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        數(shù)字技術(shù)在林業(yè)有害生物防控中的應用分析

        2022-01-01 04:55:08
        農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2022年10期
        關鍵詞:蟲情林業(yè)病蟲害

        張 莉

        (臨清市自然資源和規(guī)劃局,山東臨清 252600)

        0 引言

        數(shù)字技術(shù)在林業(yè)有害生物防控領域的應用,主要包括生物信息學、作物學、動物模擬模型與信息實時采集技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能控制與智能設備等技術(shù)的結(jié)合[1]。尤其是隨著近幾年人工智能、大數(shù)據(jù)以及云計算等技術(shù)的快速發(fā)展,使得數(shù)字技術(shù)在林業(yè)管理中應用的程度不斷加深,為提升有害生物防控提供了堅實的技術(shù)保障。我國的林業(yè)有害生物危害頻繁多發(fā),如馬尾松毛蟲、松褐天牛、松茸毒蛾、松梢螟、松材線蟲等,容易導致林木病變,給林業(yè)經(jīng)濟造成嚴重損失。因此,要加強對數(shù)字技術(shù)在林業(yè)蟲害防控領域的研究,不斷提升林業(yè)有害生物防控水平。

        1 數(shù)字技術(shù)概述

        數(shù)字技術(shù)(Digital Technology),是伴隨電子計算機技術(shù)進步而出現(xiàn)的科學技術(shù),指的借助一定的設備,將圖、文、聲、像等信息,轉(zhuǎn)化為電子計算機能識別的二進制數(shù)字,而后進行運算、加工、存儲、傳送、傳播以及還原的技術(shù)。在林業(yè)生物有害生物防控中,有害生物監(jiān)測預報、大數(shù)據(jù)蟲情分析等技術(shù),都屬于數(shù)字技術(shù)的范疇。

        2 數(shù)字技術(shù)的主要功能

        數(shù)字技術(shù)在林業(yè)有害生物防控中的應用,主要有以下幾個方面的功能。

        第一,高效采集數(shù)據(jù),全天候工作。林區(qū)一般路途遙遠,進出不便,林區(qū)管理人員在管理維護上需要投入巨大的時間精力,而且受限于地勢,管理上面臨一定難度?;跀?shù)字技術(shù)采集技術(shù),可以解放人力,代替人工在林間看守,不受地勢影響,24h不間斷工作,極大提高有害生物數(shù)據(jù)采集工作效率。

        第二,統(tǒng)計病蟲動態(tài)數(shù)據(jù),判斷蟲害類型。例如,自動統(tǒng)計出草蛉、草地螟、灰胸突鰓金龜?shù)群οx的動態(tài)數(shù)據(jù),可以準確判斷不同時期林區(qū)內(nèi)發(fā)生的蟲害類型,為及時防治提供指導建議。

        第三,深度挖掘數(shù)據(jù)信息,預測林木蟲情趨勢?;跀?shù)字技術(shù)的病蟲害監(jiān)測預警系統(tǒng),通過物聯(lián)網(wǎng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸至云平臺,在云端實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與管理。通過統(tǒng)計相應的害蟲數(shù)量,結(jié)合時間,地點等相關信息,可視化展現(xiàn)蟲情發(fā)生走勢圖。利用長期積累的數(shù)據(jù),林業(yè)管理部門通過橫向與縱向?qū)Ρ?,可以挖掘出蟲情爆發(fā)期和害蟲生活習性等有價值信息,便于對病蟲害未來發(fā)生趨勢進行預測預報,以及時制定防治方案,有效應對重大病蟲害疫情的發(fā)生。

        3 數(shù)字技術(shù)在林業(yè)有害生物防控中的應用

        林業(yè)有害生物是指對森林(林木)有害的任何植物、動物或病原體的種、株(或品系)或生物型,包括害蟲、病原微生物、害鼠(兔)和有害植物。其中蟲害和病害對林木威脅最大擴散最廣,近年來呈上升趨勢。以下目前發(fā)展比較成熟的數(shù)字技術(shù)林木有害生物防治技術(shù)方案。

        3.1 構(gòu)建一體化監(jiān)測體系

        構(gòu)建一體化的監(jiān)測體系,實現(xiàn)對林業(yè)有害生物的大范圍監(jiān)測。地面區(qū)域,采用“物聯(lián)網(wǎng)+殺蟲燈+實地踏查”的預測預報工作方式,進一步提高林業(yè)有害生物預測預報效率和準確率??罩袇^(qū)域,利用無人機巡查、遙感衛(wèi)星等,實現(xiàn)林區(qū)大范圍病蟲害監(jiān)測?;诟呖找曨l監(jiān)控、氣象監(jiān)測站、蟲情測報燈、衛(wèi)星遙感、無人機等前端物聯(lián)監(jiān)測設備及病蟲害事件上報,實現(xiàn)病蟲害發(fā)生的預測和預報。并根據(jù)病蟲害的發(fā)生規(guī)律以及氣象環(huán)境生態(tài)因子,結(jié)合專家知識建立預測預報分析模型,預報病蟲的發(fā)展趨勢、發(fā)生時間及危害時間,為自然保護地主管單位提供防治決策支持。

        具體來說,利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對經(jīng)濟林狀況及變化趨勢進行大尺度監(jiān)測,遙感通過信息傳輸形成遙感成像機理與模型,與衛(wèi)星定位、定軌信息進行高光譜、高分辨率、雷達等數(shù)據(jù)處理,通過遙感衛(wèi)星大面積采集病蟲害監(jiān)測寄主影像;利用低空無人機監(jiān)測設備對林區(qū)重點區(qū)域以及進行中小尺度林區(qū)監(jiān)測,實現(xiàn)對經(jīng)濟林病蟲害監(jiān)測寄主大面積快速采集并標記入庫,對不同時間段的監(jiān)測寄主進行歷史對比分析,建立監(jiān)測寄主數(shù)據(jù)庫,無人機進行數(shù)據(jù)采集,實現(xiàn)對枯死樹的智能識別、自動標記、精準防治,建立枯死樹樣本庫,幫助快速定位枯死樹的位置。通過視頻監(jiān)控可實時查看種植區(qū)作物的生長及病蟲害情況,定時拍攝照片存儲在云端服務器上,記錄植物生長和病蟲危害變化過程,方便進一步的比對分析。

