朱伊平，管孝鋒，黃海龍，陸林峰

(浙江省農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)發(fā)展中心，浙江 杭州 310020)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷迭代和創(chuàng)新及廣泛應(yīng)用，讓我們的生活和生產(chǎn)方式都發(fā)生了巨大的改變。在這個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，通過數(shù)字化和科技化的手段，也間接改變了人們?cè)谵r(nóng)業(yè)上的方方面面，例如:人們借由移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)建立浙江農(nóng)業(yè)微博微信、農(nóng)村信息報(bào)微信、農(nóng)民信箱APP等平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)咨詢和信息交流，提高農(nóng)業(yè)信息可得性和接受能力；建設(shè)區(qū)域性農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù)平臺(tái)，突出展示銷售各地名優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品，拓寬農(nóng)產(chǎn)品銷售渠道等等。

而針對(duì)田間的病蟲害情況，通過與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，充分利用已經(jīng)形成的數(shù)據(jù)庫以及國內(nèi)外病蟲害領(lǐng)域?qū)＜业囊娊鈁1]，優(yōu)化病蟲害遠(yuǎn)程診斷的設(shè)計(jì)方案，為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

1 平臺(tái)建設(shè)背景

1.1 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)病蟲害田間診斷

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)病蟲害的發(fā)現(xiàn)與診斷方式基本依靠農(nóng)民在田間察看來解決，這種方式雖簡(jiǎn)單易行，但農(nóng)民只憑借已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，一旦遇到超出自己經(jīng)驗(yàn)范圍的病蟲害時(shí)，就會(huì)發(fā)生誤診的情況。考慮到現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，人們也在探索更加高效和穩(wěn)定的病蟲害診斷的方法。結(jié)合農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸、管理數(shù)據(jù)的診斷方式應(yīng)運(yùn)而生。

1.2 現(xiàn)代遠(yuǎn)程病蟲害診斷

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)病蟲害的遠(yuǎn)程診斷是采取農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的模式，依靠互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將農(nóng)業(yè)和信息化網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，既可確保診斷的正確性，又可簡(jiǎn)化診斷過程，方便準(zhǔn)確。

田間圖像傳感器采集到的數(shù)據(jù)是通過與數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來判定農(nóng)作物病蟲害的確切情況，若采集到的圖像信息在數(shù)據(jù)庫內(nèi)不能被識(shí)別，可采取專家咨詢的方式解決[2]。

現(xiàn)代化遠(yuǎn)程診斷的研究能提供一個(gè)有效、安全、穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)病蟲害診斷，大大降低病蟲害在農(nóng)業(yè)上可能造成的巨大損失。

1.3 農(nóng)業(yè)病蟲害遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)

農(nóng)業(yè)病蟲害遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)主要包含運(yùn)用圖像識(shí)別技術(shù)的農(nóng)業(yè)病蟲害遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)和專家咨詢系統(tǒng)2部分。由于農(nóng)業(yè)上病蟲害的種類繁多，且在每個(gè)地區(qū)出現(xiàn)的蟲害也會(huì)存在些許不同，所以圖像識(shí)別的方法只能幫助農(nóng)戶診斷常見的病蟲害信息，對(duì)于一些因地域、環(huán)境等原因而形成的特殊病蟲害情況而無法得到識(shí)別時(shí)，可采用專家咨詢系統(tǒng)進(jìn)行特殊蟲害的咨詢。平臺(tái)的工作流程如圖1所示。

圖1 農(nóng)業(yè)病蟲害遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)的流程

2 農(nóng)業(yè)病蟲害遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

農(nóng)業(yè)病蟲害遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由感知設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用服務(wù)層[3]三部分組成。感知設(shè)備層主要由數(shù)據(jù)采集傳感器構(gòu)成，用于采集作物的生長(zhǎng)環(huán)境以及病變情況的數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)層由無線通信網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)傳輸傳感器采集到的圖像以及環(huán)境數(shù)據(jù)；應(yīng)用服務(wù)層主要是面向計(jì)算機(jī)終端和手機(jī)端的相關(guān)服務(wù)。

2.1 病蟲害數(shù)據(jù)采集

病蟲害的數(shù)據(jù)采集主要通過控制田間的感知設(shè)備進(jìn)行。農(nóng)戶只需定期對(duì)田間作物進(jìn)行檢測(cè)，獲取田間農(nóng)作物的圖像數(shù)據(jù)[4]。針對(duì)發(fā)現(xiàn)的病蟲害圖片，設(shè)備能夠通過互聯(lián)網(wǎng)將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層，為與數(shù)據(jù)庫內(nèi)對(duì)比的圖像識(shí)別程序提供素材。

