用于监控植物授粉的系统和方法

技术领域

本公开涉及一种用于监控带有一朵或多朵花的植物的授粉的系统，特别地涉及这样的系统，其包括多个麦克风，用于监控包括一朵或多朵花的区域。本公开进一步涉及一种用于监控植物授粉的对应方法，以及一种用于执行这种方法的数据处理系统、计算机可读存储介质和计算机程序。

背景技术

植物中的受精是一个有性生殖的过程，其发生在授粉和发芽之后。它被定义为雄配子(花粉)与雌配子(卵子)融合以形成二倍体合子。受精是在心皮的授粉后发生的物理化学过程。这个过程的完整系列在合子发育成种子中发生。

在受精过程中，花扮演一个重要的角色，因为它们是被子植物(开花植物)的生殖结构。植物中受精的方法发生在单倍体条件下的配子融合以产生二倍体合子的时候。

授粉(在其期间发生花粉从植物的雄性部分转移到植物的雌性部分)对于受精以及种子和种子所在的果实的产生是必不可少的。因此，授粉在园艺业中非常重要。如果一批植物没有有效地发生授粉，那么这批植物的产量将显著下降。授粉可以经由被动(例如风)或主动机制而发生。授粉者(诸如大黄蜂、蜜蜂、鸟类、蝙蝠、蝴蝶、花甲虫等)是授粉的主动贡献者。授粉者可以理解为将花粉从花的雄性花药运送到花的雌性柱头的动物。例如，在温室里，大黄蜂通常被用来给植物授粉。种植者可以购买装在盒子里的蜜蜂，并将盒子放在温室内的适当位置处。然后，蜜蜂会从一朵花飞到一朵花，并且执行它们的授粉功能。这种自然授粉技术的优点是它们提供了有效的授粉，至少与使用人工劳动的技术相比更有效。

这种自然授粉过程的缺点是温室操作者对其仅具有有限的控制，即对授粉者的行为仅具有有限的控制。授粉者(诸如大黄蜂)可能即避开温室中状况对它们不太有吸引力的地方。如果在温室中的某个区域，温度例如相对低和/或存在不期望的气流和/或存在次优照明，则授粉者可能避开该区域，这意味着该区域中的花将不被很好地授粉。结果可能是这个区域中的植物将具有非常低的果实产量。

因此，非常重要的是，温室操作者可以监控授粉者在整个温室中给花授粉的程度。只有这样，如果在温室中的某个地方授粉不令人满意地发生，则温室操作者才能采取适当的动作。因此，本领域中需要一种用于监控植物授粉的系统和方法。

发明内容

为此，公开了一种用于监控带有一朵或多朵花的植物的授粉的系统。该系统包括多个麦克风，用于监控包括所述一朵或多朵花的区域。多个麦克风之中的每个麦克风被配置成监控被监控区域的子区域。此外，每个麦克风适于记录由存在于麦克风的子区域中的授粉者(诸如大黄蜂)产生的声音，并且被配置成输出指示记录的声音的一个或多个信号。该系统进一步包括数据处理系统，该数据处理系统被配置成从多个麦克风中的每一个接收指示记录的声音的所述一个或多个信号。数据处理系统进一步被配置成基于从多个麦克风接收的信号来确定指示被监控区域中的一朵或多朵花被授粉的程度的授粉质量参数的值。

利用该系统，可以有效地监控植物的授粉。该系统可以容易地安装，并且不需要对温室中的其他装置进行实质性的调整。麦克风只需要适当地放置在温室中，优选地使得它们一起覆盖温室的相当大的部分。麦克风可以例如安装在温室中已经存在的和/或附近的照明器中。数据处理系统可以存在于温室外部。在一个示例中，数据处理系统是温室操作者办公室中的台式计算机(已经安装了适当的计算机程序)。有利的是，麦克风是相对简单的装置，其仍然可以监控相对大的子区域，尤其是因为它可以记录来自授粉者的声音，例如从麦克风的位置来看，该授粉者在一些树叶后面。这与例如成像系统形成对比，如果授粉者不在视线内，则该成像系统不会记录该授粉者。在授粉者用于给温室中的花授粉的情况下，记录的声音也将指示与授粉者给花授粉相关联的声音。因此，基于记录的声音，数据处理系统可以确定本文描述的一个或多个授粉质量参数。原则上，由从麦克风接收的一个或多个信号指示的与授粉相关联的声音越多，授粉质量参数的值就越高(假设授粉质量参数的值越高对应于授粉越好)。

一个或多个信号可以指示记录的声音，因为它们指示代表记录的声音的一个或多个声波图。声波图可以理解为是指声音的频谱，即指示每频率或每频率带宽的强度(例如，以dB表示)的频谱。

原则上，被监控区域中的花的授粉越好，产量就会越高。一批花可能比另一批花被更好地授粉，在这个意义上，所述一批中的花比另一批中的花平均被授粉更多次，即平均被授粉者访问更频繁，和/或在这个意义上，所述一批中的花比另一批中的花在授粉事件期间被更有效地授粉。

任何种类的植物都可以用所公开的系统来监控，例如：水果植物，诸如葡萄藤、蓝莓植物、草莓植物、覆盆子植物、黑莓植物、苹果树、樱桃树、桃树等；以及蔬菜植物，诸如黄瓜植物、番茄植物、茄子、胡椒植物等。

一些或所有麦克风可以被配置成记录由完全围绕麦克风的子区域中的授粉者产生的声音，即麦克风可以是360度麦克风。附加地或替代地，麦克风可以是定向的，因为它们被配置成仅监控其周围环境的特定部分。麦克风可以被配置成监控至少一个植物的一部分，例如第一植物的一部分和第二植物的一部分。在这种情况下，麦克风的子区域仅包括至少一个植物的一部分。为了说明，麦克风可以被配置成监控钢丝(high wire)番茄植物的顶部部分。替代地，麦克风可以被配置成监控多个植物，例如典型地将是草莓植物的情况。在这种情况下，麦克风的子区域包括若干植物。各个麦克风的子区域可以重叠，或者可以不重叠。授粉者的示例是大黄蜂、蜜蜂、鸟类(诸如蜂鸟)、蝙蝠、蝴蝶、花甲虫等。

