AI+林業(yè)有害生物測(cè)報(bào)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

溧陽(yáng)市自然資源局 江蘇 溧陽(yáng) 213300

林業(yè)有害生物監(jiān)測(cè)預(yù)警是林業(yè)有害生物防控的第一道防線，其技術(shù)要求高、工作難度大且需要長(zhǎng)期持續(xù)開展工作。傳統(tǒng)林業(yè)有害生物測(cè)報(bào)技術(shù)以人工實(shí)地踏查為主，工作量大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、信息破碎化現(xiàn)象嚴(yán)重，很難對(duì)變化因素進(jìn)行跟蹤調(diào)查[1]。隨著社會(huì)現(xiàn)代化進(jìn)程，林業(yè)有害生物測(cè)報(bào)融合AI(ArtificialIntelligence人工智能)[2]和信息技術(shù)，以數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通、信息的可視化為特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程識(shí)別、監(jiān)控和防治，實(shí)現(xiàn)林業(yè)生物災(zāi)害防控的信息化、可視化、智能化，在林業(yè)有害生物測(cè)報(bào)工作中發(fā)揮著重要作用。

1 AI技術(shù)在林業(yè)有害生物監(jiān)測(cè)預(yù)警中應(yīng)用的重要性

林業(yè)有害生物是繼人為破壞、森林火災(zāi)之后的另一個(gè)影響林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，已成為制約林業(yè)生態(tài)建設(shè)和阻礙林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一。一般指的是對(duì)森林樹木正常生長(zhǎng)有害的任何植物、動(dòng)物或病原體的種、株或生物型。比如常見的林業(yè)害蟲、病原微生物、害鼠兔、有害的植物等。一旦林業(yè)資源在養(yǎng)護(hù)或管理中受到有害生物的威脅，影響的不僅是生物本身的生長(zhǎng)，久而久之也會(huì)影響整個(gè)林業(yè)生態(tài)環(huán)境。尤其是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、地球整體生態(tài)環(huán)境的脆弱化，林業(yè)資源的質(zhì)量變差、品種單一、人工營(yíng)造林的比重也在逐漸加大，從而導(dǎo)致了林木抗災(zāi)性能降低，這就為林業(yè)有害生物的繁殖提供了溫床。因此，如何科學(xué)、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)林業(yè)有害生物的發(fā)生就成了亟待解決的問題。自20世紀(jì)50年代以來，我國(guó)森林保護(hù)科技工作者就開始了林業(yè)有害生物監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)研究，測(cè)報(bào)技術(shù)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。傳統(tǒng)的地面調(diào)查已經(jīng)不能滿足目前林業(yè)持續(xù)發(fā)展和林業(yè)有害生物持續(xù)管理的需要，必須發(fā)展和應(yīng)用更先進(jìn)和實(shí)用的監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段，全面提高預(yù)警和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能力，才能徹底擺脫災(zāi)后救災(zāi)的惡性循環(huán)和被動(dòng)局面。林業(yè)有害生物發(fā)生具有明顯的空間位置特征和時(shí)間節(jié)律特征，林業(yè)有害生物的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)需要大量的時(shí)空數(shù)據(jù)和野外作業(yè)。AI技術(shù)為林業(yè)有害生物監(jiān)測(cè)預(yù)警開辟了新的途徑，它可以解決用傳統(tǒng)方法無法解決的許多問題，為林業(yè)工作外業(yè)調(diào)查提供了便利，為數(shù)字林業(yè)建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

2 AI+現(xiàn)代林業(yè)有害生物測(cè)報(bào)體系

2.1 高智能監(jiān)測(cè)站 高智能監(jiān)測(cè)站主要包括智能蟲情測(cè)報(bào)燈和氣象信息采集系統(tǒng)，以此為數(shù)據(jù)采集終端，構(gòu)建林業(yè)有害生物智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)。該系統(tǒng)利用各種現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)手段和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，自動(dòng)收集有害生物相關(guān)信息包括高清影像、高清照片等，最終將影像和數(shù)據(jù)上傳到智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的快速即時(shí)上報(bào)。

2.1.1 智能蟲情測(cè)報(bào)燈 智能蟲情測(cè)報(bào)燈可以無公害誘捕殺蟲，綠色環(huán)保。設(shè)備以黑光燈為光源，主要誘集具有趨光性昆蟲，利用遠(yuǎn)紅外快速處理蟲體，采用高像素CCD攝像機(jī)，根據(jù)設(shè)定拍照頻率自動(dòng)上傳誘捕影像，同時(shí)自動(dòng)完成誘蟲、殺蟲、收集、排水等作業(yè)。用戶可以隨時(shí)遠(yuǎn)程了解林區(qū)內(nèi)病蟲害發(fā)生情況與變化情況，結(jié)合實(shí)際情況，制定針對(duì)性的防控措施。

