沈俊峰，吳玲麗，陳勃生，劉成棟，孫愛軍，張大羽，

（1.浙江鼎昆環(huán)境科技有限公司，314500，桐鄉(xiāng)；2.浙江農(nóng)林大學(xué)，311300，杭州；3.水利部大壩安全管理中心，210000，南京；4.浙江省余姚市水利局，315400，余姚）

一、堤壩白蟻危害及綜合治理方法

1.土棲白蟻生物特性

危害堤壩的主要白蟻種類為土白蟻屬和大白蟻屬，不同區(qū)域的危害優(yōu)勢種有所差異，其中黑翅土白蟻危害最為嚴(yán)重，占比高達95%。堤壩土棲白蟻具有畏光、趨光（繁殖蟻）、群棲、好斗、護群、喜濕怕水、喜溫怕冷、喜愛整潔的特性，流動性強，在一個取食點停留時間短，敏感性強，受驚擾散開后較長時間內(nèi)不會回到原地點。

2.堤壩白蟻危害的產(chǎn)生和形成

我國地處亞熱帶、溫帶地區(qū)，屬于季風(fēng)性濕潤氣候，優(yōu)越的自然環(huán)境給白蟻棲息、生存和繁衍提供了良好的條件。2022年，我國完成《斯德哥爾摩公約》全面淘汰20種類持久性有機污染物的履約任務(wù)，以后可使用的新藥物均為非持久藥物。我國大多數(shù)江河堤防、水庫大壩的填筑材料為黏性土，若周邊存在蟻源區(qū)，則白蟻易通過堤壩兩側(cè)山體進入堤壩背水坡，并選為筑巢位點。白蟻在堤壩內(nèi)密集營巢，菌圃星羅棋布，四通八達的蟻路貫通堤壩內(nèi)外坡，使堤壩內(nèi)部形成許多空腔。

3.堤壩白蟻綜合治理的方法

綜合治理是依據(jù)相關(guān)環(huán)境和害蟲種群動態(tài)，協(xié)調(diào)采用多種技術(shù)和方法，將害蟲的種群控制在經(jīng)濟閾值之下的害蟲管理方式。為有效控制白蟻危害，同時避免大量使用化學(xué)藥劑對環(huán)境造成的污染，我國確立以白蟻監(jiān)測控制為主的蟲害綜合管理（IPM）模式。白蟻監(jiān)測系統(tǒng)是國外科學(xué)家近年在白蟻防治領(lǐng)域開發(fā)的一種新型白蟻 IPM 防治技術(shù)，具有循環(huán)監(jiān)測、連續(xù)使用的效果，大大減少了化學(xué)農(nóng)藥的使用。IPM 防治技術(shù)的關(guān)鍵是通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)白蟻活體，使用少量藥物實現(xiàn)白蟻活體相互傳染，從而達到棲生白蟻種群覆滅的效果。

二、白蟻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)變遷

1.初代白蟻誘集裝置

20世紀(jì)初期，就已經(jīng)有研究人員開始采用混合了糖和砷粉、氯丹等有毒化合物的毒餌來誘殺白蟻。20世紀(jì)80年代美國開始綠色化學(xué)革命，白蟻誘集裝置應(yīng)用增多；90 年代后，作為商品推廣應(yīng)用的白蟻誘殺裝置多采用松木誘集。初代裝置需要人工拆解觀測誘捕效果，本質(zhì)上是我國傳統(tǒng)的白蟻誘殺坑技術(shù)的產(chǎn)品化，一般稱為傳統(tǒng)白蟻監(jiān)測裝置。目前美國、澳大利亞、日本等國白蟻預(yù)防治理主要采用此裝置。

2.第二代白蟻誘集裝置

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，研究人員開始將多種傳感器設(shè)置于白蟻誘集裝置之中，由此形成了能夠監(jiān)控裝置狀態(tài)的第二代誘集裝置。與初代誘集裝置相比，第二代裝置能通過內(nèi)置探測器感知白蟻活動，可視為白蟻監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)傳感器觸發(fā)技術(shù)種類的不同，監(jiān)控系統(tǒng)可分為兩類。

（1）基于傳感器進行環(huán)境因子收集和判斷技術(shù)的白蟻監(jiān)控系統(tǒng)

①聲波監(jiān)測白蟻監(jiān)控系統(tǒng)。利用聲波監(jiān)測裝置監(jiān)控木制結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)出的聲信號，以此初步判斷材料內(nèi)部是否存在白蟻活動的跡象。Rosa 團隊采用了一種新的小波包分型算法對采集到的白蟻活動聲信號進行濾波和降噪處理，初步解決了白蟻聲信號的高信噪比問題。Nanda等對轉(zhuǎn)化后的聲信號使用支持向量機（Support Vector Machine，SVM）法進行訓(xùn)練和分類，將聲波監(jiān)測白蟻裝置的準(zhǔn)確率提高至91.88%。