每个麦克风被配置成输出的一个或多个信号可以被称为声音信号，因为它们指示记录的声音。优选地，一个或多个声音信号包括发送它们的麦克风的标识符，使得数据处理系统能够确定信号来自哪个麦克风。此外，数据处理系统优选地已经存储了与它们监控的温室中它们相应的子区域相关联的麦克风的相应标识符。这使得数据处理系统能够确定如来自麦克风的一个或多个信号所指示的，在温室中的哪些子区域中产生声音。

如所述，数据处理系统被配置成确定指示被监控区域中的一朵或多朵花被授粉的程度的授粉质量参数的值。应当领会，这可以实施为数据处理系统被配置成确定指示被监控区域中的特定区域中的一朵或多朵花被授粉的程度的授粉质量参数。数据处理系统可以被配置成确定若干授粉质量参数，这些授粉质量参数分别指示被监控区域中的若干区域中的一朵或多朵花被授粉的程度。数据处理系统被配置成确定指示被监控区域中的一朵或多朵花被授粉的程度的授粉质量参数的值可以附加地或替代地被实施为数据处理系统被配置成基于与被监控区域中的若干区域相关联的若干授粉质量参数来确定组合授粉质量参数。

在一个实施例中，数据处理系统被配置成：基于从多个麦克风接收的一个或多个信号来确定被监控区域或被监控区域中的一个区域中的授粉事件的数量，和/或确定被监控区域或被监控区域中的一个区域中的每个授粉事件的持续时间，其中每个授粉事件包括授粉者访问花。授粉质量参数然后可以基于确定授粉事件的数量和/或持续时间。在这样的实施例中，授粉质量参数的值可以基于授粉事件的数量和/或基于每个授粉事件的持续时间来确定。该实施例提供了用于确定授粉质量参数的便利方式。授粉事件的数量和它们相应的持续时间与花被授粉的程度正相关。

在一个实施例中，数据处理系统被配置成通过以下来确定授粉事件：确定授粉事件发生的概率，并且如果所确定的概率高于阈值概率(例如高于50％)，则将其计数为授粉事件。

应当领会，授粉者访问花不一定意味着授粉事件发生，例如当花需要超声处理(sonication)来释放花粉、并且超声处理声音或超声处理模式在(由授粉者提供给花的)能量或持续时间方面被证明是无效的或不足的时。在这种情况下，可能是数据处理系统确定授粉者已经访问了花，但是数据处理系统没有识别出与授粉事件相关联的声音和/或声音模式。

在一个实施例中，数据处理系统被配置成针对一个或多个确定的授粉事件确定授粉者是哪种物种或昆虫类型。这是有利的，因为它允许跟踪授粉者群体的多样性和其他特性。例如，如果许多授粉是由“偶然”进入温室的野生蜜蜂完成的，也许就不需要增加一个附加的大黄蜂蜂巢。

在一个实施例中，数据处理系统被配置成针对被监控区域中的多个区域之中的每个区域，基于从多个麦克风接收的一个或多个信号确定指示该区域中的一朵或多朵花被授粉的程度的授粉质量参数。该实施例有利地允许监控如由多个麦克风监控的总区域中的每个区域的授粉质量，并且因而使得温室操作者能够看到哪些位置的授粉质量相对低。

授粉质量参数的值，特别是如果它是针对同一区域连续确定的，则可以用于预测该区域中的植物何时准备好收获。因此，在一个实施例中，数据处理系统被配置成基于所确定的授粉质量参数的值来确定农产品准备收获的收获时间。更特别地，由于数据处理系统可以被配置成确定被监控区域中每个区域的授粉质量参数的值，因此数据处理系统可以被配置成确定被监控区域中每个区域的这种收获时间。

在一个实施例中，数据处理系统被配置成针对被监控区域中的多个区域之中的每个区域，基于从多个麦克风接收的一个或多个信号确定该区域中授粉事件的数量和/或该区域中每个授粉事件的持续时间，其中每个授粉事件包括授粉者访问花。在该实施例中，数据处理进一步被配置成针对每个区域，基于所确定的该区域中授粉事件的数量和/或基于所确定的该区域中授粉事件的持续时间，确定指示该区域中一朵或多朵花被授粉的程度的授粉质量参数的值。该实施例使得能够以方便的方式确定每个区域的授粉质量。

被监控区域包括若干区域。这些区域可以与子区域相同。在这种情况下，针对每个子区域确定授粉质量参数，从而有效地针对每个麦克风确定一个授粉质量参数。然而，这本身不需要是这种情况。确定授粉质量参数的区域可以不同于子区域。为了说明，很可能只有很少的授粉事件特定地发生在两个相应的相邻麦克风的两个子区域重叠的区域中。然后，可以针对该特定区域确定低授粉质量参数，而可以针对两个相应麦克风的两个子区域中的其他区域确定较高授粉质量参数。

数据处理系统可以被配置成确定授粉事件的数量，在这个意义上，它被配置成确定每单位时间(例如每周、每天、每小时、每分钟等)的授粉事件的数量。

在一个实施例中，数据处理系统被配置成通过从来自多个麦克风的一个或多个信号中识别与授粉事件相关联的声音和/或与授粉事件相关联的声音模式来确定授粉事件。该实施例使得能够精确地确定授粉事件，并可能精确地确定它们相应的持续时间。

声音可以是可识别的，因为它有一定的频率。声音模式可以是时延声音模式和/或频率模式，诸如快速傅立叶变换(FFT)模式。

优选地，数据处理系统已经存储了与相应的一个或多个授粉事件相关联的一个或多个参考声音和/或参考声音模式。可以通过记录授粉者实际对花授粉时产生的声音来获得参考声音。在任何情况下，都应该确认授粉发生在参考声音被记录下来的时候。这可以简单地由人类观察者来完成，该人类观察者可以指示授粉事件已经发生且有效的时间。可以类似地获得参考时延声音模式。可以通过对记录的参考声音进行傅立叶变换来获得参考频率模式。

