智慧植保及其發(fā)展建議

王海光

(中國農(nóng)業(yè)大學 植物保護學院，北京 100193)

植物病蟲草鼠害(以下簡稱病蟲害)的發(fā)生嚴重影響糧食安全、生物安全和生態(tài)安全。人們在與病蟲害斗爭過程中，提出了有害生物綜合治理(integrated pest management)、可持續(xù)植保(sustainable plant protection)、有害生物生態(tài)治理(ecological pest management)等防治理念，通過植物檢疫、抗性品種利用、農(nóng)業(yè)防治、生物防治、物理防治、化學防治等措施的綜合應用，促進了病蟲害的安全、有效、綠色和可持續(xù)治理。新中國成立70多年來，我國建立了國家-省-市-縣四級植保體系，制定了《中華人民共和國進出境動植物檢疫法》、《植物檢疫條例》、《農(nóng)藥管理條例》、《農(nóng)作物病蟲害防治條例》、《中華人民共和國生物安全法》等法律法規(guī)，發(fā)布了《一類農(nóng)作物病蟲害名錄》，提出了“預防為主，綜合防治”的植保工作方針以及“植物系統(tǒng)工程”、“公共植保、綠色植保”、“科學植保、公共植保、綠色植保”等病蟲害防治理念，在小麥條銹病(由Pucciniastriiformisf. sp.tritici引起)、稻瘟病(由Magnaportheoryzae引起)、蝗蟲、稻飛虱、草地螟(Loxostegesticticalis)、草地貪夜蛾(Spodopterafrugiperda)、蘋果蠹蛾(Cydiapomonella)、馬鈴薯甲蟲(Leptinotarsadecemlineata)、松材線蟲(Bursaphelenchusxylophilus)等多種重要病蟲害的防控方面取得了顯著成效。我國針對突發(fā)性、暴發(fā)性、災害性病蟲害的防控能力顯著提升，例如，針對草地貪夜蛾的入侵，我國制定了應急處置方案，建立了阻截防控體系，取得了草地貪夜蛾“阻擊戰(zhàn)”的階段性勝利[1-2]。

受全球氣候變化、耕作制度改變、經(jīng)濟貿(mào)易和旅游業(yè)發(fā)展、植物品種更換等影響，病蟲害發(fā)生規(guī)律呈現(xiàn)新變化，一些流行性、暴發(fā)性重大病蟲害危害性增強，一些局部地區(qū)發(fā)生或偶發(fā)性的病蟲害發(fā)生范圍逐漸擴大、所造成的危害逐漸加重，人為傳播病蟲害或外來入侵有害生物的威脅愈發(fā)嚴重。并且，隨著人們生活水平的提高，農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留、食品安全、生態(tài)安全等日益受到關(guān)注和重視。尤其是近年來我國農(nóng)村勞動力流失嚴重，導致農(nóng)業(yè)勞動力結(jié)構(gòu)性變化，老年勞動力占比增多，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著“誰來種地，如何種好地”的問題[3-4]。因此，加強植物保護工作，做好植物病蟲害的安全、有效、綠色、可持續(xù)防控和治理，對保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、國家糧食安全、生物安全和生態(tài)安全具有重要意義。

計算機技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)等信息技術(shù)推動和促進了科學發(fā)展與技術(shù)進步，改變了人類的生活和生產(chǎn)方式。物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)、移動互聯(lián)、云計算(cloud computing)、大數(shù)據(jù)(big data)、人工智能(artificial intelligence，AI)等現(xiàn)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展，影響著各個行業(yè)。現(xiàn)代信息技術(shù)推動和促進了農(nóng)業(yè)信息化向智能化不斷發(fā)展，其與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具的集成和融合使得農(nóng)業(yè)機械或裝備更加自動化、智能化，促進農(nóng)業(yè)向智慧農(nóng)業(yè)(smart agriculture)方向發(fā)展。我國“十三五”規(guī)劃(2016-2020年)(中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要)將“智慧農(nóng)業(yè)”列為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化重大工程之一。2016-2022年每年中央一號文件均對加強關(guān)鍵信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應用、推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提出要求。2016年7月中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)的《國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》提出“沒有信息化就沒有現(xiàn)代化”、“把信息化作為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的制高點”。2018年中共中央、國務院印發(fā)的《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃(2018-2022年)》提出“加強農(nóng)業(yè)信息化建設”、“大力發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)，實施智慧農(nóng)業(yè)工程和‘互聯(lián)網(wǎng)+’現(xiàn)代農(nóng)業(yè)行動，鼓勵對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行數(shù)字化改造，加強農(nóng)業(yè)遙感、物聯(lián)網(wǎng)應用，提高農(nóng)業(yè)精準化水平”。2020年10月29日中國共產(chǎn)黨第十九屆中央委員會第五次全體會議通過的《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二O三五年遠景目標的建議》提出“深入實施藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略”、“建設智慧農(nóng)業(yè)”。我國人口眾多，糧食安全是國家安全的重要基礎，一方面應該堅持最嚴格的耕地保護制度，嚴守耕地紅線；另一方面應該加強農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新、研發(fā)和攻關(guān)，促進農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣應用。發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)對于保障我國糧食安全、全面實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化具有重要意義。

