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

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(lǐng)域的應(yīng)用，主要包括生物信息學(xué)、作物學(xué)、動(dòng)物模擬模型與信息實(shí)時(shí)采集技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能控制與智能設(shè)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(jì)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(yīng)用的程度不斷加深，為提升有害生物防控提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。我國(guó)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(dǎo)致林木病變，給林業(yè)經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失。因此，要加強(qiáng)對(duì)數(shù)字技術(shù)在林業(yè)蟲害防控領(lǐng)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(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步而出現(xiàn)的科學(xué)技術(shù)，指的借助一定的設(shè)備，將圖、文、聲、像等信息，轉(zhuǎn)化為電子計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)字，而后進(jìn)行運(yùn)算、加工、存儲(chǔ)、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(cè)預(yù)報(bào)、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(yīng)用，主要有以下幾個(gè)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(yuǎn)，進(jìn)出不便，林區(qū)管理人員在管理維護(hù)上需要投入巨大的時(shí)間精力，而且受限于地勢(shì)，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(shì)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(jì)病蟲動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，判斷蟲害類型。例如，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出草蛉、草地螟、灰胸突鰓金龜?shù)群οx的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確判斷不同時(shí)期林區(qū)內(nèi)發(fā)生的蟲害類型，為及時(shí)防治提供指導(dǎo)建議。

第三，深度挖掘數(shù)據(jù)信息，預(yù)測(cè)林木蟲情趨勢(shì)。基于數(shù)字技術(shù)的病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至云平臺(tái)，在云端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與管理。通過(guò)統(tǒng)計(jì)相應(yīng)的害蟲數(shù)量，結(jié)合時(shí)間，地點(diǎn)等相關(guān)信息，可視化展現(xiàn)蟲情發(fā)生走勢(shì)圖。利用長(zhǎng)期積累的數(shù)據(jù)，林業(yè)管理部門通過(guò)橫向與縱向?qū)Ρ龋梢酝诰虺鱿x情爆發(fā)期和害蟲生活習(xí)性等有價(jià)值信息，便于對(duì)病蟲害未來(lái)發(fā)生趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，以及時(shí)制定防治方案，有效應(yīng)對(duì)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(yīng)用

林業(yè)有害生物是指對(duì)森林（林木）有害的任何植物、動(dòng)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(duì)林木威脅最大擴(kuò)散最廣，近年來(lái)呈上升趨勢(shì)。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(cè)體系

構(gòu)建一體化的監(jiān)測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)林業(yè)有害生物的大范圍監(jiān)測(cè)。地面區(qū)域，采用“物聯(lián)網(wǎng)+殺蟲燈+實(shí)地踏查”的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作方式，進(jìn)一步提高林業(yè)有害生物預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)效率和準(zhǔn)確率?？罩袇^(qū)域，利用無(wú)人機(jī)巡查、遙感衛(wèi)星等，實(shí)現(xiàn)林區(qū)大范圍病蟲害監(jiān)測(cè)?；诟呖找曨l監(jiān)控、氣象監(jiān)測(cè)站、蟲情測(cè)報(bào)燈、衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)等前端物聯(lián)監(jiān)測(cè)設(shè)備及病蟲害事件上報(bào)，實(shí)現(xiàn)病蟲害發(fā)生的預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)。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(shí)建立預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)分析模型，預(yù)報(bào)病蟲的發(fā)展趨勢(shì)、發(fā)生時(shí)間及危害時(shí)間，為自然保護(hù)地主管單位提供防治決策支持。

具體來(lái)說(shuō)，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)林狀況及變化趨勢(shì)進(jìn)行大尺度監(jiān)測(cè)，遙感通過(guò)信息傳輸形成遙感成像機(jī)理與模型，與衛(wèi)星定位、定軌信息進(jìn)行高光譜、高分辨率、雷達(dá)等數(shù)據(jù)處理，通過(guò)遙感衛(wèi)星大面積采集病蟲害監(jiān)測(cè)寄主影像；利用低空無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)林區(qū)重點(diǎn)區(qū)域以及進(jìn)行中小尺度林區(qū)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)濟(jì)林病蟲害監(jiān)測(cè)寄主大面積快速采集并標(biāo)記入庫(kù)，對(duì)不同時(shí)間段的監(jiān)測(cè)寄主進(jìn)行歷史對(duì)比分析，建立監(jiān)測(cè)寄主數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)枯死樹的智能識(shí)別、自動(dòng)標(biāo)記、精準(zhǔn)防治，建立枯死樹樣本庫(kù)，幫助快速定位枯死樹的位置。通過(guò)視頻監(jiān)控可實(shí)時(shí)查看種植區(qū)作物的生長(zhǎng)及病蟲害情況，定時(shí)拍攝照片存儲(chǔ)在云端服務(wù)器上，記錄植物生長(zhǎng)和病蟲危害變化過(guò)程，方便進(jìn)一步的比對(duì)分析。