对于该实施例，原则上，本领域中已知的任何声音分类技术(也称为音频分类技术)可以用于识别与授粉事件相关联的声音和/或声音模式。例如，可以使用神经网络，如在Xi Shao等人的ApplyingNeural Network on the Content-Based AudioClassification,Fourth International Conference on Information,Communicationsand Signal Processing,2003and the Fourth Pacific Rim Conference onMultimedia.Proceedings of the 2003Joint,15-18December 2003中描述的。然后，在该出版物中引用的训练数据集可以由记录的参考声音和/或参考声音模式形成。

等人的Predicting species identity of bumblebees throughanalysis offlight buzzing sounds,The International Journal of Animal Soundand its Recording,Volume 26,2017-Issue 1,pages 63-76,May2016公开了针对不同类型嗡嗡声的示例摄谱仪(spectrograph)，包括用于眠熊蜂工蜂(B.hypnorum worker)的超声处理，以及可以用于识别与授粉事件相关联的声音的声音分类技术。

在一个实施例中，声音模式是时延声音模式，并且包括包含与授粉者的飞行相关联的声音的第一时间段、基本上没有与授粉者的飞行相关联的声音的随后的第二时间段、以及包含与授粉者的飞行相关联的声音的随后的第三时间段。

典型地，在授粉期间，授粉者不飞行。因此，在两个飞行时段之间的非飞行时段可以指示授粉事件。

声音或声音模式应该在嘈杂的环境中被识别。很有可能记录的声音包含了第二时间段期间其他飞行授粉者的声音。然而，就识别该授粉事件而言，其他授粉者的这种飞行声音应被视为噪音。

在一个实施例中，数据处理系统被配置成基于如在记录的声音中识别的模式中的第二时间段的持续时间来确定授粉事件的持续时间。

在一个实施例中，授粉者是蜜蜂(诸如大黄蜂)，并且与授粉事件相关联的声音是超声处理声音和/或与授粉事件相关联的声音模式是超声处理声音模式。已知蜜蜂利用振动从花药中吸取花粉。这被称为超声处理，并且也称为蜂鸣授粉。在超声处理期间，蜜蜂产生超声处理声音。超声处理声音的特性在Paul De Luca和Mario Vallejo-Marín的What’sthe‘buzz’about？The ecology and evolutionary significance of buzz-pollination,Current Opinion in Plant Biology 2013,16:429–435中详细描述。

超声处理声音可以理解为是指由正在进行超声处理的蜜蜂产生的声音，并且超声处理声音模式可以理解为是指由正在进行超声处理的蜜蜂产生的频率声音模式。

在一个实施例中，数据处理系统被配置成基于超声处理声音的持续时间来确定授粉事件的持续时间。

在一个实施例中，多个麦克风包括被配置成监控被监控区域的第一子区域的第一麦克风和被配置成监控被监控区域的第二子区域的第二麦克风。第一和第二子区域至少部分重叠，并且其中数据处理系统被配置成：从第一麦克风接收指示第一子区域中记录的声音的第一一个或多个信号，并且从第二麦克风接收指示第二子区域中记录的声音的第二一个或多个信号；以及基于第一一个或多个信号和第二一个或多个信号，确定指示被监控区域中的一个区域中的一朵或多朵花被授粉的程度的授粉质量参数的值，所述区域包括第一和第二子区域之间的所述至少部分重叠。

在一个实施例中，数据处理系统可以被配置成基于第一一个或多个信号并基于第二一个或多个信号来确定第一和第二子区域之间的重叠中的特定授粉事件和/或第一和第二子区域之间的重叠中的特定授粉事件的持续时间。在该实施例中，特定授粉事件在第一一个或多个信号和第二一个或多个信号中都留下了足迹，即，与特定授粉事件相关联的声音被第一和第二麦克风两者记录。

这些实施例使得能够准确地确定由麦克风监控的子区域边界附近的区域的授粉质量参数。在特定麦克风的子区域的边界附近产生的声音当然不如在该特定麦克风附近产生的声音被该特定麦克风记录得清楚。在该实施例中，第一和第二麦克风的子区域重叠，这意味着重叠区域由第一和第二麦克风两者监控。在重叠区域中产生的声音被第一麦克风和第二麦克风两者记录。结果，在重叠区域中产生的声音(例如上述超声处理声音)由第一一个或多个信号和第二一个或多个信号两者指示。因此，该声音将在第一一个或多个信号和第二一个或多个信号两者中具有足迹，尽管它可能是弱足迹。数据处理系统可以被配置成基于它们的出现时间将两个足迹彼此关联，并且基于该关联，确定声音是在第一和第二子区域的重叠区域中产生的。特别地，数据处理系统被配置成基于该关联来确定在重叠区域中已经发生了授粉事件。

在一个实施例中，其中第一和第二子区域至少部分重叠，数据处理系统被配置成从第一麦克风接收第一一个或多个信号并且从第二麦克风接收第二一个或多个信号，第一一个或多个信号指示与第一授粉事件相关联的第一声音和/或第一声音模式，第二一个或多个信号指示与第二授粉事件相关联的第二声音和/或第二声音模式。在该实施例中，数据处理系统被配置成基于第一声音和第二声音的相似性和/或基于第一声音模式和第二声音模式的相似性，确定第一和第二声音与同一授粉事件相关联和/或第一和第二声音模式与同一授粉事件相关联。

该实施例允许精确地监控子区域重叠的区域中的授粉事件。特别地，该实施例可以防止同一授粉事件被计数超过一次。

相似性可以涉及发生时间的相似性，例如第一和第二声音和/或第一和第二声音模式被同时记录的程度，和/或频谱的相似性，例如第一和第二声音和/或第一和第二声音模式的频谱相同的程度。

