山西省有機旱作農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

尹祥杰，朱艷天，王麗英，王 莉，劉一景，張東霞

（山西省植物保護植物檢疫中心，山西 太原 030001）

山西省主要糧食作物是玉米、小麥、雜糧、馬鈴薯等[1]，容易受到玉米螟、粘蟲、玉米大斑病、小麥蚜蟲、紅蜘蛛、馬鈴薯晚疫病等病蟲的為害。習(xí)近平總書記2017 年在山西視察時指出，有機旱作是山西農(nóng)業(yè)的一大傳統(tǒng)技術(shù)特色[2]。山西省在準確把握省情農(nóng)情的基礎(chǔ)上，推廣了秸稈還田、增施有機肥、選用抗病抗逆品種等技術(shù)，農(nóng)田節(jié)水灌溉工程、旱作良種工程的實施，改變了傳統(tǒng)種植結(jié)構(gòu)和局部生態(tài)小氣候，使有機旱作條件下農(nóng)作物病蟲害發(fā)生的種類、規(guī)律發(fā)生了變化。面對病蟲害多發(fā)、重發(fā)、頻發(fā)的新形勢，利用現(xiàn)代信息技術(shù)解決有機旱作條件下農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測預(yù)警中存在的新問題，開發(fā)建成了山西省有機旱作農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)了山西省有機旱作條件下7 種（類）作物41 種病蟲害信息的標準化采集、網(wǎng)絡(luò)化傳輸、自動化分析、圖形化展示，大大提升了山西省有機旱作農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測預(yù)警信息傳遞效率和公共服務(wù)能力，對保障糧食安全具有重要的意義。

1 設(shè)計思路

1.1 建設(shè)目標

基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算等信息技術(shù)，依托山西省現(xiàn)有的35個病蟲測報站及6個田間自動化監(jiān)測點，構(gòu)建以自動化、智能化田間監(jiān)測站點為基礎(chǔ)，省級和縣級上下相通、橫向互聯(lián)，與山西省有機旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的病蟲害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，提高有機旱作農(nóng)作物病蟲監(jiān)測預(yù)警工作的規(guī)范性和時效性。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、系統(tǒng)應(yīng)用層構(gòu)成，并以綜合管理服務(wù)與安全保障體系和標準規(guī)范體系為支撐?；A(chǔ)設(shè)施層包括支持各類信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫存儲運行的軟硬件設(shè)施，及用戶使用環(huán)境，是整個系統(tǒng)運行的物質(zhì)基礎(chǔ)，包括植保專用設(shè)備、便攜式采集設(shè)備、及網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、視頻通訊設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)據(jù)資源層包括數(shù)據(jù)中心和基礎(chǔ)支持數(shù)據(jù)庫群，是病蟲害監(jiān)測過程中形成的數(shù)據(jù)，由歷史數(shù)據(jù)庫、原始報表數(shù)據(jù)庫、模式報表數(shù)據(jù)庫、資料類數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫組成。應(yīng)用支撐層是實現(xiàn)系統(tǒng)整合、信息共享的關(guān)鍵，是連接數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用系統(tǒng)功能的紐帶，由應(yīng)用組建群、安全組建群、信息化支撐體系、平臺組建支持、信息資源目錄及交換系統(tǒng)組成。系統(tǒng)應(yīng)用層是直接面向用戶的應(yīng)用系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)填報、物聯(lián)網(wǎng)、模型、數(shù)據(jù)整理、知識庫、辦公應(yīng)用、系統(tǒng)管理組成。

2 系統(tǒng)模塊及功能介紹

2.1 數(shù)據(jù)管理

2.1.1 數(shù)據(jù)填報

系統(tǒng)包括了小麥、玉米、馬鈴薯等7 種（類）農(nóng)作物41 種病蟲害制定的原始記錄表、模式報表、周報表、年度統(tǒng)計表共102張，結(jié)合有機旱作條件下作物生態(tài)布局與病蟲發(fā)生規(guī)律，通過求和、算數(shù)平均值、加權(quán)平均值、取最值、病情指數(shù)等算法自動計算。簡化了數(shù)據(jù)上報過程，實現(xiàn)了病蟲害監(jiān)測數(shù)據(jù)的網(wǎng)上填報和表內(nèi)、表間的數(shù)據(jù)自動計算，提高了工作效率。