智慧農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要建設方向，是建立在可持續(xù)發(fā)展基礎之上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要體現(xiàn)，具體內(nèi)容包括信息智能感知、智能決策、智能控制等，涉及耕作、種植、管理、采收、流通等多個環(huán)節(jié)。智慧農(nóng)業(yè)受到國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。正如中國工程院院士汪懋華2019年在《智慧農(nóng)業(yè)(中英文)》創(chuàng)刊賀詞中所言“‘智慧農(nóng)業(yè)’絕不僅僅是科學的簡單應用和堆砌，除了要懂得工程與農(nóng)業(yè)生物基礎科學的基本原理、理論和方法之外，還必須善于處理好科學要素、技術(shù)要素、經(jīng)濟要素、管理要素、社會要素、環(huán)境要素等多要素的集成、選擇和優(yōu)化。‘智慧農(nóng)業(yè)’是基于新一代ICT(筆者注：ICT全稱為information and communications technology，即信息與通信技術(shù))科技與農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化深度融合發(fā)展的集成體系。” 中國工程院院士趙春江[5]認為“智慧農(nóng)業(yè)是以信息和知識為核心要素，通過將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度融合，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息感知、定量決策、智能控制、精準投入、個性化服務的全新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，是農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展從數(shù)字化到網(wǎng)絡化再到智能化的高級階段。”智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展受到農(nóng)業(yè)信息化和機械化水平的限制。在智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，信息技術(shù)被用于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取和共享、智慧決策、智慧管理、智慧服務等。在2020年12月18日中國工程院戰(zhàn)略咨詢中心、科睿唯安(Clarivate Analytics)、高等教育出版社聯(lián)合發(fā)布的《全球工程前沿2020》中，“農(nóng)業(yè)生物信息、環(huán)境信息的智能感知”、“農(nóng)業(yè)機械人作業(yè)對象識別與定位”被列為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的11項工程研究前沿中的2項，“無人農(nóng)場智能裝備”、“農(nóng)業(yè)先進傳感機理與技術(shù)”、“植保無人飛機病蟲害智能識別與精準對靶施藥”被列為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的9項工程開發(fā)前沿中的3項。

2013年5月13日我國農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《農(nóng)業(yè)部關(guān)于加快推進現(xiàn)代植物保護體系建設的意見》(農(nóng)農(nóng)發(fā)〔2013〕5號)規(guī)定我國應加快推進現(xiàn)代植物保護體系建設，實現(xiàn)植保體系監(jiān)測預警信息化、物質(zhì)裝備現(xiàn)代化、應用技術(shù)集成化、防控服務社會化、人才隊伍專業(yè)化、行業(yè)管理規(guī)范化。病蟲害智能化精準識別與監(jiān)測預警、智能化精準靶向施藥等智能化植保技術(shù)和智能化植保裝備已經(jīng)受到關(guān)注，被認為是未來植保的重要發(fā)展方向和趨勢[6-7]。信息技術(shù)促進植保信息化(plant protection informationization)向縱深發(fā)展，提高植保領(lǐng)域的自動化、數(shù)字化、智能化水平，推動著傳統(tǒng)植保向現(xiàn)代植保、智慧植保的變革。

沒有農(nóng)業(yè)信息化，就沒有農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化；沒有植保信息化，就沒有植保現(xiàn)代化。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)支撐的智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，智慧植保作為其不可或缺的部分，同樣應該從理論、技術(shù)、應用多層面全面發(fā)展。AI等現(xiàn)代信息技術(shù)在植保領(lǐng)域的應用將提升植保相關(guān)產(chǎn)業(yè)水平，智慧植保將為植保相關(guān)領(lǐng)域科研、生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)等帶來翻天覆地的變化，將會解決傳統(tǒng)植保中措施落后、效率低、人力和物力成本高、農(nóng)藥過度或不當施用等問題。

目前，尚未見針對智慧植保的較系統(tǒng)和全面的報道。因此，本研究擬在農(nóng)業(yè)、科技和學科發(fā)展基礎上，從智慧植保的概念、理論框架、功能、關(guān)鍵技術(shù)、研究進展等方面進行闡述，并提出發(fā)展智慧植保的建議，拋磚引玉，旨在促進對智慧植保的認識和能夠?qū)χ腔壑脖５牧夹园l(fā)展提供一些參考。

1 智慧植保的概念

智慧植保是以傳感器技術(shù)、計算機視覺技術(shù)、全球定位技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)、AI技術(shù)等為基礎，以智能手機、計算機、機器人、無人機和各種農(nóng)業(yè)機械或裝備等為終端，用于病蟲害監(jiān)測、預測預警、防控和管理等的綜合技術(shù)體系，是植物保護與其他多個學科交叉的綜合科學。從更狹義的角度考慮，智慧植保是植物病蟲害防控植保工作的智慧化；從更宏觀的角度理解，智慧植保應該包含在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、植保管理、植保科研、植保服務等各個環(huán)節(jié)，可以是AI技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)滲透到各個環(huán)節(jié)的植保工作中，而使其機械化、精準化、自動化、智能化、智慧化。