在一个实施例中，数据处理系统被配置成基于一个或多个确定的授粉质量参数的值来估计受精花的百分比。

在一个实施例中，数据处理系统进一步被配置成执行机器学习算法，用于改善数据处理系统确定授粉质量参数的值的能力。执行机器学习算法包括接收训练数据，该训练数据包括针对特定授粉者类型的各批植物的多组记录的声音。每组记录的声音在训练数据中与指示相关联批中的花被授粉的程度的授粉质量参数的实际值相关联。执行机器学习算法进一步包括基于训练数据建立授粉质量参数估计模型。这可以使用本领域中已知的方法来执行。

例如，一批的授粉质量参数可以是实际测量的该批中受精花的百分比。因此，可以通过对量化的一批花中的授粉事件的数量进行计数，使用一个或多个麦克风来监控该批花所存在的区域，并且然后在适当的时间对已经被正确授粉的花的数量进行计数，来获得训练数据。这允许计算该批中受精花的百分比。应当领会，一批的实际产量(例如最终收获的果实的数量)可以被认为是授粉质量参数，或者至少可以理解为确定授粉质量参数的输入。要理解，实际的最终产量与授粉的质量关联。然后，可以通过存储每组记录的声音和授粉质量参数的实际测量值来分析训练数据。

基于训练数据构建授粉质量参数估计模型优选地包括将记录的声音与授粉质量参数的实际值的值相关联。

在一个示例中，该实施例包括：

-接收包括多组记录的声音的训练数据，其中每组记录的声音与在训练时段期间由麦克风监控的区域相关联。该区域包括上面提及的批，

-分析记录的声音，

-在训练时段期间接收该区域的授粉质量参数的报告/测量值，以及

-将分析的数据与授粉质量参数的值相关联。

在一个实施例中，数据处理系统被配置成基于相应的多个区域之中的每个区域的所确定的授粉质量参数的值，确定多个区域之中的一个或多个关注区域，每个确定的关注区域具有低于阈值的相关联授粉质量参数的值。

应当领会，授粉质量参数的值越高，指示花被授粉得越好。因此，该实施例使得能够标识温室中由于某种原因授粉进行得不太好的区域。温室操作者可以检查这些区域，并查看状况是否如所期望的那样，以及他或她是否可以改变什么(例如改变温度、气流、照明)以便促进授粉。

在一个实施例中，该系统包括授粉控制系统，该授粉控制系统被配置成影响选定区域中的授粉。在该实施例中，数据处理系统被配置成基于对一个或多个关注区域的确定，控制授粉控制系统以改善所述一个或多个关注区域中的授粉。授粉控制系统适于控制被监控区域中的一个或多个区域中的环境条件，其中环境条件影响一个或多个区域中的授粉。这些环境条件可以包括一个或多个区域中的照明条件、声音、振动、气流、温度、湿度等。用于控制照明、声音、振动、气流、温度和湿度的系统在本领域中是已知的。例如，在温室中打开的窗户或通风口附近，或者在通风系统的空气入口的位置，气流可能使得昆虫不愿意飞到那里，并且因此授粉不太可能发生。这是因为一般来说，飞行的昆虫被气流干扰，并且甚至迷失方向。(暂时地)调整气流因此可以用于控制温室的一些区域中的授粉。可能发生减少的授粉活动的区域的另一个示例可以是靠近引起干扰噪声和振动的能量聚集的区域。此外，光照加强的或者光进入温室并朝向植物的直接视线的位置(其通过例如温室的玻璃面板上的反射或如温室中使用的反射性资产而被加强)可能导致授粉活动减少。此外，整个温室中不均匀的温度和CO

该实施例实现了一批花在整个温室中均匀地授粉，并且防止了由于不良授粉导致的产量的局部降低。

如果授粉控制系统用于改善授粉，则它也可以被称为授粉促进系统。授粉控制系统尤其可以被配置成改善和/或恶化选定区域中的授粉。

数据处理系统可以被配置成基于对一个或多个关注区域的确定，控制授粉控制系统以恶化关注区域之外的区域中的授粉。这可能是有益的，因为可以实现均匀授粉。为了说明，授粉可以影响收获的时间，并且通过抑制选定区域中的授粉，可以确保果实在大致相同的时间准备好收获。

在一个实施例中，授粉控制系统包括园艺照明系统，该园艺照明系统被配置成产生适于影响授粉的授粉光。数据处理系统然后被配置成基于对一个或多个关注区域的确定，控制园艺照明系统在所述一个或多个关注区域中提供授粉光，以改善所述一个或多个关注区域中的授粉。该实施例提供了一种在选定区域促进授粉的便利方式。授粉光例如可以使得它吸引授粉者。

园艺照明系统因此可以被配置成产生适于改善和/或恶化授粉的授粉光。WO2015/113818 A1中公开的技术(特别是光谱)可以用于吸引授粉者和/或引导它们到授粉应该被改善的区域。通常，可调谐的光谱、偏振、强度和/或光的闪烁模式可以用于控制吸引或排斥授粉者进入或离开一个位置。蓝光(例如，波长约400-405nm)或长UVA波长很好地吸引大黄蜂。作为黄色和紫外线组合的“蜜蜂的紫色”也吸引大黄蜂。附加地或替代地，可以改变花的照射角度，以便使蜜蜂更容易看到花瓣。一些花瓣看起来改变颜色，这取决于照明角度和/或观察角度。这被称为彩虹色。颜色的变化通常在UV光谱中，并且因此蜜蜂可看到。他们可以看到这些闪亮的花瓣，并将其与糖相关联。因此，花变得对蜜蜂更有吸引力，并得到授粉。

在一个实施例中，授粉控制系统包括声音产生系统，该声音产生系统被配置成产生适于影响授粉的声学信号。然后，数据处理系统被配置成基于对一个或多个关注区域的确定，控制声音产生系统在所述一个或多个关注区域中提供声学信号，以改善所述一个或多个关注区域中的授粉。