2.2 病蟲害數(shù)據(jù)庫建立與更新

病蟲害數(shù)據(jù)庫的建立有利于遠(yuǎn)程診斷的進(jìn)行。數(shù)據(jù)庫內(nèi)信息的來源主要有2個(gè)方面:一是將具有權(quán)威性的全國病蟲害監(jiān)控中心作為樣本導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。該點(diǎn)主要是依據(jù)公眾所認(rèn)可的病蟲害方面的專業(yè)知識(shí)以及在實(shí)踐中被證實(shí)了的農(nóng)業(yè)病蟲害案例，全國病蟲害監(jiān)控中心的信息更新將會(huì)實(shí)時(shí)更新到數(shù)據(jù)庫中，而數(shù)據(jù)庫在實(shí)踐當(dāng)中錄入的信息也會(huì)實(shí)時(shí)更新到全國病蟲害監(jiān)控中心[2]；二是根據(jù)通過專家遠(yuǎn)程診斷的特殊型病蟲害，在接受實(shí)踐檢驗(yàn)之后，此類特殊的病蟲害新信息可由專家對(duì)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充錄入及完善，充實(shí)數(shù)據(jù)庫，以便后續(xù)出現(xiàn)類似病蟲害情況時(shí)可由數(shù)據(jù)庫自動(dòng)識(shí)別。

病蟲害數(shù)據(jù)庫內(nèi)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以包括已知的病蟲害信息和與之相關(guān)的防治措施等內(nèi)容，便于日后農(nóng)業(yè)工作者進(jìn)行查詢與整治。

2.3 病蟲害識(shí)別

圖像識(shí)別是農(nóng)業(yè)病蟲害診斷系統(tǒng)的主要部分，用于針對(duì)較為常見的病蟲害情況的診斷判斷。通過對(duì)上傳的數(shù)據(jù)及信息進(jìn)行圖像預(yù)處理、分割后，提取出圖像的形狀、顏色、紋理等特征[5]，通過與庫內(nèi)的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比來識(shí)別病蟲害的種類及獲取其防治的措施。其診斷流程圖如下圖2所示。

圖2 基于圖像識(shí)別的病蟲害遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的流程

3 專家咨詢系統(tǒng)

圖像識(shí)別是將田間采集到的圖像素材上傳至服務(wù)器，平臺(tái)通過圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行病蟲害種類的識(shí)別，并告知防治措施給農(nóng)戶，使其知道該如何處理這類病蟲害。倘若沒有與之匹配的病蟲害信息，則需通過專家咨詢系統(tǒng)進(jìn)行病蟲害診斷。農(nóng)戶或?qū)＜彝ㄟ^電腦、手機(jī)等設(shè)備進(jìn)行病蟲害情況的診斷交流，專家可通過系統(tǒng)提供診斷結(jié)果，也可以通過語音、視頻等方式與農(nóng)戶進(jìn)行在線交流[6]，指導(dǎo)農(nóng)戶防治病蟲害，并根據(jù)專家診斷的結(jié)果對(duì)病蟲害數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與智能化的病蟲害遠(yuǎn)程診斷服務(wù)。專家咨詢系統(tǒng)工作的流程圖如下圖3所示。

圖3 病蟲害遠(yuǎn)程專家咨詢系統(tǒng)的流程

4 平臺(tái)運(yùn)行過程與評(píng)價(jià)

農(nóng)業(yè)病蟲害的遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)通過圖像識(shí)別技術(shù)與專家在線咨詢2種方式為農(nóng)戶進(jìn)行病蟲害的遠(yuǎn)程診斷工作。2種方式的合作診斷讓農(nóng)戶在發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物病蟲害問題之后能在最短的時(shí)間內(nèi)解決該問題，并得到相應(yīng)的防治措施，方便快捷，簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，使病蟲害問題不會(huì)肆意擴(kuò)散，釀成不必要的災(zāi)害。

農(nóng)業(yè)病蟲害遠(yuǎn)程診斷平臺(tái)運(yùn)用了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅將專業(yè)的全國病蟲害監(jiān)控中心樣本數(shù)據(jù)庫應(yīng)用于農(nóng)業(yè)病蟲害的診斷工作，同時(shí)結(jié)合專家線上診斷的方式使得平臺(tái)診斷效率與準(zhǔn)確度得到保障，使得農(nóng)業(yè)病蟲害的遠(yuǎn)程診斷得到實(shí)現(xiàn)，將農(nóng)業(yè)病蟲害的診斷與防治提高到互聯(lián)網(wǎng)層面，為農(nóng)業(yè)工作者提供了更為優(yōu)質(zhì)的診斷方式，具有重要的理論和實(shí)際意義。