李豐毅 余光柱 陳憲超

摘要：對(duì)于松樹(shù)來(lái)說(shuō)，松材線(xiàn)蟲(chóng)的危害是致命的，情況嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)輾蓸?shù)林原有的生態(tài)平衡，給全世界帶來(lái)非常巨大的損失。日常林場(chǎng)維護(hù)工作中，必須嚴(yán)格檢測(cè)進(jìn)出林場(chǎng)的樹(shù)材，保障外來(lái)病原體不進(jìn)入林場(chǎng)。只有針對(duì)松材線(xiàn)蟲(chóng)的特點(diǎn)制定防護(hù)措施，才能讓生態(tài)環(huán)境的保障最大化。雖然在農(nóng)林病蟲(chóng)害檢測(cè)過(guò)程中，航空錄像和衛(wèi)星遙感能夠獲得非常不錯(cuò)的效果，但是依然存在成本較高和精確度不足的缺陷，導(dǎo)致推廣應(yīng)用的效果不理想?，F(xiàn)如今，隨著直升機(jī)技術(shù)的發(fā)展越趨成熟，其性能也得到了不斷地完善和提升，在軍用和民用中占據(jù)了相當(dāng)大的份額，主要包含了森林防火、土地利用情況調(diào)查、煤礦資源勘測(cè)、環(huán)境保護(hù)等。特別是我國(guó)近些年不斷爆發(fā)的自然災(zāi)害，使得其在農(nóng)林病蟲(chóng)害的遙感監(jiān)測(cè)的研究方面也得到了相應(yīng)的發(fā)展。但是直升機(jī)遙感圖像監(jiān)測(cè)松材線(xiàn)蟲(chóng)病方面依然處于發(fā)展階段，其中圖像信息的采集過(guò)程對(duì)受蟲(chóng)害侵染的區(qū)域的準(zhǔn)確識(shí)別是最關(guān)鍵的部分。

關(guān)鍵詞：航拍數(shù)據(jù)；松材線(xiàn)蟲(chóng)?。粎^(qū)域檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）29-0239-03

人們將松材線(xiàn)蟲(chóng)病稱(chēng)為松樹(shù)的癌癥，松樹(shù)感染該病后幾個(gè)月就會(huì)出現(xiàn)死亡。雖然在國(guó)際范圍內(nèi)林業(yè)的松材線(xiàn)蟲(chóng)病是重點(diǎn)檢疫的對(duì)象，但是松材線(xiàn)蟲(chóng)病預(yù)防技術(shù)仍然未得到很好的發(fā)展?，F(xiàn)如今，對(duì)松材線(xiàn)蟲(chóng)病預(yù)防，只能夠運(yùn)用松樹(shù)檢疫的加強(qiáng)、伐除被侵害的松樹(shù)等手段。為了最大限度地減少損失，防控松材線(xiàn)蟲(chóng)病才是重點(diǎn)。檢測(cè)與監(jiān)控能夠更及時(shí)的發(fā)現(xiàn)疫情，定期排查和不定期抽檢相結(jié)合的方式是當(dāng)前比較推崇的方式。定期排查和不定期抽檢必須保持每年兩次的頻率，在人口密集區(qū)域、木材加工企業(yè)、重點(diǎn)旅游區(qū)等的監(jiān)測(cè)力度需要加大，這樣才能夠及時(shí)對(duì)松樹(shù)感染疫情進(jìn)行判斷。專(zhuān)業(yè)人員應(yīng)當(dāng)注意在特定區(qū)域及時(shí)處理疫區(qū)里的枯死松樹(shù)，盡可能避免更大的損失。

“松材線(xiàn)蟲(chóng)病”原產(chǎn)于北美，后來(lái)逐漸傳入韓國(guó)和日本。1982年，我國(guó)南京第一次發(fā)現(xiàn)“松材線(xiàn)蟲(chóng)病”，在30多年里逐漸波及我國(guó)皖、粵、魯、鄂、浙、蘇六省，導(dǎo)致了超過(guò)1600萬(wàn)株松樹(shù)枯死，140萬(wàn)畝的發(fā)病面積。在我國(guó)，松樹(shù)占森林資源的1/4，對(duì)林業(yè)的發(fā)展有很直接的影響。松材線(xiàn)蟲(chóng)病具有防治難度大、樹(shù)木致死迅速、傳播速度快等特征?，F(xiàn)如今，國(guó)內(nèi)外并未有很好的防治方法。所以，我國(guó)松樹(shù)等針葉林受到了松材線(xiàn)蟲(chóng)病的威脅非常大。在我國(guó)出口木質(zhì)包裝中，松樹(shù)是不可或缺的重要原料，防治松材線(xiàn)蟲(chóng)病效果對(duì)我國(guó)相關(guān)產(chǎn)品的出口有顯著的影響。