智慧農(nóng)業(yè)的英文為“smart agriculture”，亦有稱之為“intelligent agriculture”。參照智慧農(nóng)業(yè)的英文，智慧植保的英文可為“smart plant protection”，亦可為“intelligent plant protection”。為了避免將“smart plant protection”或“intelligent plant protection”理解為對“smart plant”或“intelligent plant”的“protection”，智慧植保的英文可為“smart phytoprotection”，亦可為“intelligent phytoprotection”。不過，“smart phytoprotection”應該更合適一些，也更有靈性。

信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應用促進了農(nóng)業(yè)信息化，推動農(nóng)業(yè)向智慧農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)方向發(fā)展。農(nóng)業(yè)信息化可以理解為“信息技術(shù)+農(nóng)業(yè)”，智慧農(nóng)業(yè)可以理解為“物聯(lián)網(wǎng)+AI+農(nóng)業(yè)”。信息技術(shù)在植保領(lǐng)域的應用促進了植保信息化，推動植保向現(xiàn)代植保、智慧植保方向發(fā)展，植保信息化可以理解為“信息技術(shù)+植保”，智慧植保可以理解為“物聯(lián)網(wǎng)+AI+植保”。智慧植保作為智慧農(nóng)業(yè)的組成部分，是以可持續(xù)植保和精準植保為基礎的，是現(xiàn)代植保的重要發(fā)展方向和重要體現(xiàn)。

智慧植保的發(fā)展，將會提高獲取數(shù)據(jù)的精度、廣度(時間和空間)、準確度、時效性，提高病蟲害預測預警的準確性和時效性，將更容易實現(xiàn)病蟲害的早發(fā)現(xiàn)、早防治，并可做到病蟲害智能精準定位與施藥防治，達到減藥增效目的，提高生產(chǎn)效率。智慧植保可為開展植保工作提供新型、便捷、高效的技術(shù)和方法，為研究病蟲害發(fā)生規(guī)律和防控措施提供支撐。智慧植保會提高工作效率，實現(xiàn)信息的快速、高效傳輸，有害生物的快速鑒定和診斷，精準、高效的預測預警，自動化、智能化的有效防控。在智慧植保下，可從多層次、多時相等多個方面研究植保問題，為在更大時空范圍內(nèi)和更復雜系統(tǒng)層面研究問題和開展研究成果應用提供可能和條件。

從智慧植保的概念來看，智慧植保具有智能化(intelligence)(自動化、自動學習、智能控制和管理等)、高精確性(high precision)(精準植保，位置精準、數(shù)據(jù)精確、操作精確等)、高效率(high efficiency)(便捷、高速、程序優(yōu)化、省力高效等)、可持續(xù)性(sustainability)(綠色、環(huán)境友好、減藥增效、生態(tài)可持續(xù)、生產(chǎn)可持續(xù)、技術(shù)可持續(xù)等)、高安全性(high safety)(生物安全、生產(chǎn)過程安全、產(chǎn)品安全等)的特點，可簡稱為IPESS。

2 智慧植保相關(guān)學科與理論框架

智慧植保是多學科交叉的新興學科或領(lǐng)域，是植物保護與AI等現(xiàn)代信息技術(shù)的最直接交叉和融合發(fā)展，其將圍繞整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品流通過程開展病蟲害系統(tǒng)的監(jiān)測、病蟲害預測預警、病蟲害管理和決策、植保生產(chǎn)服務等的理論、技術(shù)和方法、應用研究，實現(xiàn)植保精準化、自動化、智能化、智慧化，其理論框架如圖1所示。智慧植保涉及植物保護科學、信息科學、農(nóng)業(yè)工程等，其與植物保護、AI、農(nóng)業(yè)工程、數(shù)學、系統(tǒng)科學、計算機科學、通信科學、遙感科學、生態(tài)學、生物科學等多個學科密切相關(guān)。

圖1 智慧植保理論框架Fig.1 Theoretical framework of smart phytoprotection

發(fā)展和建設智慧植保是一個系統(tǒng)工程。智慧植保將為植保工作帶來革命性改變。得益于傳感器、網(wǎng)絡傳輸、機械、AI等技術(shù)的發(fā)展，智慧植保可使信息獲取更加即時化、精準化、標準化等，預測預警和防控決策更加及時、自動化、精準化、智能化等，防控措施實施更加機械化、精準化、自動化、智能化等。

3 智慧植保產(chǎn)生的必然性和必要性

智慧植保的產(chǎn)生具有必然性。AI等現(xiàn)代信息技術(shù)已經(jīng)向各個領(lǐng)域延伸，可謂是無孔不入，相關(guān)信息技術(shù)逐步被應用于植保領(lǐng)域的多個方面。智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展將極大地推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程，必然會影響植保領(lǐng)域的科研、農(nóng)業(yè)措施以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必然會引起、促進和驅(qū)動智慧植保的發(fā)展。無人機噴藥在一些地方逐漸形成產(chǎn)業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)逐漸被用于病蟲害監(jiān)測，機器人已被用于設施栽培和果園中的病蟲害監(jiān)測和防控，這些均可作為智慧植保的一部分。

