวจพื้นที่ตัวอย่างร่วมกับผู้เชี่ยวชาญ โดยต้นปาล์มที่มีสุขภาพดีและไม่ดี จะมีความแตกต่างกันเบื้องต้นในส่วนของสีใบและลักษณะทรงพุ่มหากดูจากภาพถ่ายทางอากาศรายละเอียดสูง ชุดข้อมูลที่ได้พัฒนาขึ้นจะมีการตรวจสอบความถูกต้องและปรับปรุงคุณภาพเพื่อให้ได้โมเดลที่มีประสิทธิภาพที่ดีที่สุดสำหรับใช้เป็นข้อมูลฝึกฝน ก่อนที่จะนำไปประยุกต์ใช้กับระบบตรวจนับต้นและทำนายสุขภาพต้นปาล์มน้ำมันอัตโนมัติ โดยชุดข้อมูลจะถูกใช้สำหรับการเรียนรู้เชิงลึกของคอมพิวเตอร์ที่มีการปรับแก้สมการหลายรูปแบบ แล้วทำการตรวจสอบความถูกต้องและเปรียบเทียบเพื่อหาโมเดลที่มีความแม่นยำและถูกต้องสูงที่สุด
การพัฒนาระบบตรวจนับต้นและทำนายสุขภาพต้นปาล์มน้ำมันอัตโนมัติ
ระบบตรวจนับต้นและทำนายสุขภาพต้นปาล์มน้ำมันอัตโนมัติ ถูกพัฒนาขึ้นสำหรับใช้กับแผนที่ภาพถ่ายทางอากาศรายละเอียดสูงจากอากาศยานไร้คนขับ รองรับภาพที่มีขนาดใหญ่ เจ้าหน้าที่ นักวิชาการ กลุ่มเกษตรกร หรือเกษตรกรรายย่อย สามารถใช้งานได้หากมีภาพถ่ายทางอากาศจากอากาศยานไร้คนขับ ในปัจจุบันหน่วยงานราชงานและเอกชนหลายแห่งมีอากาศยานไร้คนขับ หรือที่เรียกกันโดยทั่วไว้ว่าโดรน ไว้ใช้ในการทำงาน ซึ่งเจ้าหน้าที่ในแต่ละหน่วยงานที่เกี่ยวข้องสามารถทำการบินสำรวจเพื่อถ่ายภาพให้แก่เกษตรกรหรือบริเวณพื้นที่ที่ตนเองรับผิดชอบได้ ในอนาคตอุปกรณ์จะมีราคาถูกลงสามารถเข้าถึงได้ง่ายขึ้น กลุ่มเกษตรกรหรือเกษตรกรรายย่อยสามารถทำการบินเพื่อสำรวจเองได้ตามคำแนะนำของเจ้าหน้าที่และคู่มือการบินถ่ายภาพของโครงการวิจัย ระบบนี้จะสามารถเข้าถึงได้ออนไลน์ ผู้ใช้งานสามารถทำการอัพโหลดภาพเข้าสู่ระบบเพื่อทำการประมวลผลอัตโนมัติ (ปัจจุบันส่วนของระบบออนไลน์สำหรับผู้ใช้งานทั่วไปกำลังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาของโครงการวิจัยต่อเนื่อง)
โดยแนวคิดและการประยุกต์ใช้งานประกอบด้วย 4 ขั้นตอนได้แก่
- บินสำรวจเพื่อถ่ายภาพถ่ายทางอากาศโดยใช้อากาศยานไร้คนขับ (Fly)
- ตรวจนับต้น ทำนายสุขภาพ สรุปผลข้อมูล (Process)
- ดูผล วิเคราะห์ผล (Visualize)
- จัดการแปลงปาล์มน้ำมัน (Manage)
สำหรับขั้นตอนการตรวจนับต้น ทำนายสุขภาพ สรุปผลข้อมูล (Process) กำลังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาระบบให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ในส่วนนี้จะประกอบด้วยชุดโปรแกรมหลัก 6 ส่วน ได้แก่
- โปรแกรมต่อภาพและปรับแก้ความบิดเบี้ยวของภาพ (Orthophoto mosaicking)
- โปรแกรมตัดภาพ (Tiles generating)
- โปรแกรมนับต้นและทำนายสุขภาพต้นปาล์มน้ำมัน (Oil palm detection and health classification)
- โปรแกรมลบข้อมูลตำแหน่งต้นปาล์มที่ซ้ำซ้อน (Duplicated points removing)
- โปรแกรมหาพื้นที่ว่างสำหรับปลูกต้นปาล์มน้ำมัน (Prospect areas finding)
- โปรแกรมสรุปผลข้อมูล (Summarizing)
ผลลัพธ์ที่ได้จากระบบจะเป็นข้อมูลสรุปและข้อมูลเชิงพื้นที่ที่มีค่าพิกัดทางภูมิศาสตร์กำกับ ผู้ใช้งานจะสามารถดูบนแผนที่ออนไลน์หรือนำข้อมูลไปใช้วิเคราะห์ต่อได้