Détection automatique de plantes au sein d’images aériennes de champs par apprentissage non supervisé et approche multi-agents

International audienceThis paper focuses on the detection of plants from aerial images captured by drones. An efficient detection method would benefit both farmers who wish to know the state of their crops and predict their yield and agronomists to facilitate the acquisition of experimental data and reduce the cost.We propose a two-step method with, first, an unsupervised learning, then the implementation of a weakly parameterized multi-agent system. In the first step, a clustering system estimates the position of rows and plants based on a priori known geometric constraints, namely that crop rows are globally equidistant from each other and that the same is true for plants within a row. In a second step, the multi-agent system refines the estimation provided by the clustering step and isolates each plant.We demonstrate the performance of the method on sunflower plant counting tasks. The results obtained are comparable to those of the state of the art on easy problems and significantly better on hard problems. We then present results on the identification of density gradients in a field based on the distribution of emerged plants.An important contribution of this work also concerns the development of a tool for generating virtual fields with the game engine Unity. It is thus possible to easily generate realistic datasets corresponding to various situations, thus overcoming the difficulty of obtaining labelled datasets.Cet article a pour objet la détection de plantes à partir d’images aériennes capturées par drones. Une méthode efficace de détection bénéficierait autant aux agriculteurs qui souhaitent connaître l’état de leurs cultures et en prédire le rendement qu’aux agronomes pour faciliter l’acquisition de données expérimentales et en réduire le coût.Nous proposons une méthode en deux étapes avec, d’abord, un apprentissage non supervisé, puis la mise en œuvre d’un système multi-agent faiblement paramétré. Dans un premier temps, un clustering estime la position des rangs et des plantes en s’appuyant sur des contraintes géométriques connues a priori, à savoir que les rangs de cultures sont globalement équidistants entre eux et qu’il en est de même pour les plantes au sein d’un rang. Dans un second temps, le système multi-agent raffine l’estimation fournie par l’étape de clustering et isole chaque plante.Nous démontrons les performances de la méthode sur des tâches de comptage de plants de tournesols. Les résultats obtenus sont comparables à ceux de l’état de l’art sur les problèmes faciles et nettement supérieurs sur les problèmes difficiles. Nous présentons ensuite des résultats sur l’identification de gradients de densité dans un champ en fonction de la répartition des plantes qui ont levées.Une contribution importante de ce travail concerne également la mise au point d’un outil de génération de champs virtuels avec le moteur de jeu Unity. Il devient ainsi possible de générer facilement des jeux de données réalistes correspondant à des situations diverses ce qui permet de contourner la difficulté d’obtenir des jeux de données étiquetés

La télédétection des infrastructures agro-écologiques : de la promesse aux méthodes opérationnelles (Tél-IAE)

Les infrastructures agro-écologiques comme les haies et les bandes enherbées sont des éléments paysagers clé pour la biodiversité dans les territoires agricoles. Les cartographier est une étape importante pour évaluer la qualité des paysages et prédire l’impact d’aménagements. La télédétection spatiale présente un potentiel important pour atteindre cet objectif à coût raisonnable et sur une surface importante. Le projet « télédétection des infrastructures agroécologiques » regroupant spécialistes de la télédétection et utilisateurs s’est proposé d’évaluer des méthodes existantes dans des cas variés et d’en développer de nouvelles. Un site web présentant les résultats du projet guide l’utilisateur vers des grands types d’options techniques en fonction de son projet et lui donne accès à diverses ressources. La pleine appropriation des méthodes et outils implique toutefois un décloisonnement des métiers au delà des considérations purement techniques

Does crop mosaic influence agricultural landscape quality for breeding birds? Assessment by national databases