智慧植保的產(chǎn)生具有必要性。實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，必須是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的現(xiàn)代化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的植保工作也必須實現(xiàn)現(xiàn)代化，這就需要必須重視AI等信息技術(shù)在植保領(lǐng)域中的應用，加強植保信息化建設，發(fā)展智慧植保。傳統(tǒng)的植保模式需要順應科技、農(nóng)業(yè)、社會和時代發(fā)展得以提升，發(fā)展智慧植保是最便捷、最安全的方式。隨著科技的快速發(fā)展，植保領(lǐng)域的科研必須引入AI等信息技術(shù)，提高植物保護研究水平，促進學科發(fā)展，提升植保服務能力和水平。智慧植保的發(fā)展應該有一個過程，由人與AI混合集成(人機融合智能)逐步過度到AI全自動化、智能化作業(yè)，最終實現(xiàn)“人機分離”。越早重視和發(fā)展智慧植保，將越能盡早占領(lǐng)領(lǐng)域高地，越可能掌握基礎理論和核心技術(shù)，越可能享受智慧植保帶來的紅利。

4 智慧植保應用場所

智慧植保應用場所主要可分為農(nóng)用地、農(nóng)產(chǎn)品儲存和流通場所、實驗室等。農(nóng)用地可分為露地栽培場所和設施栽培場所，相應的智慧植保研究和實現(xiàn)植物監(jiān)測、病蟲害監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、傳播介體監(jiān)測等，研究和實現(xiàn)信息傳輸(有線或無線網(wǎng)絡傳輸)、信息處理(環(huán)境因素異常判斷、植物生長異常判斷、有害生物的自動識別和危害程度自動評估、病蟲害預測預警、防治決策等)、病蟲害精準防控等。農(nóng)產(chǎn)品儲存和流通場所是指農(nóng)產(chǎn)品分檢、儲存、運輸、銷售等過程中所涉及的場所，這些場所的有害生物監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測對于保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和安全、防止有害生物傳播非常重要。實驗室應用場所是指人工控制條件的實驗室和智慧植保實驗室，相應的智慧植保主要是試驗和研究過程的自動化、智能化、智慧化以及實驗室環(huán)境條件的智能控制，主要包括機器人自動試驗操作、實驗室智能管理、病蟲害發(fā)生和管理模擬、農(nóng)藥計算機智能設計和研制、植物抗性分子設計等。

5 智慧植保的功能

智慧植保的功能主要包括智能監(jiān)測、智能預測預警、智能決策、智能溯源、智能管理、智能服務等，可以進行病蟲害系統(tǒng)的監(jiān)測(遠程、自動化)、預測預警、精準施藥和防控、有害生物溯源、病蟲害智慧化管理、植保咨詢和服務等。智慧植保可提高數(shù)據(jù)和信息的數(shù)字化、可視化表達能力，有利于信息及時、精準傳輸，避免因為信息不對稱而產(chǎn)生防控措施滯后，可進行病蟲害發(fā)生和管理模擬以及高效精準的計算機輔助農(nóng)藥設計、分子設計抗性育種等，可實現(xiàn)精準化、自動化、智能化管理。智慧植保可以改變傳統(tǒng)植保模式、釋放大量勞動力，可更高效地服務農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和用戶，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化和鄉(xiāng)村振興建設服務。

5.1 智能監(jiān)測

智慧植保可以實現(xiàn)病蟲害系統(tǒng)的智能監(jiān)測，可為病蟲害預測預警以及制定和實施相應的管理策略和措施提供及時、準確、規(guī)范的信息。病蟲害系統(tǒng)監(jiān)測包括植物監(jiān)測(種類、品種、生長狀態(tài)、生育期、抗性、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等)、病蟲害監(jiān)測(種類診斷和識別、危害程度、群體數(shù)量、群體組成、傳播方式、傳播距離等)、環(huán)境監(jiān)測(空氣溫度、空氣相對濕度、風向、風速、降雨、二氧化碳、光照強度、光照時間、紫外線、土壤溫度、土壤濕度、土壤pH、土壤肥力或化學元素、根圍或葉圍微生物區(qū)系、其他植物或生物的活動等)等。病蟲害系統(tǒng)監(jiān)測可分為單株(單葉或單果等)、田塊、大范圍或區(qū)域等不同層次，為了獲得更加全面的信息，應該加強多點監(jiān)測(多傳感器監(jiān)測)；可分為地面或近地、航空、航天等不同水平的監(jiān)測，實現(xiàn)天空地一體化監(jiān)測；可利用置于田間的傳感器、手持式或農(nóng)業(yè)機械裝載傳感器以及無人機、飛機、衛(wèi)星等搭載的傳感器進行監(jiān)測。智能監(jiān)測還包括對農(nóng)產(chǎn)品存儲和流通環(huán)節(jié)的病蟲害監(jiān)測。病蟲害系統(tǒng)的智能監(jiān)測主要涉及傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、無人機、機器人、“3S”(即GNSS(global navigation satellite system，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))、RS(remote sensing，遙感)、GIS(geographic information system，地理信息系統(tǒng)))、計算機視覺和圖像處理、AI等信息技術(shù)以及生物技術(shù)。