2.1.2 數(shù)據(jù)查詢及審核

數(shù)據(jù)查詢功能支持各級用戶對已經(jīng)上報的任務(wù)進行查詢，可以根據(jù)需要選擇調(diào)查時間、站點、報表，靈活掌控顯示數(shù)據(jù)范圍。省級管理員可以對下級上報的數(shù)據(jù)進行審核，若發(fā)現(xiàn)填寫錯誤的不合理數(shù)據(jù)可以退回，還可以直接修改不合適的上報數(shù)據(jù)。

2.1.3 數(shù)據(jù)匯總

數(shù)據(jù)匯總功能實現(xiàn)了對已經(jīng)上報的病蟲報表進行匯總，用戶可以通過選擇報表名稱、上報時間、任務(wù)站點等對需要匯總的內(nèi)容進行按需調(diào)整，匯總指定業(yè)務(wù)報表、指定時間、區(qū)間的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。對顯示的數(shù)據(jù)列進行調(diào)整，篩選無需關(guān)注的字段，把關(guān)注的字段使其顯示在最顯眼的地方，方便瀏覽重點關(guān)注項。通過此功能，不僅可以羅列顯示重點病蟲、重點區(qū)域的病蟲數(shù)據(jù)，同時可以根據(jù)提前設(shè)計好的匯總公式對目標數(shù)據(jù)進行求和、求平均值計算，生成符合用戶實際需要的匯總數(shù)據(jù)。

2.1.4 報送評價

報送評價實現(xiàn)了查詢統(tǒng)計各個測報站的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上報情況，通過按站點、報表統(tǒng)計對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上報情況進行展示，展示信息包括：測報站名稱、應(yīng)報次數(shù)、實報次數(shù)、遲報次數(shù)、漏報次數(shù)、仍需上報次數(shù)、應(yīng)報數(shù)據(jù)項、實報數(shù)據(jù)等，直觀地看到各測報站任務(wù)上報率的統(tǒng)計分析。

2.2 數(shù)據(jù)分析

2.2.1 多指標疊加分析

采用類似金融股票的K 線系統(tǒng)，對病蟲害多個指標進行疊加分析，輔助判斷病蟲害發(fā)生趨勢規(guī)律。采用加權(quán)平均值和算術(shù)平均值等多種計算方式進行數(shù)據(jù)運算，利用多色曲線實現(xiàn)在同一坐標系疊加顯示病蟲數(shù)據(jù)最大值、最小值、算術(shù)平均值、加權(quán)平均值等多項指標。

2.2.2 地理信息分析

基于地理信息系統(tǒng)（GIS）和地理信息空間數(shù)據(jù)，建立符合山西省有機旱作條件下農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測需求的地圖服務(wù)系統(tǒng)，通過GIS 圖形化的方式將測報站的統(tǒng)計結(jié)果形象化的展示出來，便于領(lǐng)導(dǎo)層和相關(guān)業(yè)務(wù)人員更加直觀的了解各地病蟲害發(fā)生變化趨勢。

2.2.3 病蟲害專題分析

以農(nóng)作物類別、病蟲害類別、指標、數(shù)量、面積、程度和時間等條件制作成各種類型的病蟲害專題圖，將病蟲害的各種監(jiān)測信息展現(xiàn)在地圖上；可以基于地圖查詢監(jiān)測信息，動態(tài)地顯示不同病蟲害在區(qū)域上的分布情況，結(jié)合GIS 技術(shù)可以將某一類或某幾類監(jiān)測指標進行統(tǒng)計，按監(jiān)測點或區(qū)域形成餅圖、直方圖或顏色漸變圖。系統(tǒng)支持的專題分析形式包括：歷史同期數(shù)據(jù)分析、連續(xù)多期分析、多指標對比分析、同比環(huán)比分析、占比分析，按照用戶的分析主題，可以將以上的分析形式組合對病蟲害進行綜合分析。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)模塊

2.3.1 監(jiān)測點物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理

系統(tǒng)采用統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入標準，將監(jiān)測點自動化、智能化的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備接入系統(tǒng)，支持對當前監(jiān)測單位的編號、名稱、簡稱、經(jīng)度、緯度等信息的維護，用戶可對設(shè)備的名稱、類型、安裝地址、所屬廠商、廠商設(shè)備編號等信息進行新增和重置，將田間監(jiān)測點配備的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)標準化驗證和統(tǒng)一管理。