1 基于航拍數(shù)據(jù)的松材線(xiàn)蟲(chóng)病區(qū)域的檢測(cè)方法

松材線(xiàn)蟲(chóng)病傳統(tǒng)的檢測(cè)方法主要集中在染病木的檢疫方面，包含了產(chǎn)地調(diào)運(yùn)檢查力度、天牛遷飛的控制、擇伐病死樹(shù)、接種試驗(yàn)、漏斗分離檢驗(yàn)、解剖檢驗(yàn)、直觀檢驗(yàn)等方法。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法具有宏觀動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍小和實(shí)時(shí)性較差的缺點(diǎn)，不能從根本上解析松材線(xiàn)蟲(chóng)病對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)的影響，確定森林生態(tài)系統(tǒng)的可入侵性和災(zāi)變與入侵的關(guān)系。所以，對(duì)松材線(xiàn)蟲(chóng)病檢測(cè)的新技術(shù)的研究需要進(jìn)行進(jìn)一步的探討。雖然航拍數(shù)據(jù)技術(shù)在多種病蟲(chóng)害的研究領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是與松材線(xiàn)蟲(chóng)病相關(guān)的研究卻很少。因此，從松材線(xiàn)蟲(chóng)害與寄主植被關(guān)系的角度應(yīng)用航拍數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)進(jìn)行研究，能夠更好地為松材線(xiàn)蟲(chóng)害的防治與檢測(cè)進(jìn)行服務(wù)。其中，圖像識(shí)別中處理初級(jí)階段的特征提取是重要運(yùn)算，在眾多特征中有效識(shí)別和選取合適的特征向量是特征提取的最終任務(wù)。筆者在本文中主要對(duì)健康松林區(qū)域、松材線(xiàn)蟲(chóng)病區(qū)域和其他地物區(qū)域進(jìn)行航拍數(shù)據(jù)的紋理和顏色的對(duì)比進(jìn)行分析。因此，本文主要對(duì)航拍數(shù)據(jù)的顏色特征進(jìn)行使用和論述。通過(guò)肉眼可以最直觀地對(duì)航拍數(shù)據(jù)的顏色進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)彩色圖像的重要視覺(jué)信息進(jìn)行了體現(xiàn)，對(duì)比其他形狀、紋理等特征來(lái)說(shuō)，其具有簡(jiǎn)單提取的特性，雖然對(duì)于圖像的尺度、平移、旋轉(zhuǎn)等變換的敏感度不強(qiáng)，但是依然是監(jiān)測(cè)過(guò)程中常用的和穩(wěn)定性較強(qiáng)的圖像特征。人們?cè)谌粘Ｉ钪校軌蛲ㄟ^(guò)視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)對(duì)顏色進(jìn)行感知，具有相對(duì)的主觀性，需要客觀的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)圖像顏色特征進(jìn)行提取。所以，必須在特定顏色空間內(nèi)提取顏色的特征，除圖像中的形狀、亮度、顏色外，灰色變化也具有規(guī)律特性，圖像紋理可以認(rèn)為是圖像中的區(qū)域內(nèi)灰色或基元變化規(guī)律，而且由于其在圖像中存在的比較多，所以紋理就是圖像處理的主要特征，紋理的這一特征與亮度、顏色等特征的描述相比有一定的描述難度。圖像處理中提取紋理特征的意義非常重大，所以很多學(xué)者很早就開(kāi)始研究圖像紋理特征的提取方法。紋理特征提取要想提升其實(shí)用性，就必須要盡可能地實(shí)現(xiàn)紋理特征提取具有較低的維數(shù)、提取簡(jiǎn)單易行和較強(qiáng)區(qū)分度的特征。現(xiàn)如今，紋理特性提取的研究在很多方面得到了成功的應(yīng)用，例如圖像分類(lèi)、圖像分割、模式識(shí)別等方面。實(shí)踐證明，紋理特征在分類(lèi)過(guò)程中的應(yīng)用能夠讓分類(lèi)的精度得到提升?？梢詫y(cè)量紋理特性的算法分成結(jié)構(gòu)紋理分析和統(tǒng)計(jì)紋理分析兩種，前者主要是對(duì)紋理組成的基元，對(duì)形成的結(jié)構(gòu)層面的紋理進(jìn)行研究。后者主要是描述圖像屬性紋理特征的信息?，F(xiàn)如今，統(tǒng)計(jì)紋理分析在實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。