智慧植保可以實現(xiàn)病蟲害的自動識別和評估，包括有害生物的自動識別、自動計數(shù)和危害嚴重程度的自動評估，有害生物和危害部位的自動定位，有害生物和危害嚴重程度的實時自動監(jiān)測等。智慧植保應該進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程監(jiān)測，包括農(nóng)作物種苗質(zhì)量檢測、播種前農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)作物生長環(huán)境信息自動感知和獲取、農(nóng)作物整個生長過程監(jiān)測(病蟲害早期監(jiān)測、普遍率和嚴重程度監(jiān)測、病情動態(tài)監(jiān)測等)和管理過程監(jiān)測、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(病蟲害以及毒素、農(nóng)藥殘留、所含微生物種類和數(shù)量等)。借助移動終端或計算機平臺等，可以查看植物生長狀態(tài)、病蟲害發(fā)生情況、農(nóng)田管理情況。

監(jiān)測受到復雜環(huán)境條件、病蟲害種類、病蟲害復雜的危害癥狀、監(jiān)測所用軟硬件等多種因素影響。獲得高質(zhì)量的病蟲害系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)并進行快速傳輸和處理是非常重要的，特別是智能識別技術(shù)與機械或裝備相結(jié)合，以便農(nóng)業(yè)機械或裝備在田間作業(yè)時即可完成監(jiān)測，為進一步?jīng)Q策或工作安排做準備。進行病蟲害系統(tǒng)監(jiān)測時，應保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的代表性、規(guī)范化和標準化。一方面應該重視早期監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)和實施，以實現(xiàn)早防治、早處理、早預警，“早期”可以理解為沒有顯示危害癥狀的時期、尚未達到防治指標或經(jīng)濟受害允許水平的時期；另一方面，目前病原監(jiān)測主要是通過孢子捕捉器監(jiān)測氣傳病原菌物，應該加強其他病原物的監(jiān)測手段研究，尤其是土壤或種苗攜帶病原物的監(jiān)測。不但要監(jiān)測病原物種類，還應加強病原物群體組成的監(jiān)測。應進行微生物區(qū)系的監(jiān)測，尤其是葉圍或根圍的監(jiān)測。在利用計算機視覺技術(shù)或圖像處理技術(shù)時，應該注意視頻監(jiān)控中病蟲害的自動檢測和評估方法、基于深度學習算法實現(xiàn)圖像自動智能分割的方法等研究。

5.2 智能預測預警

智慧植保可以實現(xiàn)病蟲害的智能預測預警，包括早期預測預警以及發(fā)生部位、危害程度、損失程度、有害生物群體數(shù)量和組成等的預測預警。當然，亦可進行有害生物安全預測，即對不發(fā)生的預測，負預測。預測預警信息包括文字、圖形、圖文、視頻等多種形式。借助手機短信或信息推送、網(wǎng)頁、微博、應用程序APP(application program)或公眾號等多種渠道，將預測預警信息及時精準傳送給用戶和受眾，并且用戶和受眾可根據(jù)需要定制預測預警信息。

5.3 智能施藥

智能施藥是智慧植保的重要功能和研究內(nèi)容。無人機、機器人、自走式或車載式農(nóng)業(yè)機械或裝備等可根據(jù)裝載的傳感器獲得病蟲害發(fā)生信息或者獲得的操作指令，通過施藥管理系統(tǒng)進行精準變量施藥和施藥作業(yè)控制，實現(xiàn)病蟲害的精準防治。智能精準變量施藥主要是根據(jù)傳感器獲得的病蟲害種類、嚴重程度、危害部位等信息，自動制定藥劑處方，根據(jù)施藥機械攜帶的所需要的藥劑種類，自動配制藥劑，定制藥劑噴施的劑量、路線和地點，調(diào)動藥量控制系統(tǒng)，控制噴施量和施藥時間，進行靶向施藥。田間作業(yè)時，可以邊監(jiān)測邊噴藥，亦可以先監(jiān)測制定生成變量施藥處方圖，然后根據(jù)處方圖進行精準變量噴施。

大面積使用統(tǒng)一噴藥防治方案，往往會造成農(nóng)藥和人力的浪費，還會造成環(huán)境污染、藥害等問題。在智能植保下，應該根據(jù)監(jiān)測信息，實施有分別地精準、變量施藥。在實際生產(chǎn)中，植保無人機噴藥已得到較多應用[4, 8-12]。植保無人機施藥應該做到靶標精準、選藥精準、藥量精準，需要精準定位(靶標定位和導航)、精準識別(確定病蟲害種類以便精準選擇農(nóng)藥種類)、精準定量。植保機器人、自走式農(nóng)業(yè)機械或裝備等在智能控制下，也可實現(xiàn)精準變量施藥[4, 10-11]。