声音产生系统因此可以被配置成产生适于改善和/或恶化授粉的声学信号。例如，授粉者的声音(诸如大黄蜂的飞行声音或超声处理声音)可以用来吸引附加的授粉者。声音产生系统还可以应用自学习过程来收听/记录授粉的声音，并再现与成功授粉相关联的声音。

本公开的一个独特方面涉及一种用于监控带有一朵或多朵花的植物的授粉的方法。该方法包括从用于监控包括所述一朵或多朵花的区域的多个麦克风中的每一个接收指示记录的声音的一个或多个信号。多个麦克风之中的每个麦克风被配置成监控被监控区域的子区域。此外，每个麦克风适于记录由存在于麦克风的子区域中的授粉者(诸如大黄蜂)产生的声音。该方法进一步包括基于从多个麦克风接收的一个或多个信号，确定指示被监控区域中的一朵或多朵花被授粉的程度的授粉质量参数的值。可选地，该方法是计算机实施的。本文描述的任何方法的每个步骤可以是或可以不是计算机实施的。

此外，这种用于监控授粉的方法可以包括本公开中描述的数据处理系统被配置成执行的任何步骤。应该领会，这些步骤不一定由数据处理系统来执行。为了说明，控制授粉控制系统的步骤可以由数据处理系统以及由人类温室操作者来执行。

在一个实施例中，该方法包括针对被监控区域中的多个区域之中的每个区域，基于从多个麦克风接收的一个或多个信号确定指示该区域中的一朵或多朵花被授粉的程度的授粉质量参数。该实施例还包括，基于针对多个区域中的每个区域的所确定的授粉质量参数的值，确定多个区域之中的一个或多个关注区域，每个关注区域具有低于阈值的相关联授粉质量参数的值。该实施例进一步包括，基于对一个或多个关注区域的确定，控制授粉控制系统，该授粉控制系统被配置成影响选定区域中的授粉，以改善所述一个或多个关注区域中的授粉。

后一步骤例如由控制本文描述的园艺照明系统和/或声音产生系统的温室操作者来执行。替代地，该步骤可以由数据处理系统执行。在后一种情况下，数据处理系统可以自主地执行该步骤，在这个意义上，不需要人工干预。

本公开的一个方面涉及一种数据处理系统，供在本文描述的用于监控植物授粉的任何系统中使用。这种数据处理系统可以被配置成执行本文描述的用于监控植物授粉的任何方法。

本公开的一个方面涉及一种包括指令的计算机程序，所述指令当由数据处理系统执行时使得数据处理系统执行本文描述的用于监控植物授粉的任何方法，包括其中控制授粉控制系统以影响授粉的这种方法。

本公开的一个方面涉及一种存储本文描述的任何计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质。

本公开的一个方面涉及一种计算机，该计算机包括具有体现在其中的计算机可读程序代码的计算机可读存储介质，以及耦合到计算机可读存储介质的处理器(优选为微处理器)，其中响应于执行计算机可读程序代码，处理器被配置成执行本文描述的任何方法。

本公开的一个方面涉及一种计算机程序或计算机程序套件，包括至少一个软件代码部分或者存储至少一个软件代码部分的计算机程序产品，该软件代码部分当在计算机系统上运行时被配置为执行本文描述的任何方法。

如本领域技术人员将领会的，本发明的诸方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的诸方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式，所述软件和硬件方面在本文中通常都可以被称为“电路”、“模块”或“系统”。本公开中描述的功能可以实施为由计算机的处理器/微处理器执行的算法。此外，本发明的诸方面可以采取在一种或多种计算机可读介质中体现的计算机程序产品的形式，该一种或多种计算机可读介质具有在其上体现(例如，存储)的计算机可读程序代码。

可以利用一种或多种计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于：电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述的任何适合组合。计算机可读存储介质的更具体示例可以包括但不限于以下：具有一条或多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式致密盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备、或前述的任何适合组合。在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何有形介质，其可以包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序。

计算机可读信号介质可以包括传播的数据信号，该信号具有体现在其中(例如，在基带中或作为载波的一部分)的计算机可读程序代码。这种传播的信号可以采取各种形式中的任何一种，包括但不限于电磁、光学、或其任何适合的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，其不是计算机可读存储介质，并且其可以传达、传播或输送由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序。

在计算机可读介质上体现的程序代码可以使用任何适当的介质(包括但不限于无线、有线、光纤、线缆、RF等，或前述的任何适合组合)来传送。用于实行本发明的诸方面的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写，该一种或多种编程语言包括面向对象的编程语言(诸如Java(TM)、Smalltalk、或C++等)和常规的过程性编程语言(诸如“C”编程语言或相似的编程语言)。程序代码可以完全在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上执行、作为独立的软件包执行、部分地在用户的计算机上并且部分地在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者可以与外部计算机进行连接(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。

下面参照根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图示和/或框图来描述本发明的诸方面。将要理解，流程图示和/或框图的每个框以及流程图示和/或框图中的框的组合可以通过计算机程序指令来实施。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机、或其他可编程数据处理装置的处理器，特别是微处理器或中央处理单元(CPU)，以产生机器，使得经由计算机的处理器、其他可编程数据处理装置、或其他设备执行的指令创建用于实施流程图和/或一个或多个框图框中指定的功能/动作的装置。

这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指导计算机、其他可编程数据处理装置、或其他设备以特别的方式运转，使得存储在所述计算机可读介质中的指令产生制品，该制品包括实施流程图和/或一个或多个框图框中指定的功能/动作的指令。

计算机程序指令还可以加载到计算机、其他可编程数据处理装置、或其他设备上，以使一系列操作步骤在计算机、其他可编程装置、或其他设备上执行，以产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实施流程图和/或一个或多个框图框中指定的功能/动作的过程。

各图中的流程图和框图图示了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示代码的模块、段或部分，其包括用于实施指定的(多个)逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意，在一些替代实施方式中，框中所述的功能可以不按照图中所述的顺序出现。例如，连续示出的两个框事实上可以基本上同时执行，或者有时可以以相反的顺序执行这些框，这取决于所涉及的功能。还将注意，框图和/或流程图示的每个框以及框图和/或流程图示中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统、或者专用硬件和计算机指令的组合来实施。

