北卡州立大学与美国总统家圣诞树的故事

众所周知，每到圣诞节的时候，白宫都会举行备受瞩目的圣诞树点灯仪式。

而美国总统家历年来最喜欢的圣诞树品种叫做“北卡罗来纳弗雷泽冷杉”，有13年被官方选为“白宫圣诞树”，最近的一年是2018年。

北卡罗来纳州弗雷泽冷杉不仅在美国是最受欢迎的圣诞树品种之一，甚至在全世界范围内，包括加勒比群岛、墨西哥、加拿大、日本等地都有他的踪影。北卡州是全美第二大生产圣诞树的州，占全美国圣诞树的26%，而其中95%的圣诞树都是弗雷泽冷杉。也就是说，美国家庭四颗圣诞树里，就有一颗来自北卡州。

但这又跟北卡州立大学有什么关系呢？

弗雷泽冷杉虽然因其触感柔软和持久的芬芳受美国人民喜爱，但却不易种！一颗弗雷泽冷杉不仅需要十年时间才能成熟，且他们都长在陡峭的山坡上，非常不易于种植者的管理、维护等等。

为了千千万万的美国家庭，包括总统家，能在每年圣诞的时候依旧买到心爱的圣诞树，北卡罗莱纳州立大学地理空间分析和圣诞树扩展中心的研究人员于1月在（北卡的）蓝岭山脉开展一个为期两年的研究项目，以测试用无人机来监测圣诞树的技术。

如果该技术成熟，则可以更好地帮助圣诞树种植者更有效地测量和管理北卡州每年种植的600万颗圣诞树。

通常使用无人机，都是为了收集精细的三维景观图像，但无人机还可以帮助圣诞树种植者。地质空间分析中心的研究人员，无人机系统（UAS）专家Justyna Jeziorska说：“人们不用外出测量树木，而是通过驾驶无人机获取圣诞树的直径和高度信息，甚至能够检测出由疾病引起的变色反应。”

但无人机的使用依旧是尚有进步空间的：例如说北卡罗来纳州最受欢迎的圣诞树种类弗雷泽冷杉，生长在山区农场陡峭的山坡上，这样的丘陵地带需要研究者们制定独特的无人机飞行计划。 同时，无人机的3D图像处理软件还会自动将圣诞树尖而狭窄的树梢变成圆顶（看起来像是干草堆）。

当使用传统图像处理技术来处理无人机收集到的图像时，软件会自动把树顶变圆；使得图像中幼小的圣诞树看起来更像干草堆。 地理空间分析中心的新研究将改进圣诞树3D图像的专用处理技术，以准确的计算单个树木的高度和直径。 图片由Justyna Jeziorska提供

本为圣诞树而生的任务，但又更广泛的应用

“许多具体的科研挑战是针对圣诞树的，” 地理空间分析中心的运营副总监兼项目合作者Zac Arcaro解释说，“丘陵地形是用无人机研究圣诞树的一个难点；圣诞树的顶部需要精准探测也是一个难点；不过原理是可以用在其他的地方。”

例如，项目研究这会比较无人机喷雾器和传统喷雾方法的优劣。 目前大多数无人机只带一个摄像头，也不能携带能够容纳10公斤液体的机载水箱； 而承载这些设备也需要特殊的技术。

来年（由于该文写于2019年，来年指的是2020年），Jeziorska会在蓝岭山脉的林场中进行数十次无人机飞行，通过反复分析无人机收集到的图像和测试各种算法来准确计算圣诞树的高度和直径。

在进行这项研究时，她还会与北卡罗莱纳州立山地园艺作物研究与扩展中心的专家Jeff Owen密切合作。 Jeziorksa说：“他知道有关圣诞树的所有知识”， 包括盘点和计算种植者们的劳动强度和时间。Owen的组在2018年申请到了用于购买无人机的科研资金，希望展示该技术如何使树木生长作业更具效益。

传向世界

一旦研究完成后，项目科研人员会和全州种植者分享经验教训；研究小组还会编写教育材料，培训扩展中心的工作人员。预计，这会让850个种植者受益。

Jeziorska说：“我不想让他们写代码，他们不需要成为地理信息系统（GIS）的专家，才能使用我们的研究结果。我们的科研经验应该因圣诞树而异。” 通过开展培训和参加北卡州立备受欢迎的无人机运营&分析研讨会，Jeziorska已经教会了几十名种植者如何在他们独特的情况下利用无人机技术。她强调说前沿研究应用于现实环境非常重要。

Arcaro补充说：“如果这项研究表明无人机对管理圣诞树有帮助，那么我们提供的信息也推动让那些既有兴趣和又有装备（无人机）的人自己探索。”

 关于北卡罗莱纳州圣诞树的小知识

资料来源：NC州圣诞树推广团队，NC圣诞树协会

北卡罗莱纳州是美国第二大圣诞树生产州，这里拥有大约40,000英亩的生产面积，总计约有5000万棵树。 如果没有无人机，这会是一个很难测量的数字！

在所有北卡罗来纳州所有的圣诞树种类中，几乎有95％是弗雷泽冷杉；这也是州内的原生树。弗雷泽冷杉需要大约10年的时间才能成熟，并且在陡峭的斜坡上生长得最好。

2017年，北卡圣诞树销售额超过8600万美元。

你看，总统家门口的圣诞树也需要倚靠北卡州立大学的科技来管理和监测健康呀！