農業病蟲害遠程診斷平臺

朱伊平，管孝鋒，黃海龍，陸林峰

(浙江省農業農村大數據發展中心，浙江 杭州 310020)

互聯網技術的不斷迭代和創新及廣泛應用，讓我們的生活和生產方式都發生了巨大的改變。在這個互聯網的時代，通過數字化和科技化的手段，也間接改變了人們在農業上的方方面面，例如:人們借由移動互聯網建立浙江農業微博微信、農村信息報微信、農民信箱APP等平臺，實現技術咨詢和信息交流，提高農業信息可得性和接受能力；建設區域性農產品電子商務平臺，突出展示銷售各地名優農產品，拓寬農產品銷售渠道等等。

而針對田間的病蟲害情況，通過與農業物聯網技術的結合，充分利用已經形成的數據庫以及國內外病蟲害領域專家的見解[1]，優化病蟲害遠程診斷的設計方案，為現代化農業發展提供強有力的技術支持。

1 平臺建設背景

1.1 傳統農業病蟲害田間診斷

傳統農業病蟲害的發現與診斷方式基本依靠農民在田間察看來解決，這種方式雖簡單易行，但農民只憑借已有的知識和經驗進行判斷，一旦遇到超出自己經驗范圍的病蟲害時，就會發生誤診的情況。考慮到現代化農業的發展趨勢，人們也在探索更加高效和穩定的病蟲害診斷的方法。結合農業物聯網技術，應用網絡通信技術來實現遠程傳輸、管理數據的診斷方式應運而生。

1.2 現代遠程病蟲害診斷

現代農業病蟲害的遠程診斷是采取農業物聯網的模式，依靠互聯網技術，將農業和信息化網絡相結合，既可確保診斷的正確性，又可簡化診斷過程，方便準確。

田間圖像傳感器采集到的數據是通過與數據庫內存儲的數據進行比較來判定農作物病蟲害的確切情況，若采集到的圖像信息在數據庫內不能被識別，可采取專家咨詢的方式解決[2]。

現代化遠程診斷的研究能提供一個有效、安全、穩定的農業病蟲害診斷，大大降低病蟲害在農業上可能造成的巨大損失。

1.3 農業病蟲害遠程診斷平臺

農業病蟲害遠程診斷平臺主要包含運用圖像識別技術的農業病蟲害遠程診斷系統和專家咨詢系統2部分。由于農業上病蟲害的種類繁多，且在每個地區出現的蟲害也會存在些許不同，所以圖像識別的方法只能幫助農戶診斷常見的病蟲害信息，對于一些因地域、環境等原因而形成的特殊病蟲害情況而無法得到識別時，可采用專家咨詢系統進行特殊蟲害的咨詢。平臺的工作流程如圖1所示。

圖1 農業病蟲害遠程診斷平臺的流程

2 農業病蟲害遠程診斷系統的實現

農業病蟲害遠程診斷系統的結構主要由感知設備層、網絡層和應用服務層[3]三部分組成。感知設備層主要由數據采集傳感器構成，用于采集作物的生長環境以及病變情況的數據；網絡層由無線通信網絡和有線網絡構成，主要負責傳輸傳感器采集到的圖像以及環境數據；應用服務層主要是面向計算機終端和手機端的相關服務。

2.1 病蟲害數據采集

病蟲害的數據采集主要通過控制田間的感知設備進行。農戶只需定期對田間作物進行檢測，獲取田間農作物的圖像數據[4]。針對發現的病蟲害圖片，設備能夠通過互聯網將采集到的圖像數據傳輸到網絡層，為與數據庫內對比的圖像識別程序提供素材。

2.2 病蟲害數據庫建立與更新

病蟲害數據庫的建立有利于遠程診斷的進行。數據庫內信息的來源主要有2個方面:一是將具有權威性的全國病蟲害監控中心作為樣本導入數據庫。該點主要是依據公眾所認可的病蟲害方面的專業知識以及在實踐中被證實了的農業病蟲害案例，全國病蟲害監控中心的信息更新將會實時更新到數據庫中，而數據庫在實踐當中錄入的信息也會實時更新到全國病蟲害監控中心[2]；二是根據通過專家遠程診斷的特殊型病蟲害，在接受實踐檢驗之后，此類特殊的病蟲害新信息可由專家對數據庫內容進行補充錄入及完善，充實數據庫，以便后續出現類似病蟲害情況時可由數據庫自動識別。

病蟲害數據庫內所存儲的數據可以包括已知的病蟲害信息和與之相關的防治措施等內容，便于日后農業工作者進行查詢與整治。

2.3 病蟲害識別

圖像識別是農業病蟲害診斷系統的主要部分，用于針對較為常見的病蟲害情況的診斷判斷。通過對上傳的數據及信息進行圖像預處理、分割后，提取出圖像的形狀、顏色、紋理等特征[5]，通過與庫內的樣本數據進行對比來識別病蟲害的種類及獲取其防治的措施。其診斷流程圖如下圖2所示。

圖2 基于圖像識別的病蟲害遠程診斷系統的流程

3 專家咨詢系統

圖像識別是將田間采集到的圖像素材上傳至服務器，平臺通過圖像識別技術進行病蟲害種類的識別，并告知防治措施給農戶，使其知道該如何處理這類病蟲害。倘若沒有與之匹配的病蟲害信息，則需通過專家咨詢系統進行病蟲害診斷。農戶或專家通過電腦、手機等設備進行病蟲害情況的診斷交流，專家可通過系統提供診斷結果，也可以通過語音、視頻等方式與農戶進行在線交流[6]，指導農戶防治病蟲害，并根據專家診斷的結果對病蟲害數據庫進行更新，實現系統的實時性與智能化的病蟲害遠程診斷服務。專家咨詢系統工作的流程圖如下圖3所示。

圖3 病蟲害遠程專家咨詢系統的流程

4 平臺運行過程與評價

農業病蟲害的遠程診斷平臺通過圖像識別技術與專家在線咨詢2種方式為農戶進行病蟲害的遠程診斷工作。2種方式的合作診斷讓農戶在發現農作物病蟲害問題之后能在最短的時間內解決該問題，并得到相應的防治措施，方便快捷，簡單準確，使病蟲害問題不會肆意擴散，釀成不必要的災害。

農業病蟲害遠程診斷平臺運用了互聯網技術，不僅將專業的全國病蟲害監控中心樣本數據庫應用于農業病蟲害的診斷工作，同時結合專家線上診斷的方式使得平臺診斷效率與準確度得到保障，使得農業病蟲害的遠程診斷得到實現，將農業病蟲害的診斷與防治提高到互聯網層面，為農業工作者提供了更為優質的診斷方式，具有重要的理論和實際意義。