此外，提供了用于实行本文所描述的方法的计算机程序，以及存储该计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质。计算机程序可以例如被下载(更新)到现有数据处理系统，或者在制造这些系统时被存储。

除非以其他方式明确说明，否则针对特定实施例或关于特定实施例讨论的元件和方面可以适当地与其他实施例的元件和方面相组合。将参考所附附图进一步说明本发明的实施例，该附图将示意性地示出根据本发明的实施例。将理解，本发明不以任何方式局限于这些具体实施例。

附图说明

将参考附图中所示的示例性实施例更详细地解释本发明的诸方面，在附图中：

图1示意性地示出了用于监控植物授粉的系统的实施例；

图2表示指示被监控区域中的相应区域的相应值的热图；

图3示意性地示出了包括园艺照明系统的系统的实施例；

图4示意性地示出了包括声音产生系统的系统的实施例；

图5是示出根据实施例的方法的流程图；

图6是示出用于构建授粉质量参数估计模型的机器学习算法的流程图；

图7示出了根据实施例的数据处理系统。

具体实施方式

在附图中，相同的附图标记指示相同或相似的元件。

图1是本文公开的用于监控植物的系统1的实施例的示意性表示。特别地，图1示出了温室10，其中存在若干带有一朵或多朵花8的植物6。植物可以是任何类型的植物，只要它们是可以被授粉者授粉的植物。植物例如是：水果植物，诸如葡萄藤、蓝莓植物、草莓植物、覆盆子植物、黑莓植物、苹果树、樱桃树、桃树等；以及蔬菜植物，诸如黄瓜植物、番茄植物、茄子、胡椒植物等。

该系统包括多个麦克风2a-2f，用于监控温室10内部的区域。麦克风可以安装在现有的照明器中，或者至少安装在现有照明器的位置。麦克风可以悬挂在植物上方。附加地或替代地，麦克风可以位于植物之间中。每个麦克风被配置成监控被监控区域的子区域。为了说明，麦克风2a被配置成监控子区域4a，麦克风2b被配置成监控子区域4b，等等。每个麦克风可以记录由存在于麦克风的子区域中的授粉者(诸如大黄蜂)产生的声音。此外，每个麦克风可以输出指示记录的声音的一个或多个信号。这些信号可以经由麦克风和数据处理系统100之间的相应通信连接输出到数据处理系统100。在图中，去往和来自数据处理系统100的实线指示这样的通信连接。本文提到的每个通信连接可以是有线连接、无线连接、或者部分是有线连接且部分是无线连接的连接。在一个示例中，麦克风可以连接到诸如互联网的分组交换网络，并通过互联网与数据处理系统100通信。数据处理系统例如是远程服务器。

数据处理系统100可以是分布式系统，例如在某种意义上，诸如存储器元件的一些元件可以存在于一个或多个麦克风处，而诸如微处理器的其他元件位于远离麦克风(例如在远程服务器处)。

在任何情况下，数据处理系统100被配置成经由数据处理系统的一个或多个输入接口112从多个麦克风中的每一个接收指示记录的声音的一个或多个信号。数据处理系统100进一步被配置成基于从多个麦克风接收的信号，使用至少一个处理器102来确定指示被监控区域中的一朵或多朵花被存在于被监控区域中的授粉者授粉的程度的授粉质量参数的值。数据处理系统100可以例如被配置成对被监控区域或被监控区域中的一个区域中的授粉事件的数量和/或对被监控区域或被监控区域中的一个区域中的每个授粉事件的持续时间进行计数。如本文所使用的，授粉事件可以理解为包括授粉者访问花并给花授粉。数据处理系统100可以例如针对被监控区域中的特定区域和/或作为整体的整个被监控区域，对每单位时间(例如每天)每朵花的授粉事件的平均数量进行计数。基于授粉事件的数量和/或基于它们的测量的持续时间，可以确定授粉质量参数的值。

图1示出了由麦克风监控的子区域4重叠。然而，这本身并不是必需的。一些子区域可能重叠，而其他子区域可能不与任何其他子区域重叠。此外，设想没有子区域4与另一个子区域4重叠的实施例。应当领会，如果两个子区域至少部分重叠，则它们的两个相关联的麦克风可以记录存在于两个子区域重叠的区域中的授粉者的声音。为了说明，子区域4a和子区域4b至少部分重叠。这意味着麦克风2a和麦克风2b将记录如由存在于该重叠区域中的授粉者产生的声音。数据处理系统100然后可以被配置成基于来自麦克风2a的信号和来自麦克风2b的信号两者来确定指示子区域4a和子区域4b之间的重叠中的花被授粉的程度的授粉质量参数的值。通过使多个麦克风覆盖同一区域，可以改善可以在该区域中检测授粉事件的准确性。此外，这也允许更好地定位测量的授粉事件。毕竟，如果相同的授粉事件在如由麦克风2a记录的声音和如由麦克风2b记录的声音两者中都有足迹，则该授粉事件一定已经发生在子区域2a和子区域2b之间的重叠中。两个麦克风的重叠区域可能相对大。

在一个实施例中，多个麦克风可以包括本领域中已知的一个或多个麦克风阵列，其中麦克风阵列中的每个麦克风可以监控基本相同的区域。这使得能够检索声音的方向，并且因此确定记录的声音的位置。这样做的优点是可以监控大区域，并且可以根据记录的声音确定静止位置信息。麦克风阵列还可以用于波束形成，以通过去除噪声源来改善信噪比。使用麦克风阵列使得能够更精确地定位授粉事件，并且还给出授粉者飞行轨迹的指示。

数据处理系统100可以被配置成针对多个区域确定相应的授粉质量参数。应当领会，确定授粉质量参数的值的区域不一定与麦克风2的子区域4重合。然而，在一个实施例中，每个区域对应于一个子区域。然后，数据处理系统100有效地针对每个子区域确定授粉质量参数的值，该值指示一朵或多朵花在所讨论的子区域中被授粉的程度。