2.1.2 智能氣象信息采集系統(tǒng) 智能氣象信息采集系統(tǒng)的主要功能是可實(shí)時(shí)采集林業(yè)生產(chǎn)環(huán)境信息，包括林地土壤中水分、溫度、濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速風(fēng)向、降雨量等環(huán)境參數(shù)，并將最終獲取到的結(jié)果傳輸?shù)街行姆?wù)器中，實(shí)現(xiàn)對(duì)林區(qū)綜合生態(tài)信息自動(dòng)監(jiān)控和智能化管理[4]。此外，利用該系統(tǒng)還能夠自動(dòng)生成環(huán)境信息圖表，為林業(yè)管理人員分析林業(yè)病蟲害在不同氣候條件下的發(fā)生規(guī)律提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)林業(yè)有害生物快速準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。

2.1.3 林業(yè)有害生物智能監(jiān)測(cè)平臺(tái) 智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)收集蟲情測(cè)報(bào)燈和氣象信息采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)應(yīng)用多種統(tǒng)計(jì)原理和分析方法，根據(jù)病蟲發(fā)生規(guī)律與環(huán)境關(guān)系，分析歷史病蟲發(fā)展趨勢(shì)，做定性的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。通過不斷完善有害生物預(yù)報(bào)內(nèi)容，量化預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，圖文并茂，準(zhǔn)確反映有害生物發(fā)生情況，形成完整的病蟲預(yù)報(bào)。有害生物發(fā)生指標(biāo)分析、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備分布及工作狀態(tài)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布等信息可實(shí)時(shí)提供到林業(yè)管理部門和專家平臺(tái)，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，為防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)[5]。

2.2 PC采集終端

2.2.1 數(shù)據(jù)采集 測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)采集終端主要用于野外踏查實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，PC設(shè)備搭載有害生物測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)采集APP系統(tǒng)軟件，可采集日常測(cè)報(bào)要求的樹種、病蟲害及環(huán)境信息等，同時(shí)通過GPS定位系統(tǒng)為后期的防治提供精準(zhǔn)的位置信息，而在大面積地區(qū)可采取攜帶大面陣航空數(shù)字相機(jī)方法獲取遙感數(shù)據(jù)。

2.2.2 數(shù)據(jù)匯總 采集數(shù)據(jù)通過PC工具按照有害生物種類自動(dòng)分類生成專業(yè)上報(bào)表單，也可直接上報(bào)高智能監(jiān)測(cè)站中的林業(yè)有害生物信息服務(wù)平臺(tái)，相關(guān)信息可直接提供到林業(yè)管理部門和專家平臺(tái)。

2.3 昆蟲識(shí)別軟件 通過收集、整理、匯總主要有害生物的生物學(xué)資料、圖片資料和歷史為害資料，以及影響病蟲發(fā)生的氣象資料、林業(yè)信息，完善病蟲信息數(shù)據(jù)庫(kù)，建立起完整的地區(qū)有害生物檔案和病蟲圖譜。通過該軟件，可以隨時(shí)隨地識(shí)別鑒定昆蟲種類，即時(shí)制定防治方案。

2.4 智能孢子捕捉系統(tǒng) 利用智能孢子捕捉系統(tǒng)，能夠有效監(jiān)測(cè)到所轄范圍內(nèi)林地病原孢子以及花粉塵粒的信息，同時(shí)利用全球定位技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，生成3D圖像自動(dòng)上傳到云端物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)上，平臺(tái)每天自動(dòng)采集傳輸回來的數(shù)據(jù)信息，形成報(bào)表，工作人員可以隨時(shí)獲取林間孢子發(fā)生情況和演變趨勢(shì)，制定針對(duì)性的防控措施[4]。

2.5 無人機(jī)監(jiān)測(cè)集成系統(tǒng) 無人機(jī)已越來越多的應(yīng)用于林業(yè)有害生物外業(yè)工作中，主要實(shí)現(xiàn)森林巡查監(jiān)測(cè)、病蟲害監(jiān)測(cè)、農(nóng)藥噴灑等任務(wù)，完成對(duì)目標(biāo)地區(qū)林業(yè)資源狀況的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)管數(shù)據(jù)對(duì)接，并進(jìn)行GPS輔助空中三角測(cè)量，