2 航拍數(shù)據(jù)的松材線(xiàn)蟲(chóng)病區(qū)域的檢測(cè)結(jié)果

正常生長(zhǎng)的植被通常能夠呈現(xiàn)出規(guī)則的光譜反射曲線(xiàn)，呈現(xiàn)出約0.52-0.6?m的綠光區(qū)反射峰，藍(lán)光和紅光分別約0.48?m和0.68?m且各有一吸收帶，進(jìn)入0.75-1.3?m的近紅外區(qū)反射率急劇上升，反射峰比較鮮明，可以成為綠色植物的近紅外陡坡效應(yīng)。各波段的反射值會(huì)受到所處生長(zhǎng)環(huán)境、生長(zhǎng)階段、植被類(lèi)型等因素的影響，但是光譜曲線(xiàn)總體特征依然不會(huì)產(chǎn)生變化。病蟲(chóng)害侵襲植物之后才會(huì)讓其出現(xiàn)一定的變動(dòng)。植物遭受病蟲(chóng)害通常會(huì)使植物內(nèi)部生理和外部形態(tài)產(chǎn)生變化。外部形態(tài)變化主要有卷葉和落葉兩種特征，病蟲(chóng)害吞噬葉片幼芽，枝條枯萎，冠層形狀出現(xiàn)變化等。內(nèi)部生理變化主要是葉綠素組織被破壞，養(yǎng)分水分的轉(zhuǎn)化、運(yùn)輸、吸收、光合作用等機(jī)能出現(xiàn)衰退。植物光譜輻射特征和反射的變化會(huì)受到生理或形態(tài)的變化而變化，遙感圖像的光譜值也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化。森林病蟲(chóng)害遙感監(jiān)測(cè)主要將光譜特征上的變化來(lái)進(jìn)行參考，通過(guò)這一參考與GPS、GIS和地面調(diào)查相結(jié)合，能夠?qū)ι植∠x(chóng)害遙感監(jiān)測(cè)進(jìn)行不同尺度的研究和分析。松材線(xiàn)蟲(chóng)病檢測(cè)基于紋理特征和顯著性檢測(cè)相結(jié)合的基本步驟如下：

顯著性算法的運(yùn)用能夠提取圖中紅外線(xiàn)和可見(jiàn)光的疑似病蟲(chóng)害區(qū)域并進(jìn)行校正。如圖1，圖2。

將地面病蟲(chóng)害的情況已知區(qū)域中獲取的紅外圖像和可見(jiàn)光圖像——健康松樹(shù)區(qū)、病蟲(chóng)害區(qū)類(lèi)和其他地物區(qū)三類(lèi)地物圖片區(qū)域的像素點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)提取作為訓(xùn)練樣本。分別提取三類(lèi)像素點(diǎn)的紋理和顏色特征，獲得樣本特征向量。將提取的特征向量在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器進(jìn)行輸入和分類(lèi)，進(jìn)而對(duì)該區(qū)域進(jìn)行細(xì)分，對(duì)病蟲(chóng)害區(qū)域檢測(cè)的目的予以實(shí)現(xiàn)。如圖3，圖4。

將實(shí)際病蟲(chóng)害區(qū)域與實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的區(qū)域的吻合度進(jìn)行比照。能達(dá)到較為理想的效果，所以基于航拍數(shù)據(jù)的病蟲(chóng)害檢測(cè)方法在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中比較適用。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

自七十年代運(yùn)用航拍技術(shù)以來(lái)，其綜合性和宏觀性的特征

讓其在森林資源的動(dòng)態(tài)變化和資源現(xiàn)狀的研究中得到了廣泛的應(yīng)用，在病蟲(chóng)害動(dòng)態(tài)檢測(cè)領(lǐng)域的研究占比多，但是關(guān)于害蟲(chóng)棲息環(huán)境的監(jiān)測(cè)研究較少。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，只有對(duì)生態(tài)影響因子受害蟲(chóng)影響的變化進(jìn)行掌握和了解才能夠有效的動(dòng)態(tài)檢測(cè)和預(yù)測(cè)害蟲(chóng)的危害情況。本文的研究主要是對(duì)馬尾松受害前后的空間分布格局進(jìn)行對(duì)比，將遙感技術(shù)與數(shù)量生態(tài)學(xué)的相關(guān)知識(shí)相結(jié)合，更好的應(yīng)用遙感手段的種群空間格局分析技術(shù)來(lái)解決相對(duì)復(fù)雜的病蟲(chóng)害檢測(cè)和防治的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