数据处理系统100进一步可以被配置成经由一个或多个输出接口114在显示器16上呈现相应授粉质量参数的区域和它们相应的值。这可以以热图的形式呈现。

图2示出了呈现每个区域的授粉质量参数的显示器16的示例。显示器16呈现三个区域A、B、C。区域B和区域C具有相似值的授粉质量参数。在这个示例中，假设区域B和区域C中的花授粉良好。然而，区域A的授粉质量参数具有相对低的值，即相对于区域B和区域C的值相对低。该较低的值指示区域A中的花不如区域B和区域C中的花授粉好。看到该热图的温室操作者可以去检查区域A，以便查看区域A中的状况是否如它们应该的那样，并且查看他或她是否可以采取措施来改善该区域A中的授粉。状况可以指环境条件，诸如光条件、声音、振动、气流、温度、湿度等，并且因此温室操作者可以采取措施来改变这些环境条件中的一个或多个以改善授粉。

因此，区域A可以被确定为如上所述的关注区域，其具有低于阈值的授粉质量参数的值。使用哪个阈值很大程度上取决于手头的情况(哪些植物、哪些授粉者等)，然而，可以为任何情形确定合适的阈值。

图3示意性地示出了一个实施例，其中该系统包括授粉控制系统，该授粉控制系统被配置成影响选定区域中的授粉。在该实施例中，该系统还包括多个麦克风，然而，为了清楚起见，这些没有在图2中示出。数据处理系统100被配置成基于对一个或多个关注区域的确定，控制授粉控制系统以改善所述一个或多个关注区域中的授粉。在图3中，授粉控制系统包括园艺照明系统12，其被配置成产生适于影响授粉的授粉光。如上所解释的，可以控制园艺照明系统以在一个或多个关注区域中提供授粉光，用于改善所述一个或多个关注区域中的授粉。

图4示意性地示出了该系统的一个实施例，其还包括实施为声音产生系统14的授粉控制系统，该声音产生系统14被配置成产生适于影响授粉的声学信号。该实施例还包括多个麦克风。为了清楚起见，没有示出这些。声音产生系统14优选地包括多个麦克风。然后，这些麦克风可以被放置在整个被监控区域的不同位置，使得可以在不同的区域中选择性地提供声学信号，当然优选地是所标识的关注区域。数据处理系统100被配置成基于对一个或多个关注区域的确定，控制声音产生系统在所述一个或多个关注区域中提供声学信号，以改善所述一个或多个关注区域中的授粉。

图5是说明用于监控植物授粉的方法的实施例的流程图。在步骤30-37中，麦克风2

在步骤38中，数据处理系统100基于在步骤30-37中接收的一个或多个信号，确定指示被监控区域中的一朵或多朵花被授粉的程度的授粉质量参数的值。该步骤可以实施为数据处理系统100确定指示在由多个麦克风监控的整个区域中花被授粉的程度的总体授粉质量参数的值。附加地或替代地，该步骤可以被实施为数据处理系统100确定特定区域的值，或者被实施为数据处理系统100确定被监控区域中相应区域的相应值。

数据处理系统可以被配置成通过从来自多个麦克风的一个或多个信号中识别与授粉事件相关联的声音和/或与授粉事件相关联的声音模式来确定授粉事件。

在一个实施例中，其中数据处理系统被配置成识别声音模式，声音模式可以被理解为时延声音模式，并且包括包含与授粉者的飞行相关联的声音的第一时间段、基本上没有与授粉者的飞行相关联的声音的随后的第二时间段、以及包含与授粉者的飞行相关联的声音的随后的第三时间段。注意，

蜜蜂(诸如大黄蜂)给花授粉通常进行下述一系列动作。基于这些动作和它们相关联的声音，可以在记录的声音中识别声音模式。

-朝向花接近：麦克风(其要么位于花附近要么指向花)捕捉大黄蜂在其飞行模式下的声音(具有独特的翅膀频率)。该接近可以从声音振幅的增加中推断出来。

-降落到花上：在降落时，声音突然“消失”(因为大黄蜂使其翅膀被固定住)。这是“测量”大黄蜂在花上停留时间的起点。

-停留在花上：大黄蜂停留在花上(相互作用，收集花蜜和花粉)的时段是大黄蜂安静的时间(这是降落和起飞之间的时间)，或者是大黄蜂产生超声处理声音或超声处理声音模式的时间。这个时间是重要的，因为足够长的时间意味着蜜蜂与花具有“有益的”相互作用(享用它找到的食物)，并且因此最有可能使花受精，因为进入花的深处具有高的受精可能性。

-从花上起飞：可以通过声音的再次开启来检测起飞。这可以不仅以声音的开始为特征，而且以声音频率和振幅的增加为特征。

-飞走：飞走事件类似于接近阶段，但相反。首先检测到起飞，并且然后大黄蜂进入固定翅膀频率模式，并且当大黄蜂与麦克风的距离增加时，振幅下降。

-通信信号：当大黄蜂正生成声音，例如以招募其他蜜蜂时，授粉的可能性增加。一个原因是蜜蜂指示花是它将访问的一种不错的食物来源。此外，它招募了更多的授粉者，从而增加了更多授粉者将访问花的机会。

可选地，如由虚线所指示，数据处理系统100控制园艺照明系统12以局部产生授粉光，以便改善选定区域中的授粉(步骤40)；和/或控制声音产生系统14以局部提供声音信号，以便改善选定区域中的授粉(步骤42)；和/或控制显示器16，以便可选地以热图的形式在显示器上呈现被监控区域中的一个或多个相应区域的一个或多个确定的授粉质量参数的值(步骤44)。

图6是示出该方法的实施例的流程图，其中执行机器学习算法以改善数据处理系统基于记录的声音确定授粉质量参数的值的能力。

最初，获得训练数据50。这些训练数据50包括各批植物的多组记录的声音52，其中每组记录的声音在训练数据50中与指示相关联批中的花被授粉的程度的授粉质量参数的实际值54相关联。