進(jìn)而可利用無控制點(diǎn)或少控制點(diǎn)技術(shù)，對(duì)特征區(qū)域很少的林區(qū)進(jìn)行較高精度的幾何校正。目前林業(yè)有害生物監(jiān)測(cè)工作中，無人機(jī)主要用于松材線蟲病監(jiān)測(cè)調(diào)查，通過無人機(jī)對(duì)松林低空航拍，結(jié)合POS數(shù)據(jù)信息，制作出的數(shù)字正射影像圖，利用松樹受害后樹冠顏色改變的特征，對(duì)圖像進(jìn)行目視解譯，再對(duì)變色枯死木進(jìn)行定位標(biāo)注，統(tǒng)計(jì)出作業(yè)區(qū)域內(nèi)變色樹木數(shù)量[6]。在松材線蟲病防治作業(yè)時(shí)，對(duì)疫木清理全過程進(jìn)行定位、記錄、拍照，對(duì)清理的每株疫木建立電子檔案，規(guī)范疫木清理程序，強(qiáng)化信息采集管理，提高監(jiān)管效能。大型無人機(jī)則可用于野外噴灑農(nóng)藥，大大節(jié)省了人力，降低了地形復(fù)雜林區(qū)病蟲害防治工作難度，提高了作業(yè)效率。

3 存在問題

3.1 圖像識(shí)別準(zhǔn)確率有待提高 人工智能設(shè)備為野外監(jiān)測(cè)調(diào)查提供了極大便利，但由于病蟲害種類繁多，植物受害后的表現(xiàn)形式差異，昆蟲不同蟲態(tài)，季節(jié)和林相變化導(dǎo)致的樹冠顏色各異等因素影響，會(huì)導(dǎo)致圖像識(shí)別準(zhǔn)確率降低。伴隨著遙感和攝像技術(shù)的發(fā)展，提高圖片影像和判讀能力，將有利于智能化監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備的應(yīng)用。

3.2 智能監(jiān)測(cè)覆蓋面有待擴(kuò)大 近年來伴隨著生態(tài)文明建設(shè)步伐，綠化造林面積逐年增加，目前的智能監(jiān)測(cè)設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際工作需要。因此，林業(yè)部門可適當(dāng)增加相關(guān)設(shè)備設(shè)施的投入[2]，加強(qiáng)技術(shù)人員專業(yè)技能培訓(xùn)，將現(xiàn)有AI技術(shù)更好的應(yīng)用于林業(yè)有害生物防控。

4 前景展望

相對(duì)來講，林業(yè)有害生物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用人工智能技術(shù)，將成為林業(yè)調(diào)查和遙感測(cè)繪重要航空遙感平臺(tái)和未來林業(yè)有害生物災(zāi)害監(jiān)控和防治的重要常用工具，成為現(xiàn)代林業(yè)建設(shè)體系中一個(gè)重要組成部分并發(fā)揮巨大的作用。當(dāng)前，大面積的森林有害生物多發(fā)生在人煙稀少、交通不便的地區(qū)，由于常規(guī)地面調(diào)查監(jiān)測(cè)方法很難迅速、全面、客觀地反映病蟲害的發(fā)生發(fā)展動(dòng)態(tài)，不能及時(shí)、有針對(duì)性的采取防治措施，從而加大林業(yè)資源的管護(hù)難度。而大尺度多時(shí)遙感、智能蟲情測(cè)報(bào)燈、無人機(jī)技術(shù)等正是對(duì)大面積森林有害生物監(jiān)測(cè)的有益補(bǔ)充，可針對(duì)不同林業(yè)有害生物的生物生態(tài)學(xué)特性，發(fā)揮不同智能監(jiān)測(cè)設(shè)備各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，分類施策，從而更好地為森林資源保護(hù)服務(wù)?，F(xiàn)代AI技術(shù)發(fā)展為林業(yè)現(xiàn)代化和科技化描繪出一幅宏偉藍(lán)圖，采用現(xiàn)代最先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行全新概念的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理方法，提供動(dòng)態(tài)的資源數(shù)據(jù)和豐富的圖文數(shù)據(jù)，提供給專家做出決策方案。現(xiàn)代AI技術(shù)和林業(yè)有害生物的生態(tài)學(xué)模型有機(jī)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)林業(yè)有害生物發(fā)生的精準(zhǔn)數(shù)量化風(fēng)險(xiǎn)分析，具有廣闊的應(yīng)用前景[3][7]。但需要注意的是，即使人工智能技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，但對(duì)于圖像判讀工作來講大多數(shù)情況下依然是人工操作，故而開發(fā)出可自動(dòng)判讀的軟件并廣泛推廣及應(yīng)用是下一步需要重點(diǎn)研究的方向。