3.2 建議

部分區(qū)域松材線(xiàn)蟲(chóng)病具有感染面積較大和發(fā)病周期較長(zhǎng)的特點(diǎn)，春節(jié)前后應(yīng)當(dāng)組織專(zhuān)業(yè)砍伐人員對(duì)大面積出現(xiàn)病樹(shù)和枯樹(shù)的松樹(shù)林進(jìn)行全面徹底的清除，一并清除該區(qū)域內(nèi)的其他植物，進(jìn)一步的降低寄生蟲(chóng)感染源。松樹(shù)林出現(xiàn)嚴(yán)重的疫情就必須實(shí)施封山育林的措施，杜絕該病大幅度的傳播。對(duì)枯樹(shù)面積較小、整體面積較小和發(fā)病周期短的區(qū)域只需要采取清除病樹(shù)和枯樹(shù)就能夠有效減少病蟲(chóng)的數(shù)量。同時(shí)還需要設(shè)置有效的防護(hù)帶，讓其傳播范圍得到有效的遏制。全部砍伐完染病區(qū)域的枯樹(shù)之后，采取化學(xué)方式（噴灑化學(xué)藥劑）對(duì)該區(qū)域進(jìn)行處理，徹底清除松材線(xiàn)蟲(chóng)及其幼蟲(chóng)，連根砍伐的方式也能夠全面清除松材線(xiàn)蟲(chóng)。我們還可以采取集中焚燒的方式來(lái)處理容易清理的枯樹(shù)。染病松樹(shù)砍伐之后出現(xiàn)天牛的情況，需要采取集中存放并利用藥物熏蒸的方式進(jìn)行處理，如果未實(shí)現(xiàn)全面清理的，需要再次實(shí)施清理。在處理過(guò)程中，加熱處理方式的運(yùn)用也比較普遍，必須保持60℃的熱處理溫度，為實(shí)現(xiàn)全面清理的情況就必須再次加熱處理一次。進(jìn)而對(duì)存在的松材線(xiàn)蟲(chóng)進(jìn)行有效的消除。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐華潮，駱有慶，張廷廷，等.松材線(xiàn)蟲(chóng)自然侵染后松樹(shù)不同感病階段針葉光譜特征變化[J].光譜學(xué)與光譜分析，2011，31（5）：1352-1356.

[2] 石進(jìn)，馬盛安，蔣麗雅，等.航空遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)松材線(xiàn)蟲(chóng)病的應(yīng)用[J].中國(guó)森林病蟲(chóng)，2006，25（1）：18-20.

[3] 潘滄桑.松材線(xiàn)蟲(chóng)病研究進(jìn)展[J].廈門(mén)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，50（2）：476-483.

[4] 徐華潮，駱有慶，張琴.松材線(xiàn)蟲(chóng)自然侵染對(duì)黑松、馬尾松針葉含水量、色素及抗氧化酶活性的影響[J].林業(yè)科學(xué)，2012，48（11）：140-143.

[5] 黃明祥，龔建華，李順，等.松材線(xiàn)蟲(chóng)病害高光譜時(shí)序與敏感特征研究[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2012，27（2）：954-960.

[6] 安樹(shù)杰.應(yīng)用遙感與的松材線(xiàn)蟲(chóng)病預(yù)測(cè)模型的研究[D].北京林業(yè)大學(xué)，2006.

[7] 云麗麗，欒慶書(shū)，金若忠，等.遙感技術(shù)在森林病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)上的研究進(jìn)展[J].遼寧林業(yè)科技，2013，1：013.

[8] 陳福海.馬尾松毛蟲(chóng)害遙感監(jiān)測(cè)及其影響因子分析[D].福建農(nóng)林大學(xué)，2012.

[9] 石雷.基于3S技術(shù)的云南省松材線(xiàn)蟲(chóng)病風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究[D].北京：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，2008.

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