Les pratiques d'assolement pourraient améliorer la qualité des paysages agricoles pour l'avifaune, et plus généralement pour la biodiversité. Les relations entre avifaune et cultures sont habituellement abordées aux échelles locales (valeurs des différentes cultures comme habitat) et nationales (analyses de tendances), mais peu à celle du paysage. Nous avons confronté les données du Suivi Temporel des Oiseaux Communs sur environ 500 paysages de 400 ha à des données d'occupation du sol à haute résolution. Pour paramétrer des modèles de réponse de l'avifaune, nous avons exploité les variations entre paysages distants (modèles synchroniques), et les variations de paysages suivis d'une année à l'autre (modèles diachroniques). Nous avons observé d'une part que la valeur des cultures comme habitat ne préjuge pas des réponses à l'échelle du paysage, et d'autre part que les réponses synchroniques sont plus fortes que les diachroniques, et parfois contraires. Nous en déduisons une disjonction entre la qualité du paysage pour l'avifaune et l'effet immédiat de son attractivité sous l'effet des cultures. Les réponses sont modestes et variables selon les contextes paysagers et géographiques. Elles sont plus marquées en contexte de bocage et concernent davantage les spécialistes agricoles que l'ensemble de la communauté. La diversité des cultures est favorable ou neutre selon les cas. L'intérêt des modèles prenant en compte explicitement les interactions entre cultures nous permet de conjecturer que la valeur de chaque culture comme habitat n'est pas fixe et dépend de leur combinaison. Les signaux détectés par cette étude corrélative sont faibles et doivent être interprétés comme tendances qui ne permettent pas de produire du conseil dans des situations particulières. Si l'on considère les niveaux des filières et des territoires, les résultats remettent en cause certains modèles simples utilisés pour réaliser des évaluations.The management of crop mosaic could improve the quality of agricultural landscapes for birds, and more generally for biodiversity. Knowledge is available at the field (crop suitability) and national scales (trend analysis), but few at the landscape scale. We therefore linked the French Breeding Bird Survey on about 500 landscapes of 400 hectares, with a high-resolution multi-years land use database. Response models linking birds to crop mosaics were set, based on the variations between separate landscapes (synchronic models), and the variations of landscapes from one year to the other (diachronic models). We found that the information on crop suitability did not allow for prediction at the landscape scale and that the synchronic responses were stronger than diachronic ones, sometimes opposite. We deduced a disjunction between the landscape quality for birds and the immediate effect of its attractiveness under crop influence. Synchronic responses were modest, and varied with the landscape and geographical contexts. They were more pronounced in complex landscapes with grass and hedges, and for farmland birds compared to the whole bird community. We found that the responses to crop diversity were positive or neutral. The interest of the models taking into account explicitly the interactions between crops allows us to suggest that the crop suitability is not invariable but depends on the crop combination. The signals detected by this study were low and should be interpreted as trends that do not allow advice in specific situations. However, the results challenge some simple models used to perform biodiversity assessments on territories or agri-food and feed chains

L'assolement influence-t-il la qualité des paysages agricoles pour les oiseaux nicheurs ? Estimations à partir de bases de données nationales

The management of crop mosaic could improve the quality of agricultural landscapes for birds, and more generally for biodiversity. Knowledge is available at the field (crop suitability) and national scales (trend analysis), but few at the landscape scale. We therefore linked the French Breeding Bird Survey on about 500 landscapes of 400 hectares, with a high-resolution multi-years land use database. Response models linking birds to crop mosaics were set, based on the variations between separate landscapes (synchronic models), and the variations of landscapes from one year to the other (diachronic models). We found that the information on crop suitability did not allow for prediction at the landscape scale and that the synchronic responses were stronger than diachronic ones, sometimes opposite. We deduced a disjunction between the landscape quality for birds and the immediate effect of its attractiveness under crop influence. Synchronic responses were modest, and varied with the landscape and geographical contexts. They were more pronounced in complex landscapes with grass and hedges, and for farmland birds compared to the whole bird community. We found that the responses to crop diversity were positive or neutral. The interest of the models taking into account explicitly the interactions between crops allows us to suggest that the crop suitability is not invariable but depends on the crop combination. The signals detected by this study were low and should be interpreted as trends that do not allow advice in specific situations. However, the results challenge some simple models used to perform biodiversity assessments on territories or agri-food and feed chains.Les pratiques d'assolement pourraient améliorer la qualité des paysages agricoles pour l'avifaune, et plus généralement pour la biodiversité. Les relations entre avifaune et cultures sont habituellement abordées aux échelles locales (valeurs des différentes cultures comme habitat) et nationales (analyses de tendances), mais peu à celle du paysage. Nous avons confronté les données du Suivi Temporel des Oiseaux Communs sur environ 500 paysages de 400 ha à des données d'occupation du sol à haute résolution. Pour paramétrer des modèles de réponse de l'avifaune, nous avons exploité les variations entre paysages distants (modèles synchroniques), et les variations de paysages suivis d'une année à l'autre (modèles diachroniques). Nous avons observé d'une part que la valeur des cultures comme habitat ne préjuge pas des réponses à l'échelle du paysage, et d'autre part que les réponses synchroniques sont plus fortes que les diachroniques, et parfois contraires. Nous en déduisons une disjonction entre la qualité du paysage pour l'avifaune et l'effet immédiat de son attractivité sous l'effet des cultures. Les réponses sont modestes et variables selon les contextes paysagers et géographiques. Elles sont plus marquées en contexte de bocage et concernent davantage les spécialistes agricoles que l'ensemble de la communauté. La diversité des cultures est favorable ou neutre selon les cas. L'intérêt des modèles prenant en compte explicitement les interactions entre cultures nous permet de conjecturer que la valeur de chaque culture comme habitat n'est pas fixe et dépend de leur combinaison. Les signaux détectés par cette étude corrélative sont faibles et doivent être interprétés comme tendances qui ne permettent pas de produire du conseil dans des situations particulières. Si l'on considère les niveaux des filières et des territoires, les résultats remettent en cause certains modèles simples utilisés pour réaliser des évaluations

