摘要：風沙肆虐，沙漠侵蝕神州大地，華東師範大學基於昇騰AI基礎軟硬體平臺研製的種樹機器人成為沙漠“衛士”，穿越戈壁，跨越千里，為荒漠治理貢獻力量！華師大攜手昇騰AI共同植起綠色希望！
本文分享自華為雲社群《千年荒漠變綠洲，看沙漠“衛士”攜手昇騰AI植起綠色希望》，作者： 昇騰CANN 。
引言：風沙肆虐，沙漠侵蝕神州大地，華東師範大學基於昇騰AI基礎軟硬體平臺研製的種樹機器人成為沙漠“衛士”，穿越戈壁，跨越千里，為荒漠治理貢獻力量！華師大攜手昇騰AI共同植起綠色希望！
提起荒漠，你會想到什麼？是飛沙揚礫、黃土漫天？還是熱浪洶湧，寸草不生？在死寂荒蕪的風沙中，無論對於植物還是人類來說，生存都是個不小的挑戰。
生活在荒漠上的人們渴求綠色，希望透過植樹造林防沙止漠，守護綠水青山，重建家園。近日，電視紀錄片《沙漠“衛士”》在央視科教頻道《創新進行時》欄目播出，講述了華東師範大學基於昇騰AI研製大規模荒漠恢復治理機器人叢集，透過科技創新改善荒漠環境的故事。
圖片來源：央視科教頻道《沙漠“衛士”》紀錄片
小小機器人蘊藏大智慧
我們知道，植樹視窗期非常短，尤其對於荒漠化的地區，一年中只有短暫的春天可以種樹，且荒漠工作環境惡劣，人工種植效率非常低下。以給小樹挖坑這個步驟來說，一個樹坑需要一個人25分鐘左右的時間。即使機械化種植，仍需要人工參與監督，無法實現無人看守的24小時連續工作。更何況是茫茫大漠，這種種植方式對環境改善來說簡直就是杯水車薪。
唯有自動化種植才能從根本上加快荒漠整治效率。華東師範大學智慧機器人實驗室張新宇教授帶領他的研究生團隊，聯合昇騰AI技術團隊基於異構計算架構CANN（Compute Architecture for Neural Networks）成功研製種樹機器人，全面解放雙手，實現自動化種植。
這款半人高的種樹機器人名叫“東方青帝”，寓意為中國的荒漠帶來綠色，它機身小巧卻處處蘊藏大智慧。
種樹機器人自帶螺旋大鑽頭，相比於傳統大型挖掘機，對荒漠地區脆弱的地表土壤損傷很小；搭載全新散熱系統和安全防護系統，能夠很好的適應惡劣荒漠環境；配備柔性太陽能電池板及追日控制系統，自適應太陽光線角度保證全天充電狀態。
更加硬核的是，它利用衛星定位、物聯網、人工智慧和雲服務技術，可進行全智慧自動化種植，藉助昇騰硬體和異構計算架構CANN，可實現全天候作業、GPS釐米級定位、自動避障和AI智慧路線規劃等功能，使荒漠種樹更高效、節能。
攜手昇騰AI，用智慧點亮荒漠
每一個“智慧”背後，都凝聚著無數技術探索與日以繼夜的努力。
荒漠地區地形複雜，隨處可見重疊的沙石和縱橫的溝壑，種樹機器人在大面積的作業過程中，如果不能及時識別障礙，並且根據路況及時調整行進路線，不僅會給機器自身造成無法評估的損壞，更會制約整體種植效率。
因此，團隊希望設計出一套AI視覺分析系統，能自動識別障礙並完成避障，比如識別到沙丘和溝壑能夠繞行避開。但深度學習技術、人工智慧應用開發的高門檻和對計算效能的極高要求，令華東師範大學師生一度陷入迷茫。
帶著“逢山開路、遇河架橋”的決心，華東師範大學師生幾經摸索，最終在CANN技術團隊的大力支援下，透過Atlas 200 AI加速模組實現了整個AI視覺識別系統。Atlas 200能提供最高22 TOPS的算力，且具備較高能效比，藉助CANN的上接主流AI框架、下聯絡列化硬體並統一程式設計介面的能力，更加便捷的將推理模型部署在Atlas 200加速模組上，並透過深度軟硬體協同最佳化，充分釋放硬體澎湃算力，讓AI計算更高效。
1、CANN訓練營幫助開發者迅速上手
為了讓大家快速上手AI應用開發，CANN技術團隊專門組織了訓練營活動，透過高質量的學、練、賽賦能課程，幫助華東師範大學師生全面提升開發能力。同學們滿腔熱情地投入到基於CANN的AI程式設計學習中，並將學習轉化成專案實踐，快速實現AI視覺分析系統基礎模型和相關推理應用。
2、軟硬協同技術助力訓練效率提升
正所謂“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。在之前的實地荒漠測試階段，挖坑機器人曾由於光照環境與實驗室環境差異較大，無法準確識別障礙物，因此還必須現場增加實地資料集進行訓練，而在當時的情況下，根本不具備快速處理數十萬張圖片的計算能力。團隊選用ModelArts一站式開發平臺，高效排程資料中心的高算力昇騰裝置，該平臺藉助CANN的深度運算元融合、自動任務流水、智慧計算調優等軟硬協同最佳化技術充分釋放硬體算力，便捷快速地完成資料訓練，挖坑機器人基於訓練後的模型在真實環境下獲得了更強的環境識別和自主避障能力。
3、影像預處理加速澆水機器人育苗桶識別
負責澆水的機器人在AI影像識別方面也面臨著重重挑戰，實測階段團隊發現機器人對育苗桶的識別幀率較低，時延較高，導致經常錯過澆水時機，團隊積極改進，藉助CANN的非同步任務下發通道，驅動多個硬體加速器多路並行處理，降低任務下發時延，有效加速了澆水機器人的影像處理效率，真正實現了實時、高效育苗。
4、極簡開發體系支撐運算元快速開發
整個AI處理部分，機器人依靠CANN運算元庫中豐富的內建高效能運算元，支撐起神經網路訓練，並加速推理過程。但由於是全新的業務場景，存在部分神經網路運算元不支援的情況，而CANN持續升級的運算元開發體系在這種情況下發揮了重要作用，同學們透過全新開發以及基於運算元庫小運算元組合方式，快速搞定了看似複雜的運算元開發，保證了整個專案的順利進行。
最終，基於昇騰AI視覺分析系統，機器人如同裝上了“最強大腦”，能夠對海量衛星地形資料進行快速分析，識別出適宜種植的區域，預測障礙規避路線，實現AI智慧路線規劃，同時對於區域性障礙，透過相機實時捕捉前方物體畫面，快速完成區域性檢測和識別。配合標準化的免灌溉育苗種植裝置和智慧監測平臺，“種樹機器人”叢集可以將種植效率提高100倍以上，成活率提高至95%以上。
植樹造林關係人民福祉，關乎民族未來；
“東方青帝”始於情懷，忠於專業，以技術創新踐行夢想。
團隊希望不斷有新技術澆灌這個專案，並推廣到“一帶一路”沿線地區荒漠化治理中，構築“綠色”生產線將千年荒漠變成綠洲！
昇騰AI也將持續為荒漠化治理注入新的生產力，在年底全新開放升級的CANN 6.0版本中，將提供更加完善的開發體系，進一步釋放AI生產力、最佳化AI計算效能，幫助夥伴和開發者高效使用AI能力，實現AI技術和行業場景深度融合，為人工智慧產業繁榮提供強健、穩固的基石。