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标    题 航拍器清点识别技术应用于牧业普查的推广实验研究报告
索引号 01165907-0/2017-00192
信息分类 调研报告  \  其他
发文机关 统计局
发文字号
成文日期 2017-07-12
航拍器清点识别技术应用于牧业普查的推广实验研究报告

  一、应用背景

  长久以来,“牧业普查”工作一直运用圈畜清点的传统办法,这不仅需要抽调大量人员、车辆,而且需要广大牧户高度配合。普查中,小畜的清点需将其全部圈入圈中,再逐个放出清点,不仅费时,准确率也得不到保证,而且会使牲畜出现掉膘等普查负面效应,对牧民生产生活影响较大,牧民抵触情绪严重。

  牧业税取消之前,因为基层有“三提五统”分税提留的利益关系,苏木嘎查两级政府都能高度重视普查工作,普查质量基本能够得到保障。但随着牧业税的取消,基层政府由于缺失了自身的经济利益,对牧业普查的积极性和主动性全面下降。实际上近年来的牧业普查基本上处于个人申报状态。

  基于上述现状,探寻更为行之有效的牧业普查方法已是迫在眉睫。小型无人机航拍技术的不断成熟和较高的性价比,使夏季牧业普查方式的革新成为了可能。为此,锡盟统计局在2015年夏季牧业普查工作中提出用“航拍清点技术”进行普查的想法,首先在东乌旗进行了试验示范研究,取得了初步技术成果,并对其优缺点进行了较好的总结。随着图像识别软件的开发成型,已基本具备了在全盟夏季牧业普查使用条件,并在今年6月初再次在东乌旗进行了实验,取得成功。

  二、图像识别技术的应用

  东乌旗天然草地面积(不包括乌拉盖)为5918.57万亩,可利用面积为5690.86万亩,是锡林郭勒盟、自治区乃至全国天然原始植被保存最为完好的草原之一,也是全区最具草原畜牧业特点的牧业旗县。境内由西向东半荒漠化草原、典型草原、草甸草原地带性分布突出,因此选择在东乌旗进行应用实验在全区较具有代表性,为将来技术的可复制、可推广积累经验。

  实验中,我们选用的是深圳市大疆创新科技有限公司的精灵3系列航拍器。该机器价格便宜、操作简单,普通人稍加指导便可上手应用,因此很容易被大家所接受。同时该机器在性能上具有飞行稳定、精准悬停、抗风力强、噪音小、拍摄图片清晰、操控距离远等特点。

  本次实验在东乌旗各苏木嘎查不同类型的草地及地貌均进行了图像抽样采集工作,深入牧户100多家,实际采集图像371张,并对所有照片进行了多方面的分析,最后选定了30张具有代表性的图片进行了进一步的数据分析。软件自动识别综合误差率为1.56%,平均差为3.32%;单图最大识别误差率(绝对值)10.75%,单图最小识别误差率(绝对值)仅为0.20%。

  

图2-1 最大误差图(10.75%) 拍摄高度96m (高草地)

  

图2-1 较大误差图(-8.15%) 拍摄高度96m (高草地)

  

  图2-3最小误差图(-0.20%) 拍摄高度70m (典型草地)

  上述图片可以看出,极个别特殊地貌对识别有一定影响。因此在具体统计工作中,可以与牧户协调,尽量选取对拍摄有利的环境多角度取景。

  我们对部分数据进行了分析,发现飞行高度在60m-80m之间,误差率基本可控制在3.5%左右,完全可满足现行牲畜普查≤5%的误差率控制水平。也就是说,现有机型和软件技术能力已完全可用于牧业普查统计当中。如下图所示:

图2-4 飞行高度与误差率离散分布图

  三、普查方式对比性分析

  以东乌旗为例,传统清点方式,由苏木镇统一组织,在普查工作开展前,由嘎查两委反复对牧民进行宣传动员。具体入户调查一般为每个嘎查(村)分成3-4个组,每组需要抽调2辆越野车、6-7人,要真正做到全部入户清查,每天只能入户清点10户左右,全旗所有嘎查仅入户清点就需要7天左右,还不包括特殊天气原因造成的延误时间。

  航拍器清点方式,可以由旗普查办直接统一组织,只需1名向导,并提前告知牧户即可。每个嘎查仅需1辆越野车、4人即可,每天至少能入户30户以上,工作时限可以控制在7天以内。

  两种方式比较(以嘎查有畜户150户为样本),航拍器清点方式除一次性投入较高(航拍器设备的采购)以外,无论是在人力、物力还是财力方面都远远优于传统人工清点方式。对比表如下:

   

表3-1 两种清点方式对比表

  四、存在问题  

  1.由于拍摄高度的限制,超过1500只的大羊群难以取像。特别是夏季牧业普查中,东乌旗养殖规模大的牧户(牲畜规模在1500头〔只〕以上的)不在少数,个别户甚至超过三四千只。我们在实验中试行了用航拍器驱赶、分群拍摄的方法,能够做到分辨清晰拍摄。但这样做也有两个不足之处,一是在驱赶分群时,航拍器对牲畜造成一定的惊吓,势必会对牲畜的采食形成一定影响,出现掉膘的情况;二是分群拍摄耗时相对较长,特别是在大风等不利天气的情况下,对电池续航能力是个考验。

  2.电池续航能力弱。由于电池自身容量限制,一般一块电池最多只能拍摄三家牧户。因此为了使普查工作不间断进行,每个飞行器至少要配备2-3块电池。

  3.管理维护难度大。近年来国家对小型飞行器的管理力度逐步加大,飞行器本身也存在很大不安全因素,因此不适合分发到基层管理,建议成立相关机构集中管理使用。但与之而来每次调查需要对机器的大规模维护检查、升级更新,需要大量的人力和时间,也是需要迫切解决的问题。

  4.由于电池和摄像云台厂家标注的理论工作环境是0℃-40℃,而我们在实际多次应用测试中,在地面气温低于零下20℃时,设备会出现画面中断、失控、失联等问题,因此冬季牧业普查需慎重使用;另外,雨天也不适合飞行拍摄。一是拍摄效果不佳,二是雨水可能进入飞行器导致短路、损坏飞行器,三是遇有雷电时飞行易发生事故。

  五、软件改进意见

  1.进一步优化识别算法,缩小识别误差率。

  2.软件在识别工作完成后,建议在“查看报告”页面增加导出excel表格功能,方便工作人员使用。

  3.建议增加对已识别图像中的牛羊进行打标记和修改功能,方便工作人员对未识别出的牛羊或已识别错误的物体进行再标记或删除标记等操作。

  六、结论

  通过上面对本次实验的研究和分析,可以说本次实验是成功的。平均误差率仅为3.32%,已达到统计调查制度要求。但软件在界面交互友好性及实用性方面还有很多需要提高的地方,识别算法也需要进一步优化,争取识别误差率缩小到3%以内,即可在全国范围内进行推广应用。

  虽然还有诸多需要改进的地方,但就夏季牧业普查而言,在人力、物力以及时间上相比较过去传统的普查方式已经是一个质的超越,特别是准确率方面,更是比人为清点大大提高(人工清点误差一般超过5%),因此航拍清点技术完全可以应用于夏季牧业普查。