②光線、氣溫和溫度信息感測白蟻監(jiān)測系統(tǒng)。近20 年來，研究人員使用多種傳感器針對白蟻活動區(qū)域內(nèi)的環(huán)境特征進行監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)。Oliver-Villanueva等使用LED光傳感器實現(xiàn)了對白蟻的監(jiān)控。Lax等利用白蟻巢穴及白蟻活動區(qū)域會散發(fā)獨特的氣味這一特征，訓(xùn)練犬類協(xié)助尋找白蟻。Kirkpatrick 等結(jié)合聲信號識別系統(tǒng)和氣味收集及鑒定系統(tǒng)，設(shè)置了一個白蟻監(jiān)測基站，能夠根據(jù)收集的聲信號和環(huán)境氣味判斷白蟻的活動情況。

基于傳感器進行環(huán)境因子收集和判斷技術(shù)的白蟻監(jiān)測裝置建造復(fù)雜，費用昂貴，防水能力弱，無法持久用于地下監(jiān)測，大多用于白蟻探測儀。該系列白蟻探測儀運用了雷達探測、激光熱度感應(yīng)、濕度感應(yīng)、光學(xué)感知分辨等技術(shù)，美國、澳大利亞研究較多，主要用于白蟻防治公司提供服務(wù)的探測工具。

（2）基于環(huán)路電流通斷判斷技術(shù)的白蟻監(jiān)控系統(tǒng)

利用環(huán)路電流通斷原理判斷有無白蟻是一種較為普遍而廉價的技術(shù)（簡稱環(huán)路技術(shù)）。Su 基于環(huán)路電流通斷原理開發(fā)了一款裝置，利用導(dǎo)電材料在木板上繪制環(huán)路并外接電源，正常情況下電路處于閉合狀態(tài)。若白蟻被誘集到裝置中啃食木板，會損壞木板上電流回路，導(dǎo)致整個電路斷開。鑒于金屬性質(zhì)的導(dǎo)電材料容易被腐蝕，國內(nèi)外研究人員對導(dǎo)電材料進行了改良，研究開發(fā)了炭環(huán)路技術(shù)、石墨環(huán)路技術(shù)和紅外線發(fā)收環(huán)路技術(shù)等。

相比利用傳感器監(jiān)測白蟻的裝置，該技術(shù)類型的裝置對白蟻的監(jiān)測準(zhǔn)確率較為穩(wěn)定，在野外實驗中初始階段監(jiān)測準(zhǔn)確率最高能達到87%，但經(jīng)過6 個月以上的使用后，其準(zhǔn)確率會降至40%甚至更低。由于報警準(zhǔn)確率不足、保質(zhì)期較短等問題，該類裝置在國外市場逐漸被淘汰。國內(nèi)市場主要應(yīng)用于新建房屋白蟻預(yù)防領(lǐng)域。

三、白蟻監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)的突破及監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用

2015 年5 月，本項目組研究團隊基于電磁感應(yīng)非環(huán)路（DEMINL）技術(shù)，研發(fā)了新一代白蟻監(jiān)測誘集裝置，其監(jiān)測體與被監(jiān)測體之間通過電磁感應(yīng)的方式形成非電環(huán)路，依據(jù)被監(jiān)測體的磁量變化判斷有無白蟻。該技術(shù)解決了環(huán)路電流白蟻監(jiān)測技術(shù)中存在的兩大難題：涉電部件不防水和觸發(fā)機制需帶電監(jiān)測。監(jiān)測裝置的電子模塊可獨立封裝防護，提升了報警的準(zhǔn)確率和設(shè)備的耐久性。

電磁感應(yīng)非環(huán)路技術(shù)突破了白蟻誘集觸發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，解決了困擾白蟻電子監(jiān)測研究多年的環(huán)路技術(shù)難題。2018年3月，在第十二屆環(huán)太平洋白蟻大會上，電磁感應(yīng)非環(huán)路技術(shù)得到與會專家學(xué)者的肯定，被認(rèn)為是白蟻監(jiān)測技術(shù)里程碑式的進步。目前，電磁感應(yīng)非環(huán)路技術(shù)分別在中國、美國、日本、澳大利亞、馬來西亞注冊并取得了發(fā)明證書，并通過科技成果技術(shù)鑒定。環(huán)路技術(shù)與非環(huán)路技術(shù)對比見圖1、表1。