2.3.2 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析

該功能實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的多維度、多形式的分析，通過時間、地域等不同維度和類型、指標、時間等查詢條件，以折線圖、地圖的形式完成物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析展示功能?？蓪⒏魈镩g監(jiān)測點數(shù)據(jù)采集設(shè)備及植物生長環(huán)境監(jiān)控設(shè)備監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)接入，將省內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集中匯聚，搭建準確、穩(wěn)定、高效運行的省內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心。

2.3.3 采集圖片展示

該功能可將物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備采集的圖像數(shù)據(jù)進行展示，圖像以拍攝的具體時間命名便于查找，同時圖片列表顯示監(jiān)測點名稱、設(shè)備名稱、采集時間。點擊列表中任意圖片，系統(tǒng)提供放大鏡功能，便于對圖像進行放大查看，同時支持監(jiān)測點、監(jiān)測設(shè)備和數(shù)據(jù)日期維度的篩選過濾。

2.4 系統(tǒng)管理和辦公應(yīng)用

系統(tǒng)管理包括機構(gòu)管理、用戶管理、權(quán)限管理、菜單管理等，主要用于對系統(tǒng)中的機構(gòu)、用戶、權(quán)限、任務(wù)等進行管理，便于管理系統(tǒng)。辦公應(yīng)用包括文件收發(fā)、通知公告。

2.5 共享知識庫

共享知識庫通過提供初始化內(nèi)容，建立一套信息全面、可隨時豐富、檢索的省級病蟲害知識庫。包括病蟲發(fā)生特點、規(guī)律、分布和監(jiān)測、防治、檢疫、農(nóng)藥械等文字及圖像信息。下級植保機構(gòu)可上傳、分享病蟲知識，由省級管理員對共享知識進行審核并發(fā)布，實現(xiàn)病蟲害知識的積累與分享。

3 運行成效

3.1 提升了工作效力

系統(tǒng)已在全省11 個市的35 個病蟲測報站推廣應(yīng)用，病蟲數(shù)據(jù)報送過程簡單、快捷，系統(tǒng)很多數(shù)據(jù)無需填報，可以自動生成，為測報員填寫報表節(jié)省大量工作時間。據(jù)統(tǒng)計，系統(tǒng)自2020 年1 月正式應(yīng)用至2022 年9 月，共上報病蟲報表1.8×104份，遷移和補錄病蟲報表約20×104份，物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)150×104條，快速傳輸?shù)牟∠x數(shù)據(jù)及時科學(xué)地指導(dǎo)了病蟲害防控工作。

3.2 提升了工作能力

本系統(tǒng)覆蓋了山西省有機旱作條件下主要農(nóng)作物常見的41種病蟲，實現(xiàn)病蟲監(jiān)測調(diào)查數(shù)據(jù)的采集和分析處理。全省測報技術(shù)人員定期通過調(diào)查采集病蟲數(shù)據(jù)及時通過本系統(tǒng)上報，可以利用數(shù)據(jù)分析功能與歷史數(shù)據(jù)進行對比，清晰直觀地展示對比結(jié)果，提升了測報員分析病蟲發(fā)生規(guī)律、準確做出預(yù)報的能力。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運行成效顯著

自動化、智能化的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備，能夠排除人為因素的干擾，準確地獲得田間病蟲害、土壤、氣象等實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過對不同時間的數(shù)據(jù)進行分析、對比，形成有效、實用的趨勢判斷，讓測報員在辦公室就能實時掌握田間病蟲、氣象等情況。

4 結(jié)語

山西省有機旱作農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建立，通過蟲情測報燈、自動孢子捕捉儀等智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，對有機旱作條件下農(nóng)作物病蟲害的發(fā)生動態(tài)進行適時監(jiān)測，在病蟲信息采集標準化、數(shù)據(jù)分析自動化、發(fā)生動態(tài)展示圖形化、病蟲知識共享化等方面，發(fā)揮了非常重要的作用。將病蟲監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合當?shù)靥鞖忸A(yù)報、病蟲歷史數(shù)據(jù)等情況進行綜合分析，作出病蟲發(fā)生趨勢預(yù)報，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供依據(jù)，為農(nóng)民科學(xué)防控提供指導(dǎo)，實現(xiàn)了山西省有機旱作農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測預(yù)報的智能化、信息化，為全省有機旱作農(nóng)作物病蟲害防控決策提供高效率、高質(zhì)量的信息支撐。