عدّ 718,751 نخلة زيت من الصور الجوية

السؤال

كم نخلة في المزرعة، وأين تقع كل واحدة منها؟ في أرض بهذا الحجم يكون العدّ اليدوي بطيئًا ولا ينتج خريطة. المُخرَج هنا نقطة مرسومة لكل نخلة، قطعةً قطعة، يمكن للمزرعة الاستعلام عنها والتحقق منها.

كيف يعمل

1. الصورصورة فسيفسائية متعامدة RGB لكل قطعة
2. المربعاتمقاطع بحجم 1280 بكسل مع تداخل 256 بكسل
3. الكشفنموذج YOLOv8 بفئة واحدة: نخلة الزيت
4. الدمجدمج نتائج المقاطع وإزالة التكرار
5. الجردنقطة لكل نخلة، بصيغتي GeoPackage وCSV

تعلّم النموذج من 4,041 تاجًا موسومًا يدويًا على 435 مقطعًا من قطعتين. مقاطع القطعة التجريبية عينة طبقية، اختيرت لتشمل مشاهد فيها أعشاب فقط، ونخيل فقط، ومشاهد مختلطة. وقُسّمت مجموعات التدريب والتحقق والاختبار بنسبة 70/15/15 حسب القطاع الجغرافي لا حسب المقطع العشوائي، فيعكس مقياس الاختبار أرضًا لم يرها النموذج.

تحسين النموذج أثناء العمل

مع وصول القطع ظهر نمطان من الأخطاء: الظلة الكثيفة للنخيل البالغ حيث تتداخل التيجان المتجاورة، والنخيل الصغير الذي يسهل أن يفوت. وسمت أمثلة من الحالتين في قطعة ثانية وأعدت التدريب. النموذج المنشور حصيلة 9 جولات تدريب، قورنت كل منها بمجموعة الاختبار المحجوبة نفسها. ومقارنةً بالنسخة الأساسية السابقة، يجد نخيلًا أكثر ويخطئ في اكتشافات أقل، فلم يأتِ أي من التحسنين على حساب الآخر.

مدى الدقة

قيّمت النموذج المنشور على 79 مقطعًا للاختبار فيها 716 نخلة موسومة يدويًا، من أرض لم يتدرب عليها قط، وشغّلت النسخة الأساسية على المقاطع نفسها.

يعتمد العدّ على داخل المقاطع لأن مقاطع سلسلة المعالجة تتداخل: التاج المقطوع عند حافة مقطع يظهر كاملًا في المقطع التالي، وتُدمج النسخ المكررة. كانت النسخة الأساسية تُخفق غالبًا في الظلة الكثيفة وفي النخيل الصغير، وأغلقت إعادة التدريب على هذه الحالات معظم الفجوة. التقييم الكامل في بطاقة النموذج (بالإنجليزية).

كي يكون المجموع صحيحًا

سُلّمت القطع واحدة تلو الأخرى، وتداخل كثير منها. وكشف فحص كل زوج من القطع عن 5,194.7 هكتارًا من التغطية المشتركة في 51 زوجًا من القطع. ولو جُمع عدد كل قطعة على حدة لحُسب النخيل في تلك المناطق مرتين أو ثلاثًا.

حللت ذلك بقاعدة ثابتة: الأرض المشتركة تعود إلى القطعة التي سُلّمت أولًا، وتُسقط القطع اللاحقة ما اكتشفته داخل ذلك التداخل. كل هكتار يُحسب مرة واحدة.

مجموع أعداد القطع1,021,163

كل هكتار محسوب مرة واحدة718,751

أُزيل 302,412 عدًّا مكررًا (29.6%)

حيث توفرت بيانات الارتفاع (5 من أصل 26 قطعة)، يشير فحص لارتفاع الظلة إلى الاكتشافات الأقصر من أن تكون معقولة، والتي على الأرجح ليست نخيلًا. يشير إليها للمراجعة ولا يحذفها.

ما لا يدّعيه هذا العمل

• حُلّت التداخلات باستخدام الامتداد المستطيل لكل قطعة، لا بحدود ملكية مُساحة. قد تتغير مجاميع القطع إذا طُبّقت الحدود الحقيقية، لكن إجمالي المزرعة لا ينبغي أن يتغير كثيرًا، لأن التداخل تداخل حقيقي بين الصور.
• لا يبقى لبعض القطع بعد تطبيق القاعدة سوى شريط ضيق من الأرض، فيبدو عدد النخيل لكل هكتار فيها منخفضًا جدًا. تحتاج تلك الأرقام إلى تحقق ميداني قبل الاستشهاد بها.
• يقترب العدّ داخل المقاطع من العدّ اليدوي جزئيًا لأن الأخطاء يلغي بعضها بعضًا: يفوت النموذج نحو 100 نخلة موسومة، ولعدد مماثل من الاكتشافات لا يوجد وسم مطابق. وعلى مستوى القطع كان الفرق +3.2% و−4.3%. المجاميع على عدد كبير من النخيل موثوقة، لكن ليس كل اكتشاف منفرد صحيحًا.
• هذه فحوص على مقاطع محجوبة، لا عدّ ميداني لقطعة كاملة. ونخيل المزرعة صغير السن في معظمه، ولم يُقس أداء النموذج في مزارع أخرى ولا على نخيل بالغ طويل تتداخل تيجانه بشدة.

ما تسلّمته المزرعة

• ملف GeoPackage لكل قطعة بطبقتين: حدود التيجان، ونقطة لكل نخلة مع معرّف ودرجة ثقة ومساحة التاج.
• جرد رئيسي للمزرعة كلها يجمع كل القطع.
• دليل تشغيل لمعالجة القطع الجديدة دون إعادة التدريب، ما لم يظهر نمط خطأ جديد.

شيفرة ونموذج مفتوحان

بإذن من مالك المزرعة، أصبحت الشيفرة والنموذج المدرَّب متاحين للعموم بترخيص AGPL-3.0. وتبقى الصور والوسوم لدى المزرعة. ويمكن أيضًا تصدير النموذج بصيغة ONNX وتشغيله في QGIS عبر إضافة Deepness.