5.4 智能溯源

現(xiàn)在經(jīng)濟貿(mào)易發(fā)達，農(nóng)產(chǎn)品運輸量大、范圍廣，在農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易和運輸過程中，會造成有害生物傳播。為了及時了解有害生物來源，保障生物安全，對由農(nóng)產(chǎn)品傳播的有害生物的溯源工作非常重要。進行有害生物溯源的技術(shù)主要有分子生物學技術(shù)、攜帶有害生物的農(nóng)產(chǎn)品溯源技術(shù)、氣流傳播軌跡分析溯源技術(shù)等。通過農(nóng)產(chǎn)品進行有害生物溯源工作實際應該做到農(nóng)作物種植過程、采收過程、加工過程、銷售過程等的智能化監(jiān)督管理，對從種植、生產(chǎn)管理、植物生長到農(nóng)產(chǎn)品收獲、運輸、后期加工、銷售等全生產(chǎn)過程、全產(chǎn)業(yè)鏈進行跟蹤和監(jiān)測。通過農(nóng)產(chǎn)品溯源，可以加強有害生物管理，可以追溯有害生物隨農(nóng)產(chǎn)品流通造成的傳播，掌握其傳播途徑，有利于病蟲害的宏觀治理，尤其是對于危險性有害生物更能做到監(jiān)管、溯源，做到有效、及時防控。應該加強溯源系統(tǒng)研發(fā)，保障農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)藥、有害生物的可追溯性，這對于了解有害生物傳播、保障農(nóng)產(chǎn)品安全以及危險性有害生物的有效防控具有重要意義，可以有效跟蹤有害生物的蔓延，防止其發(fā)生地理范圍的擴大，可降低人為因素在有害生物傳播中的作用，可為農(nóng)業(yè)安全、生物安全、生態(tài)安全提供保障和提供應急處置依據(jù)。軌跡分析模式可用于氣傳有害生物的溯源分析和傳播軌跡預測[13-17]，為有害生物和病蟲害的宏觀管理提供依據(jù)，應加強相關(guān)研究。

5.5 智能管理

智慧管理包括病蟲害的監(jiān)測、預測預警、防治決策、防治措施實施等的智能控制和管理，涉及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程、全鏈條。為了推動智慧植保的發(fā)展和應用實施，應該加強智慧植保系統(tǒng)平臺的研發(fā)工作。該平臺應該囊括智慧植保的框架系統(tǒng)，集成智慧植保的各個功能模塊，實現(xiàn)智慧植保的大部分功能，包括田間環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)、病蟲害識別和評估系統(tǒng)、有害生物溯源系統(tǒng)、病蟲害預測預警系統(tǒng)、病蟲害精準防控系統(tǒng)、農(nóng)藥管理系統(tǒng)、智慧植保實驗室管理系統(tǒng)等(圖2)，每個系統(tǒng)可以包含多個模塊。平臺可分為不同應用層次，可以是全國性的，也可以是區(qū)域性的，亦可以是田塊水平的或小環(huán)境的。利用該平臺，在田間農(nóng)作物生長的全過程，進行智能化、可視化實時監(jiān)測，進行及時決策，及時采取措施，保障農(nóng)作物健康生長、農(nóng)業(yè)豐收；可以進行防治方案的自動生成、精準防控和靶向施藥，即根據(jù)識別的位置和種類，進行自動施藥判斷、藥劑選擇、藥量控制等，實現(xiàn)精準變量施藥防治；在建立的智慧植保實驗室中，實現(xiàn)機器人自動試驗操作、實驗室智能管理、病蟲害發(fā)生和管理模擬、農(nóng)藥計算機智能設計和研制、植物抗性分子設計等。用戶通過該平臺，可實時監(jiān)測植物生長和有害生物危害情況以及相關(guān)環(huán)境條件，并自動獲取相關(guān)管理建議，進行智能管理。智慧植保系統(tǒng)平臺的研發(fā)，可以推動智慧植保相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代植保的建設，有利于提高現(xiàn)代植保的精準化、自動化、智能化管理水平，能夠更好服務于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。智慧植保系統(tǒng)平臺還可以包括農(nóng)產(chǎn)品自動檢測和分級作業(yè)管理系統(tǒng)，或者可以單獨開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品自動檢測和分級作業(yè)管理系統(tǒng)，可以在線進行農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測和根據(jù)需要進行分檢作業(yè)，將含有有害生物或受到病蟲害為害的農(nóng)產(chǎn)品自動檢出。

圖2 智慧植保系統(tǒng)平臺基本構(gòu)成Fig.2 Basic structure of smart phytoprotection system platform

6 智慧植保關(guān)鍵技術(shù)

智慧植保涉及多種現(xiàn)代技術(shù)。智慧植保的主要技術(shù)體現(xiàn)在現(xiàn)代信息技術(shù)的利用(實現(xiàn)遠程智能監(jiān)測和控制)，新型植保機械或裝備的利用(植保無人機、植保機器人、裝載定位導航系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)的農(nóng)機等)，基于射頻識別(radio frequency identification，RFID)技術(shù)等農(nóng)產(chǎn)品智能溯源系統(tǒng)的利用(實現(xiàn)有害生物傳播路徑可追蹤、有害農(nóng)產(chǎn)品和農(nóng)藥可溯源)，以及智能植保綜合管理系統(tǒng)的利用等方面。主要涉及傳感器技術(shù)、計算機視覺技術(shù)和圖像處理技術(shù)、“3S”技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、植保機械相關(guān)技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、AI技術(shù)、云計算技術(shù)、生物技術(shù)等。限于篇幅，這里不具體涉及生物技術(shù)。

