AI+林業有害生物測報技術發展現狀

溧陽市自然資源局 江蘇 溧陽 213300

林業有害生物監測預警是林業有害生物防控的第一道防線，其技術要求高、工作難度大且需要長期持續開展工作。傳統林業有害生物測報技術以人工實地踏查為主，工作量大、費時費力、信息破碎化現象嚴重，很難對變化因素進行跟蹤調查[1]。隨著社會現代化進程，林業有害生物測報融合AI(ArtificialIntelligence人工智能)[2]和信息技術，以數據的互聯互通、信息的可視化為特點，可以實現遠程識別、監控和防治，實現林業生物災害防控的信息化、可視化、智能化，在林業有害生物測報工作中發揮著重要作用。

1 AI技術在林業有害生物監測預警中應用的重要性

林業有害生物是繼人為破壞、森林火災之后的另一個影響林業可持續發展的重要因素，已成為制約林業生態建設和阻礙林業經濟發展的重要因素之一。一般指的是對森林樹木正常生長有害的任何植物、動物或病原體的種、株或生物型。比如常見的林業害蟲、病原微生物、害鼠兔、有害的植物等。一旦林業資源在養護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，久而久之也會影響整個林業生態環境。尤其是當前經濟的快速發展、地球整體生態環境的脆弱化，林業資源的質量變差、品種單一、人工營造林的比重也在逐漸加大，從而導致了林木抗災性能降低，這就為林業有害生物的繁殖提供了溫床。因此，如何科學、準確地預測預報林業有害生物的發生就成了亟待解決的問題。自20世紀50年代以來，我國森林保護科技工作者就開始了林業有害生物監測預報技術研究，測報技術隨著現代科學技術的發展而發展。傳統的地面調查已經不能滿足目前林業持續發展和林業有害生物持續管理的需要，必須發展和應用更先進和實用的監測技術和手段，全面提高預警和預測預報能力，才能徹底擺脫災后救災的惡性循環和被動局面。林業有害生物發生具有明顯的空間位置特征和時間節律特征，林業有害生物的監測預報需要大量的時空數據和野外作業。AI技術為林業有害生物監測預警開辟了新的途徑，它可以解決用傳統方法無法解決的許多問題，為林業工作外業調查提供了便利，為數字林業建設打下了堅實的基礎[3]。

2 AI+現代林業有害生物測報體系

2.1 高智能監測站 高智能監測站主要包括智能蟲情測報燈和氣象信息采集系統，以此為數據采集終端，構建林業有害生物智能監測平臺。該系統利用各種現代化監測手段和無線網絡傳輸技術，自動收集有害生物相關信息包括高清影像、高清照片等，最終將影像和數據上傳到智能監測平臺，實現監測信息的快速即時上報。

2.1.1 智能蟲情測報燈 智能蟲情測報燈可以無公害誘捕殺蟲，綠色環保。設備以黑光燈為光源，主要誘集具有趨光性昆蟲，利用遠紅外快速處理蟲體，采用高像素CCD攝像機，根據設定拍照頻率自動上傳誘捕影像，同時自動完成誘蟲、殺蟲、收集、排水等作業。用戶可以隨時遠程了解林區內病蟲害發生情況與變化情況，結合實際情況，制定針對性的防控措施。

2.1.2 智能氣象信息采集系統 智能氣象信息采集系統的主要功能是可實時采集林業生產環境信息，包括林地土壤中水分、溫度、濕度、光照強度、風速風向、降雨量等環境參數，并將最終獲取到的結果傳輸到中心服務器中，實現對林區綜合生態信息自動監控和智能化管理[4]。此外，利用該系統還能夠自動生成環境信息圖表，為林業管理人員分析林業病蟲害在不同氣候條件下的發生規律提供相應的數據支持，實現林業有害生物快速準確預報。

2.1.3 林業有害生物智能監測平臺 智能監測平臺收集蟲情測報燈和氣象信息采集系統采集的數據，系統應用多種統計原理和分析方法，根據病蟲發生規律與環境關系，分析歷史病蟲發展趨勢，做定性的數據統計和分析。通過不斷完善有害生物預報內容，量化預報數據，圖文并茂，準確反映有害生物發生情況，形成完整的病蟲預報。有害生物發生指標分析、物聯網設備分布及工作狀態、監測點分布等信息可實時提供到林業管理部門和專家平臺，進行遠程診斷，為防災減災提供科學依據[5]。