表1 環(huán)路技術(shù)與非環(huán)路技術(shù)的對比研究

圖1 環(huán)路技術(shù)與非環(huán)路技術(shù)對比

1.研發(fā)歷程

基于電磁感應(yīng)非環(huán)路技術(shù)，研究人員在2015 年10 月推出了通過RFID 檢測的半自動白蟻監(jiān)測手持儀；2016 年年底，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)出首個遠(yuǎn)程自動化監(jiān)控系統(tǒng)；2021 年，突破超低功耗技術(shù)，首次實現(xiàn)白蟻進入觸發(fā)后的即時報警，真正實現(xiàn)了實時監(jiān)測，為用藥傳染滅殺白蟻爭取了寶貴的活體停留時間。2021 年年底，基于電磁感應(yīng)非環(huán)路技術(shù)的遠(yuǎn)程自動化監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)管數(shù)字模塊在浙江省數(shù)字化改革白蟻監(jiān)測預(yù)警處置賽道“揭榜掛帥”，2023 年年初順利通過驗收，正式上線。

2.系統(tǒng)組成

白蟻遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)由自動監(jiān)測儀、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測站、PC 端管理軟件及手機App 等幾部分組成。硬件包括殼體模塊、誘集觸發(fā)模塊、信號采集模塊、信號集中與傳輸模塊。軟件包括堤壩白蟻監(jiān)測預(yù)警查看操作旬區(qū)管理系統(tǒng)和堤壩白蟻監(jiān)測預(yù)警處置監(jiān)管系統(tǒng)，如圖2。

圖2 白蟻遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)組成

自動監(jiān)測儀中的監(jiān)測體與被監(jiān)測體為非線接觸結(jié)構(gòu)，均能采用外露非金屬材料，并實現(xiàn)模塊化設(shè)計、組裝，各零部件獨立運作，確保所有監(jiān)測部件在潮濕環(huán)境和酸性土壤中長久性正常運作，使得監(jiān)測產(chǎn)品從裝置上升到了儀器。

3.配套技術(shù)

白蟻遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)有四項配套技術(shù)，包括軟件基礎(chǔ)核心技術(shù)、通信技術(shù)、封裝技術(shù)以及低功耗技術(shù)。

（1）軟件基礎(chǔ)核心技術(shù)

白蟻遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術(shù)為監(jiān)測點狀態(tài)顯示及計算方法的發(fā)明與運用，監(jiān)測點狀態(tài)包括初始、有蟻、滅殺中、已滅殺、移位、失聯(lián)和丟失七種，實現(xiàn)了白蟻監(jiān)測點在物聯(lián)網(wǎng)層面的直觀展示和白蟻防治技術(shù)的動態(tài)痕跡化科學(xué)管理，是白蟻監(jiān)測結(jié)果用于監(jiān)測設(shè)備后續(xù)維護操作和層級監(jiān)管的基礎(chǔ)。

（2）通信技術(shù)

白蟻遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)解決了空對地信號采集難題，實現(xiàn)白蟻監(jiān)測點各種狀態(tài)信息的及時上傳和通信的全天候穩(wěn)定性。研究團隊先后基于NB和CAT1兩種通信技術(shù)打造公網(wǎng)信息傳輸系統(tǒng)，基于LoRa 和UNB兩種通信技術(shù)打造自建基站的自主網(wǎng)信息傳輸系統(tǒng)。信號穿透性能得到提升，可以穿透2~3 cm的土層和積水。該技術(shù)對無人看管的江堤、海塘和山塘（小型水庫）的監(jiān)測防治具有重要的推廣作用。

（3）封裝技術(shù)

涉電元件持續(xù)的IP68級防水防護是電器設(shè)備地下運用的必要條件，封裝技術(shù)可減少因水、水汽進入電子元件帶來的短路或電波影響，提高暴露在地下自然環(huán)境中各模塊的防腐蝕能力，盡量避免各種元件非正常觸發(fā)。白蟻遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)涉電元件的防水由四道干燥和封裝程序組成，能保證在夏季地表70°C高溫和冬季北方－20°C低溫條件下經(jīng)受熱脹冷縮和溫度變化的長時間考驗，并通過元件表面固化防腐延長設(shè)備和耗品的使用壽命。

（4）低功耗技術(shù)

白蟻遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)由低功耗電能管理技術(shù)及電源穩(wěn)定安全管理技術(shù)構(gòu)成，以實現(xiàn)白蟻監(jiān)測持久性要求。目前公網(wǎng)通信技術(shù)運用中，監(jiān)測儀電池實現(xiàn)了實用環(huán)境的3+1（年）；自主網(wǎng)通信技術(shù)運用中，監(jiān)測儀電池實現(xiàn)了實用環(huán)境的6+1（年），并且電能耗盡前系統(tǒng)會提示更換電池。