6.1 傳感器技術(shù)

傳感器(transducer/sensor)是指能夠感受測量目標并將相關(guān)信息轉(zhuǎn)換為一定信號的器件或裝置。傳感器類型多樣，可感知多種信息[18-19]，是目前多種智能系統(tǒng)獲取信息的基礎，其獲得的最終信息可以是圖像、視頻、數(shù)據(jù)等，涉及環(huán)境、農(nóng)作物、病蟲害、地理位置、農(nóng)事活動和機械作業(yè)等。傳感器作為各種信息獲取系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的末端器件或裝置，通過接口程序、有線/無線網(wǎng)絡，將獲取的信息傳輸給相關(guān)系統(tǒng)，供進一步利用。傳感器技術(shù)與有線/無線網(wǎng)絡傳輸技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、智能控制技術(shù)等關(guān)系密切。利用傳感器技術(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)、無人機、機器人、智能植保機械或裝備等，可實時了解病蟲害發(fā)生情況、植物生長狀態(tài)、農(nóng)產(chǎn)品狀態(tài)、環(huán)境因素變化等，可實現(xiàn)智慧感知、信息傳輸以及智能預警、控制和管理。傳感器的精度、準確性和敏感性以及環(huán)境因素、傳感器放置位置等因素會影響所獲得信息的質(zhì)量和效率。需要進一步開展傳感器感知的基礎理論研究，研發(fā)價格低、穩(wěn)定性強、準確性高、智能化的傳感器。

6.2 計算機視覺技術(shù)和圖像處理技術(shù)

計算機視覺技術(shù)和圖像處理技術(shù)是對獲取的圖像信息進行處理和分析，以獲得目標信息的技術(shù)，在智能手機、物聯(lián)網(wǎng)、遙感、無人機、機器人等方面應用廣泛。常規(guī)圖像處理過程包括圖像預處理、圖像分割、圖像特征提取、特征選擇、識別模型構(gòu)建、圖像識別等。深度學習的發(fā)展，使得可將圖像直接或經(jīng)過一定處理后，利用深度學習模型自動進行感興趣區(qū)域或目標定位、檢測和識別等，在圖像自動識別方面表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢。利用計算機視覺技術(shù)和圖像處理技術(shù)，可以實現(xiàn)病蟲害自動監(jiān)測，實現(xiàn)有害生物的自動識別和計數(shù)、危害程度的診斷和評估、田間作物以及其他生物或物體的探測等，并且結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遙感技術(shù)、移動終端等可以實現(xiàn)遠程監(jiān)測，這些方面的研究較多[20-33]，關(guān)鍵是如何將相關(guān)研究成果真正用于生產(chǎn)實際，以便實現(xiàn)病蟲害相關(guān)信息的自動獲取，尤其是為病原孢子和微小害蟲的自動識別和評估提供快速、方便、簡單的實用方法[24,32,34-36]。這些技術(shù)的應用可提高無人值守作業(yè)能力，提高工作效率，并可與病蟲害的防治決策和精準防治相結(jié)合，綜合提高病蟲害管理水平。計算機視覺技術(shù)和圖像處理技術(shù)研究對象正由二維圖像為主向三維圖像為主發(fā)展，正由數(shù)字圖像識別向視頻目標檢測發(fā)展，正由小視野圖像處理向區(qū)域范圍圖像處理發(fā)展，會促進病蟲害信息獲取更加自動化、效率更高、地理范圍更廣，為病蟲害系統(tǒng)管理提供更強支撐。

6.3 “3S”技術(shù)

“3S”技術(shù)綜合了空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導航技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機技術(shù)等，可用于空間和環(huán)境信息的采集、處理、分析和管理等[37-38]。目前，GNSS包括美國全球定位系統(tǒng)(global positioning system，GPS)、俄羅斯格洛納斯全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(globalnaya navigatsionnaya sputnikovaya sistema，GLONASS)、歐盟伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)(Galileo satellite navigation system)和中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BeiDou navigation satellite system，BDS)。我國應該建立以自行研制的BDS為基礎的智慧植保系統(tǒng)，實現(xiàn)病蟲害監(jiān)測和植保作業(yè)時的精準定位和導航。將無人機、機器人、自走式農(nóng)業(yè)機械或裝備等搭載BDS，實現(xiàn)精準定位、自動精準導航、自動避障等功能，以便實現(xiàn)自主進行田間病蟲害監(jiān)測和植保作業(yè)。利用RS技術(shù)可對病蟲害等目標進行光譜數(shù)據(jù)和遙感圖像的高效獲取、處理、解譯，為病蟲害系統(tǒng)管理提供依據(jù)。應該重視不同平臺RS技術(shù)的研發(fā)，尤其是衛(wèi)星遙感綜合技術(shù)的研發(fā)。應重視提高WebGIS和移動GIS的數(shù)據(jù)分析處理能力。綜合利用GNSS的精準定位和導航功能、RS的信息采集功能、GIS的數(shù)據(jù)分析和管理功能，集成和融合形成“3S”一體化技術(shù)，在病蟲害監(jiān)測、預測預警和管理等方面發(fā)揮更大功能，為智慧植保提供更強有力支撐。