3.2 建立預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)分析模型

基于高空視頻監(jiān)控、氣象監(jiān)測(cè)站、蟲情測(cè)報(bào)燈、衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)等前端物聯(lián)監(jiān)測(cè)設(shè)備及病蟲害事件上報(bào)，實(shí)現(xiàn)病蟲害發(fā)生的預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)。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(shí)建立預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)分析模型，預(yù)報(bào)病蟲的發(fā)展趨勢(shì)、發(fā)生時(shí)間及危害時(shí)間，為自然保護(hù)地（區(qū)）主管單位提供防治決策支持。對(duì)于林木蟲情的測(cè)報(bào)，接入蟲情測(cè)報(bào)燈，可查看系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，遠(yuǎn)程采集蟲情測(cè)報(bào)燈內(nèi)蟲體圖像數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)每個(gè)時(shí)間段蟲體數(shù)量；可查詢歷史時(shí)間內(nèi)每個(gè)時(shí)間段的所有蟲情數(shù)據(jù)及當(dāng)時(shí)的圖像數(shù)據(jù)[2]。還可以借助AI 視覺(jué)識(shí)別、深度學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)技術(shù)，通過(guò)前端高空云臺(tái)監(jiān)控視頻的可見光圖像，實(shí)時(shí)采集視頻圖像進(jìn)行多幀分割，利用自主研發(fā)的多層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)算法，提取松材線蟲病枯死樹（變色松樹）屬性特征和動(dòng)態(tài)分析，同時(shí)加以模型訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻畫面中的變色松樹進(jìn)行實(shí)時(shí)偵測(cè)、識(shí)別和分析。另外，還可以通過(guò)有害生物“空天地”一體化監(jiān)測(cè)體系物聯(lián)感知設(shè)備，采用“物聯(lián)網(wǎng)+殺蟲燈+實(shí)地踏查”的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作方式，進(jìn)一步提高林業(yè)有害生物預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)效率和準(zhǔn)確率。對(duì)有害生物區(qū)域的病蟲害數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，圖表化顯示統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)的病蟲害發(fā)生次數(shù)、蟲情數(shù)量的變化趨勢(shì)、病蟲害發(fā)生時(shí)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(kù)

林業(yè)生物有害生物的防控是一項(xiàng)需要長(zhǎng)期堅(jiān)持的重要工作。我國(guó)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(duì)象的有害生物提供了豐富食物來(lái)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(kù)[3]。借助數(shù)字技術(shù)，以及大數(shù)據(jù)、云存儲(chǔ)等技術(shù)，將日常監(jiān)測(cè)收集的有害生物信息，建立與之相關(guān)聯(lián)的受害動(dòng)植物種類資料庫(kù)，建立林業(yè)有害生物監(jiān)測(cè)管控?cái)?shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、管理業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)相關(guān)行業(yè)數(shù)據(jù)、公眾服務(wù)數(shù)據(jù)等集中管理。

數(shù)據(jù)庫(kù)中要包括以下數(shù)據(jù)信息。氣象監(jiān)測(cè)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(guān)，獲取實(shí)時(shí)的天氣及環(huán)境信息并進(jìn)行記錄，為蟲害預(yù)警提供氣象數(shù)據(jù)依據(jù)。有害生物照片資料信息，對(duì)蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行蟲情圖片管理和識(shí)別[4]。信息上報(bào)數(shù)據(jù)，對(duì)病蟲害信息進(jìn)行登記，填報(bào)病蟲數(shù)據(jù)，包括有害生物的類型、名稱、危害對(duì)象、危害部位，上報(bào)監(jiān)測(cè)事件，發(fā)生經(jīng)緯度坐標(biāo)，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(wù)數(shù)據(jù)兩大總體數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)有空間地理數(shù)據(jù)、公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)專題數(shù)據(jù)、資源及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理入庫(kù)，按照統(tǒng)一規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建“空天地”一體化監(jiān)測(cè)時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合，圖屬互聯(lián)、集中管理、動(dòng)態(tài)更新一套圖的可管、能用的建設(shè)目標(biāo)，為建設(shè)有害生物監(jiān)測(cè)預(yù)警管控體系提供數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字技術(shù)在林業(yè)有害生物防控中的應(yīng)用，是當(dāng)前林業(yè)管理發(fā)展的一個(gè)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(yīng)用程度的不斷加深，在林業(yè)病蟲害管理方面會(huì)發(fā)揮越來(lái)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(duì)其發(fā)生趨勢(shì)做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，為開展防治工作提供科學(xué)依據(jù)。