四、水利工程應(yīng)用實踐

基于DEMINL技術(shù)的白蟻監(jiān)控系統(tǒng)具備報警精確度高、耐久性好、即時報警的優(yōu)點，針對土棲白蟻的生物特性，尤其適用于堤壩白蟻防控應(yīng)用。該系統(tǒng)目前已經(jīng)正式應(yīng)用于浙江四明湖水庫、安徽沙河集水庫（見圖3），開展為期3年的白蟻防治，并在重慶馬耳壩水庫、福建過溪水庫、湖北枝江火山口水庫和浙江康門水庫、浙江鹽官海塘等堤壩上進行了測試應(yīng)用。

圖3 安徽沙河集水庫白蟻監(jiān)測報警后進行藥物處理

1.技術(shù)性能

有蟻報警準(zhǔn)確率高。每個水庫大壩有蟻報警準(zhǔn)確率都在95%以上，未報警監(jiān)測點由人工每年開蓋檢查，未發(fā)現(xiàn)受蟻酸影響導(dǎo)致承載物結(jié)塊但不報警的情況。監(jiān)測儀埋設(shè)在土層以下的項目（如枝江火山口水庫），未發(fā)現(xiàn)誤報。除耗件（誘集觸發(fā)模塊）外，所有部件均能使用3年以上。電池在3年左右進行更換后，設(shè)備繼續(xù)正常使用。監(jiān)測儀的涉電元件IP68級防護也經(jīng)歷了考驗和實證，各應(yīng)用項目歷經(jīng)3年四季溫度變化、熱脹冷縮，未發(fā)現(xiàn)進水造成的影響。

2.應(yīng)用成效

（1）白蟻蟻情調(diào)查

土棲白蟻是一種隱蔽性生物，判斷堤壩是否有白蟻存在及其危害程度，通過傳統(tǒng)的蟻路泥被、區(qū)域內(nèi)植被咬食痕跡等相關(guān)現(xiàn)象并無法實現(xiàn)。2022年，在某省一水庫除險加固提升項目中，為檢驗其十余座堤壩的白蟻治理情況，使用本系統(tǒng)平均布設(shè)定量監(jiān)測點，3個月內(nèi)，所有經(jīng)白蟻治理的項目都出現(xiàn)有蟻報警，開蓋檢測，全部捕獲白蟻活體。

（2）存量白蟻消殺

監(jiān)測有蟻報警后，對監(jiān)測儀內(nèi)的白蟻活體施用少量藥物，通過取食白蟻帶入蟻巢相互傳染消滅種群。施藥方式主要有兩種：應(yīng)用前期以開蓋后對捕獲的白蟻活體進行噴粉處理為主，現(xiàn)場效果好，但由于土棲白蟻的敏感性強，開蓋即散，且較長時間不回到原點的生物習(xí)性，單次傳遞、傳染效果不好。在多次確認(rèn)報警沒有誤報的基礎(chǔ)上，后期滅殺處理嘗試在收到報警信息后，采取不開蓋不驚動白蟻的方法，圍繞報警點投放藥餌包，由白蟻主動取食，多次取食傳染效果較好，經(jīng)2年滅殺，壩體已無有蟻報警。

（3）增量白蟻預(yù)防

白蟻監(jiān)測預(yù)警防線主要建立在堤壩和山體的接合部位以及堤壩鎮(zhèn)壓層，堤壩和山體的接合部位監(jiān)測點安裝距離為5 m，鎮(zhèn)壓層監(jiān)測點安裝的距離為10 m，多排布設(shè)錯位排列。2年后主要在外圍防線上進行報警處理，堤壩本體受到較好保護。

（4）蟻巢發(fā)現(xiàn)修復(fù)

在枝江火山口水庫的運用中，每次監(jiān)測點有蟻報警后，研究人員在以報警點為中心5 m范圍內(nèi)進行人工檢查，都能準(zhǔn)確無誤找到分飛孔，進行少量挖掘（30 cm）后，用黃泥漿進行3次灌注，取得較好效果。

（5）監(jiān)測設(shè)備監(jiān)管

監(jiān)測點統(tǒng)一編號，生成衛(wèi)星顯示地圖，在白蟻入侵時第一時間自動報警，顯示入侵位置并主動推送信息提示。對有蟻報警和丟失報警的處理進行閉環(huán)管理，以業(yè)主單位和監(jiān)管部門對白蟻防治服務(wù)企業(yè)的全流程監(jiān)管作為實現(xiàn)閉環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，既保證了設(shè)備的正常運行，又做到足不出戶即可掌握真實數(shù)據(jù)。

3.典型案例