2.2 PC采集終端

2.2.1 數據采集 測報數據采集終端主要用于野外踏查實時數據采集，PC設備搭載有害生物測報數據采集APP系統軟件，可采集日常測報要求的樹種、病蟲害及環境信息等，同時通過GPS定位系統為后期的防治提供精準的位置信息，而在大面積地區可采取攜帶大面陣航空數字相機方法獲取遙感數據。

2.2.2 數據匯總 采集數據通過PC工具按照有害生物種類自動分類生成專業上報表單，也可直接上報高智能監測站中的林業有害生物信息服務平臺，相關信息可直接提供到林業管理部門和專家平臺。

2.3 昆蟲識別軟件 通過收集、整理、匯總主要有害生物的生物學資料、圖片資料和歷史為害資料，以及影響病蟲發生的氣象資料、林業信息，完善病蟲信息數據庫，建立起完整的地區有害生物檔案和病蟲圖譜。通過該軟件，可以隨時隨地識別鑒定昆蟲種類，即時制定防治方案。

2.4 智能孢子捕捉系統 利用智能孢子捕捉系統，能夠有效監測到所轄范圍內林地病原孢子以及花粉塵粒的信息，同時利用全球定位技術和移動互聯網技術，對現場信息進行實時采集，生成3D圖像自動上傳到云端物聯網監控服務平臺上，平臺每天自動采集傳輸回來的數據信息，形成報表，工作人員可以隨時獲取林間孢子發生情況和演變趨勢，制定針對性的防控措施[4]。

2.5 無人機監測集成系統 無人機已越來越多的應用于林業有害生物外業工作中，主要實現森林巡查監測、病蟲害監測、農藥噴灑等任務，完成對目標地區林業資源狀況的實時動態監管數據對接，并進行GPS輔助空中三角測量，

進而可利用無控制點或少控制點技術，對特征區域很少的林區進行較高精度的幾何校正。目前林業有害生物監測工作中，無人機主要用于松材線蟲病監測調查，通過無人機對松林低空航拍，結合POS數據信息，制作出的數字正射影像圖，利用松樹受害后樹冠顏色改變的特征，對圖像進行目視解譯，再對變色枯死木進行定位標注，統計出作業區域內變色樹木數量[6]。在松材線蟲病防治作業時，對疫木清理全過程進行定位、記錄、拍照，對清理的每株疫木建立電子檔案，規范疫木清理程序，強化信息采集管理，提高監管效能。大型無人機則可用于野外噴灑農藥，大大節省了人力，降低了地形復雜林區病蟲害防治工作難度，提高了作業效率。

3 存在問題

3.1 圖像識別準確率有待提高 人工智能設備為野外監測調查提供了極大便利，但由于病蟲害種類繁多，植物受害后的表現形式差異，昆蟲不同蟲態，季節和林相變化導致的樹冠顏色各異等因素影響，會導致圖像識別準確率降低。伴隨著遙感和攝像技術的發展，提高圖片影像和判讀能力，將有利于智能化監測預警設備的應用。

3.2 智能監測覆蓋面有待擴大 近年來伴隨著生態文明建設步伐，綠化造林面積逐年增加，目前的智能監測設備遠遠不能滿足實際工作需要。因此，林業部門可適當增加相關設備設施的投入[2]，加強技術人員專業技能培訓，將現有AI技術更好的應用于林業有害生物防控。

4 前景展望

相對來講，林業有害生物監測系統中應用人工智能技術，將成為林業調查和遙感測繪重要航空遙感平臺和未來林業有害生物災害監控和防治的重要常用工具，成為現代林業建設體系中一個重要組成部分并發揮巨大的作用。當前，大面積的森林有害生物多發生在人煙稀少、交通不便的地區，由于常規地面調查監測方法很難迅速、全面、客觀地反映病蟲害的發生發展動態，不能及時、有針對性的采取防治措施，從而加大林業資源的管護難度。而大尺度多時遙感、智能蟲情測報燈、無人機技術等正是對大面積森林有害生物監測的有益補充，可針對不同林業有害生物的生物生態學特性，發揮不同智能監測設備各自獨特的優勢，分類施策，從而更好地為森林資源保護服務。現代AI技術發展為林業現代化和科技化描繪出一幅宏偉藍圖，采用現代最先進的技術手段進行全新概念的數據采集和數據數據處理方法，提供動態的資源數據和豐富的圖文數據，提供給專家做出決策方案。現代AI技術和林業有害生物的生態學模型有機結合，可實現林業有害生物發生的精準數量化風險分析，具有廣闊的應用前景[3][7]。但需要注意的是，即使人工智能技術已經被廣泛應用，但對于圖像判讀工作來講大多數情況下依然是人工操作，故而開發出可自動判讀的軟件并廣泛推廣及應用是下一步需要重點研究的方向。