Les cultures transgéniques permettent-elles de réduire l’usage des produits phytosanitaires ? Considérations à partir du cas du soja tolérant au glyphosate

L’article s’interroge sur l’impact des cultures transgéniques sur l’emploi des pesticides, objet de nombreux débats. Sont examinés les résultats de plusieurs études portant sur le bilan des premières années d’utilisation à grande échelle des OGM aux États-Unis, plus particulièrement du soja tolérant au glyphosate. Les travaux analysés présentent des résultats variables, surtout pour les années récentes, selon les méthodes choisies et le type d’extrapolations faites. Divers facteurs expliquant l’accroissement de l’emploi global du glyphosate sont passés en revue. Mais l’estimation des quantités d’herbicides utilisées qui dépendent de nombreux facteurs n’est pas un indicateur valide de l’impact des cultures transgéniques sur l’environnement

Bird damage to sunflower: international situation and prospects

Bird damage to sunflowers (Helianthus annuus) degrades the profitability of this crop and calls into question its place in rotations. Our international literature review shows that sunflower is one of the crops most vulnerable to bird attacks. However, these predatory pests are not specialized: if the sunflower is affected in one region, then the other crops sharing the same cycle could also be affected to varying degrees. All production areas are affected by flowerhead damage at maturity. Damage at emergence has recently become more visible in France, Italy and Switzerland, probably as a result of global changes and evolving farming practices. Birds are highly mobile pests with complex behaviour. The problem needs to be tackled in a hierarchical framework that takes into account field, landscape, and regional scales, along with processes at different timescales from rapid field selection to long term demographic trends. Moreover, the distribution of damage is asymmetrical: few fields are affected, but with a high severity. At this time, there is no single effective method for preventing damage, and coordination at the landscape scale should be initiated to find potential solutions. Finally, there is a gap between theoretical and applied knowledge, even though initiatives in North America have helped to move research forward. These difficulties imply an integrated approach combining partially effective methods, the association of several stakeholders, and the coordination of several policies (agricultural, environmental, and recreational hunting or wildlife management). Additionally, data collection appears essential to acquire knowledge about economic damage and efficacy of control programmes. Digital technology can be useful for such purposes. Finally, this review advocates international networking to consolidate a research community on this topic and on the wider issue of bird damage to crops

Les cultures transgéniques permettent-elles de réduire l’usage des produits phytosanitaires ? Considérations à partir du cas du soja tolérant au glyphosate

L’article s’interroge sur l’impact des cultures transgéniques sur l’emploi des pesticides, objet de nombreux débats. Sont examinés les résultats de plusieurs études portant sur le bilan des premières années d’utilisation à grande échelle des OGM aux États-Unis, plus particulièrement du soja tolérant au glyphosate. Les travaux analysés présentent des résultats variables, surtout pour les années récentes, selon les méthodes choisies et le type d’extrapolations faites. Divers facteurs expliquant l’accroissement de l’emploi global du glyphosate sont passés en revue. Mais l’estimation des quantités d’herbicides utilisées qui dépendent de nombreux facteurs n’est pas un indicateur valide de l’impact des cultures transgéniques sur l’environnement

MICRONEEDLE ARRAY PENETRATION TESTS: UNDERSTANDING THE “BED OF NAILS” PHENOMENON

info:eu-repo/semantics/publishe

Impact du colza sur l’environnement : évaluation et limites méthodologiques

This article provides an overview of the impact of oilseed rape on the environment for water, air, soil, and biodiversity. It also questions the concepts and methods used for this evaluation. Oilseed rape has specific characteristics, which may be positive negative or mixed according to the different indicators used for the environmental assessment. But these effects do not allow us to judge the sustainability of the crop itself, because environmental impacts generally result from processes operating at spatial scales (landscape, watershed) and time scales (cropping systems) larger than the field and the crop cycle. This analysis shows that methods designed for the assessment of a single crop or product, like the life cycle analysis, are of poor interest for such topics

Évaluation de l’impact de la culture de colza sur la biodiversité aviaire en France : enjeux, méthodes, premiers résultats

Indices based on common birds are suitable to represent biodiversity, and are now commonly used. Farmland birds’ indices in France and Europe show worrying trends. A diagnosis of the impact of oilseed crops raises methodological issues. Ecological studies usually establish statistical links between common birds and agriculture described by great types of farming systems. The specific case of landscapes with cereals cropping systems requires more precise descriptions. We carried out a study using national databases to assess the impact of land use at the scale of small agricultural regions. The importance of oilseed rape area was not a major determinant of birds’ indices, and the statistical models explained little of the observed variability. This suggests the diagnosis should take other factors into account, like management of the cropping systems and the landscape configuration. This exploratory study based on statistical correlations is complementary to analytical and accurate field studies more suitable to highlight causality effects