这些训练数据50然后在步骤56中被用于将授粉质量值与记录的声音相关联。步骤56因此包括将授粉质量值与记录的声音相关联。该步骤56的输出是授粉质量参数估计模型58，其在步骤62中用于基于记录的声音60来确定授粉质量参数的一个或多个值64。步骤62的输出是相应的一个或多个授粉质量参数的一个或多个值的集合64。

可选地，如由虚线所指示，执行步骤68。在该步骤68中，将如在步骤62中确定的授粉质量参数的值与授粉质量参数的实际测量值66进行比较，以查看所确定的授粉质量参数64正确的程度。当然，在步骤62中确定的值和在步骤68中用于比较的实际测量值66是针对相同的各批植物的。实际测量值66和记录的声音60可以随后用作训练数据，以便改善相关性，即，以便改善在步骤62中使用的授粉质量参数估计模型。

图7描绘了图示根据一个实施例的数据处理系统的框图。通常，数据处理系统在本文中也可以被称为数据处理器、数据处理单元、数据处理服务器或数据处理计算机。

如图7中所示，数据处理系统100可以包括通过系统总线106耦合到存储器元件104的至少一个处理器102。如此，数据处理系统可以将程序代码存储在存储器元件104内。进一步，处理器102可以执行经由系统总线106从存储器元件104存取的程序代码。在一个方面中，数据处理系统可以实施为适合于存储和/或执行程序代码的计算机。然而，应当领会，数据处理系统100可以以包括处理器和存储器的任何系统的形式来实施，该处理器和存储器能够执行本说明书内描述的功能。

存储器元件104可以包括一个或多个物理存储器设备，诸如例如本地存储器108和一个或多个大容量存储设备110。本地存储器可以指代一般在程序代码的实际执行期间使用的随机存取存储器或(多个)其他非持久性存储设备。大容量存储设备可以实施为硬盘驱动器或其他持久数据存储设备。处理系统100还可以包括一个或多个高速缓冲存储器(未示出)，该一个或多个高速缓冲存储器提供至少一些程序代码的临时存储，以便减少在执行期间必须从大容量存储设备110检索程序代码的次数。

可选地，描绘为输入设备112和输出设备114的输入/输出(I/O)设备可以耦合到数据处理系统。输入设备的示例可以包括但不限于本文提到的多个麦克风、键盘、诸如鼠标的指点设备、或触敏显示器等。输出设备的示例可以包括但不限于本文提到的显示器16、本文提到的授粉控制系统，诸如本文提到的园艺照明系统和/或本文提到的声音产生系统等。输入和/或输出设备可以直接或通过中间的I/O控制器耦合到数据处理系统。

在实施例中，输入和输出设备可以实施为组合的输入/输出设备(在图7中以围绕输入设备112和输出设备114的虚线图示)。这种组合的设备的示例是触敏显示器，有时也称为“触摸屏显示器”或简称为“触摸屏”。在这样的实施例中，可以通过物理对象(诸如例如手写笔或用户的手指)在触摸屏显示器上或附近的移动来提供对设备的输入。

网络适配器116还可以耦合到数据处理系统以使得其能够通过中间的私有或公共网络耦合到其他系统、计算机系统、远程网络设备和/或远程存储设备。网络适配器可以包括用于接收由所述系统、设备和/或网络传送到数据处理系统100的数据的数据接收机，以及用于将数据从数据处理系统100传送到所述系统、设备和/或网络的数据传送器。调制解调器、线缆调制解调器和以太网卡是可以与数据处理系统100一起使用的不同类型的网络适配器的示例。

如图7中所绘制，存储器元件104可以存储应用程序118。在各种实施例中，应用程序118可以存储在本地存储器108、一个或多个大容量存储设备110中，或者与本地存储器和大容量存储设备隔开。应当领会，数据处理系统100可以进一步执行可以促进应用程序118的执行的操作系统(图7中未示出)。以可执行程序代码的形式实施的应用程序118可以由数据处理系统100(例如由处理器102)执行。响应于执行该应用程序，数据处理系统100可以被配置成执行本文描述的一个或多个操作或方法步骤。

在一个方面中，数据处理系统100可以代表服务器。例如，数据处理系统可以代表(HTTP)服务器，在该情况下，应用程序118在被执行时可以配置数据处理系统来执行(HTTP)服务器操作。

本发明的各种实施例可以实施为与计算机系统一起使用的程序产品，其中程序产品的(多个)程序定义实施例的功能(包括本文描述的方法)。在一个实施例中，(多个)程序可以包含在各种非暂时性计算机可读存储介质上，其中如本文所使用的，表述“非暂时性计算机可读存储介质”包括所有计算机可读介质，唯一的例外是暂时性传播信号。在另一个实施例中，(多个)程序可以包含在各种暂时性计算机可读存储介质上。说明性的计算机可读存储介质包括但不限于：(i)其上永久存储信息的不可写存储介质(例如，计算机内的只读存储器设备，诸如由CD-ROM驱动器可读的CD-ROM盘、ROM芯片、或任何类型的固态非易失性半导体存储器)；和(ii)其上存储可更改信息的可写存储介质(例如，闪存、软盘驱动器或硬盘驱动器内的软盘、或任何类型的固态随机存取半导体存储器)。计算机程序可以在本文描述的处理器102上运行。

本文使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例的目的，并且不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清晰指示。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件、和/或其组。

以下权利要求中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于与如具体要求保护的其他所要求保护的元件组合地执行功能的任何结构、材料或动作。出于说明的目的已经展现了本发明的实施例的描述，但不旨在穷尽或局限于所公开形式中的实施方式。许多修改和变型对于本领域普通技术人员将是清楚的。选取和描述实施例以便最好地解释本发明的原理和一些实际应用，并且使得本领域的其他普通技术人员能够针对具有适合于设想的特别的用途的各种修改的各种实施例理解本发明。