        3.2 建立預測預報分析模型

        基于高空視頻監(jiān)控、氣象監(jiān)測站、蟲情測報燈、衛(wèi)星遙感、無人機等前端物聯(lián)監(jiān)測設備及病蟲害事件上報,實現(xiàn)病蟲害發(fā)生的預測和預報。并根據(jù)病蟲害的發(fā)生規(guī)律以及氣象環(huán)境生態(tài)因子,結(jié)合專家知識建立預測預報分析模型,預報病蟲的發(fā)展趨勢、發(fā)生時間及危害時間,為自然保護地(區(qū))主管單位提供防治決策支持。對于林木蟲情的測報,接入蟲情測報燈,可查看系統(tǒng)當前運行狀態(tài),遠程采集蟲情測報燈內(nèi)蟲體圖像數(shù)據(jù),統(tǒng)計每個時間段蟲體數(shù)量;可查詢歷史時間內(nèi)每個時間段的所有蟲情數(shù)據(jù)及當時的圖像數(shù)據(jù)[2]。還可以借助AI 視覺識別、深度學習和網(wǎng)絡神經(jīng)技術(shù),通過前端高空云臺監(jiān)控視頻的可見光圖像,實時采集視頻圖像進行多幀分割,利用自主研發(fā)的多層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡和深度學習算法,提取松材線蟲病枯死樹(變色松樹)屬性特征和動態(tài)分析,同時加以模型訓練,實現(xiàn)對視頻畫面中的變色松樹進行實時偵測、識別和分析。另外,還可以通過有害生物“空天地”一體化監(jiān)測體系物聯(lián)感知設備,采用“物聯(lián)網(wǎng)+殺蟲燈+實地踏查”的預測預報工作方式,進一步提高林業(yè)有害生物預測預報效率和準確率。對有害生物區(qū)域的病蟲害數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,圖表化顯示統(tǒng)計周期內(nèi)的病蟲害發(fā)生次數(shù)、蟲情數(shù)量的變化趨勢、病蟲害發(fā)生時溫度等氣象因子的變化情況,數(shù)據(jù)結(jié)果更直觀、清晰。

        3.3 建立林木病蟲害數(shù)據(jù)庫

        林業(yè)生物有害生物的防控是一項需要長期堅持的重要工作。我國的林業(yè)有害生物種類多,森林面積大,且部分地區(qū)的人工純林面積大,為多種以其為取食對象的有害生物提供了豐富食物來源和寄生條件,有利于有害生物的蔓延。一旦某一區(qū)域發(fā)生森林病蟲害,極易造成區(qū)域性病蟲害的大規(guī)模爆發(fā)。因此,需要建立大規(guī)模的林木蟲害數(shù)據(jù)庫[3]。借助數(shù)字技術(shù),以及大數(shù)據(jù)、云存儲等技術(shù),將日常監(jiān)測收集的有害生物信息,建立與之相關聯(lián)的受害動植物種類資料庫,建立林業(yè)有害生物監(jiān)測管控數(shù)據(jù)中心,實現(xiàn)基礎數(shù)據(jù)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、管理業(yè)務應用數(shù)據(jù)相關行業(yè)數(shù)據(jù)、公眾服務數(shù)據(jù)等集中管理。

        數(shù)據(jù)庫中要包括以下數(shù)據(jù)信息。氣象監(jiān)測的資料信息,林業(yè)有害生物的發(fā)生與氣象條件密切相關,獲取實時的天氣及環(huán)境信息并進行記錄,為蟲害預警提供氣象數(shù)據(jù)依據(jù)。有害生物照片資料信息,對蟲情監(jiān)測設備采集到的圖像數(shù)據(jù)進行蟲情圖片管理和識別[4]。信息上報數(shù)據(jù),對病蟲害信息進行登記,填報病蟲數(shù)據(jù),包括有害生物的類型、名稱、危害對象、危害部位,上報監(jiān)測事件,發(fā)生經(jīng)緯度坐標,處理狀態(tài)以及照片信息等。圍繞空間地理數(shù)據(jù)與業(yè)務數(shù)據(jù)兩大總體數(shù)據(jù),對現(xiàn)有空間地理數(shù)據(jù)、公共基礎數(shù)據(jù)資源基礎數(shù)據(jù)專題數(shù)據(jù)、資源及監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理入庫,按照統(tǒng)一規(guī)范及標準構(gòu)建“空天地”一體化監(jiān)測時空數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合,圖屬互聯(lián)、集中管理、動態(tài)更新一套圖的可管、能用的建設目標,為建設有害生物監(jiān)測預警管控體系提供數(shù)據(jù)支撐。

        4 結(jié)語

        數(shù)字技術(shù)在林業(yè)有害生物防控中的應用,是當前林業(yè)管理發(fā)展的一個重要方向。而且隨著數(shù)字技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)綜合應用程度的不斷加深,在林業(yè)病蟲害管理方面會發(fā)揮越來越重要的作用,不僅能夠掌握林業(yè)常發(fā)性的病蟲害的發(fā)生期、發(fā)生量、發(fā)生范圍和危害程度,對其發(fā)生趨勢做出準確的預測,為開展防治工作提供科學依據(jù)。

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