Monitoring the health and vigor of grasslands is vital for informing management decisions to optimize rotational grazing in agriculture applications. To take advantage of forage resources and improve land productivity, we require knowledge of pastureland growth patterns that is simply unavailable at state of the art. In this paper, we propose to deploy a team of robots to monitor the evolution of an unknown pastureland environment to fulfill the above goal. To monitor such an environment, which usually evolves slowly, we need to design a strategy for rapid assessment of the environment over large areas at a low cost. Thus, we propose an integrated pipeline comprising of data synthesis, deep neural network training and prediction along with a multi-robot deployment algorithm that monitors pasturelands intermittently. Specifically, using expert-informed agricultural data coupled with novel data synthesis in ROS Gazebo, we first propose a new neural network architecture to learn the spatiotemporal dynamics of the environment. Such predictions help us to understand pastureland growth patterns on large scales and make appropriate monitoring decisions for the future. Based on our predictions, we then design an intermittent multi-robot deployment policy for low-cost monitoring. Finally, we compare the proposed pipeline with other methods, from data synthesis to prediction and planning, to corroborate our pipeline's performance.


翻译:监测草原的健康和活力对于指导管理决策以优化农业应用中的轮回放牧量至关重要。为了利用饲料资源和提高土地生产率,我们需要了解草原生长模式,这是目前绝无的。在本文件中,我们提议部署一个机器人小组,监测未知牧场环境的演变,以实现上述目标。为了监测这种环境,通常变化缓慢,我们需要设计一个战略,以低成本的方式快速评估大面积地区的环境。因此,我们提议建立一个综合管道,由数据综合、深神经网络培训和预测以及间歇性监测牧场的多机器人部署算法组成。具体地说,我们利用专家知情的农业数据,加上ROS Gazebo的新的数据合成,我们首先提出一个新的神经网络结构,以学习环境的波形时动动态。这种预测有助于我们了解大尺度的牧场生长模式,并为未来作出适当的监测决定。我们根据我们的预测,然后设计一个间歇性多机器人部署政策,用于监测牧场。最后,我们用从低成本的预测到管道的预测,将数据与其他数据模拟方法进行比较。

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