6.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是任何物與物之間在任何時間、任何地點相互連接形成的網(wǎng)絡[39]。物聯(lián)網(wǎng)一般具有感知層、傳輸層、處理層、應用層4層網(wǎng)絡架構(gòu)，其具有全面感知、可靠傳輸、智能處理的特征[40]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與多種信息技術(shù)有關(guān)，涉及傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、GPS技術(shù)、RS技術(shù)等感知技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)、移動通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等信息傳輸技術(shù)，以及各種信息處理、識別技術(shù)、智能控制技術(shù)等[40-41]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是支撐智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要技術(shù)[42]，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化、信息化、智能化、規(guī)范化、規(guī)模化、集約化等。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可用于農(nóng)作物、病蟲害、環(huán)境的監(jiān)測以及農(nóng)作物生產(chǎn)管理和監(jiān)測等，以便實時了解農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境和生長情況、病蟲害發(fā)生情況、農(nóng)產(chǎn)品儲藏環(huán)境中的各因素的狀態(tài)和變化，及時決策和采取相關(guān)措施。基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，利用定位導航技術(shù)可實現(xiàn)對感知對象的精準定位和跟蹤。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建農(nóng)田實時監(jiān)控系統(tǒng)(包括各種傳感器、有線/無線傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理中心/服務器端、用戶終端)，可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程監(jiān)測和監(jiān)控，若與智能管理系統(tǒng)相結(jié)合，可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學化、精準化、智能化管理。

可以開發(fā)基于二維碼技術(shù)或RFID技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品安全溯源管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可與農(nóng)產(chǎn)品電子交易平臺或電子商務平臺進行對接，同時，可與農(nóng)田植保管理系統(tǒng)進行對接，使其覆蓋包括種苗來源、種植、生產(chǎn)管理、農(nóng)藥來源與施用以及農(nóng)產(chǎn)品的采摘和收獲、加工、存儲、運輸、銷售等多個環(huán)節(jié)的農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈。一旦發(fā)現(xiàn)危險性有害生物，可以利用這一農(nóng)產(chǎn)品安全溯源管理系統(tǒng)追溯其來源和流通途徑，便于及時采取治理措施。基于二維碼技術(shù)或RFID技術(shù)，亦便于農(nóng)產(chǎn)品和農(nóng)藥等農(nóng)用物資信息的快速獲取、存取和傳輸，便于目標的及時檢測和分檢。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展除了前面所述需要加強高性能傳感器研發(fā)外，還需要研發(fā)提高數(shù)據(jù)無線傳輸能力的技術(shù)以及大量數(shù)據(jù)高效存儲和處理的技術(shù)。

6.5 智能農(nóng)業(yè)機械和裝備技術(shù)

利用“AI+農(nóng)業(yè)機械”模式，農(nóng)業(yè)機械和智能軟件系統(tǒng)集成，發(fā)展智能農(nóng)業(yè)機械，可提高農(nóng)業(yè)機械的自動化、智能化、智慧化水平，可以研發(fā)多功能一體化無人自動駕駛機械或裝備，實現(xiàn)無人自動智能作業(yè)。智能植保機械或裝備應該包括智能植保無人機、智能植保機器人、車載式或自走式智能植保機械或裝備等。利用智能植保機械或裝備，依賴于導航系統(tǒng)和傳感器，實現(xiàn)實時感知、多信源的智能決策、智能作業(yè)，自動識別病蟲害、評估嚴重程度并進行定位；自動選擇農(nóng)藥種類、用藥量；自動感知環(huán)境(障礙物、植物生長情況等)，用于自動導航、靶向變量施藥等，對相關(guān)作業(yè)參數(shù)進行自動調(diào)整；亦可預先設定行走路線，在導航系統(tǒng)指引下，沿著預設路線行走，進行農(nóng)事操作。智能植保機械或裝備可提高生產(chǎn)效率，解放勞動力，減少人力成本，改變過去植保作業(yè)過度依靠人力的情況。國內(nèi)外在利用植保機器人、植保無人機、自走式噴霧機械等植保機械和施藥技術(shù)方面開展了大量研究和應用[4,10-11,43]，提高了植保作業(yè)的機械化、自動化、精準化、智能化水平。應該加強機械或裝備的病蟲害智能感知和施藥智能控制同機作業(yè)研究，使得感知到病蟲害并獲得施藥指令時可以即時進行精準變量噴藥作業(yè)。

6.5.1植保無人機

目前，無人機有油動力、電動力、混合動力等不同動力來源類型，多旋翼電動植保無人機應用最為廣泛。無人機在植保方面主要有兩個方面的應用，即病蟲害的巡航監(jiān)測和噴藥防治。基于無人機平臺的病蟲害系統(tǒng)監(jiān)測報道較多[44-47]，為農(nóng)田和病蟲害信息獲取提供了便利。植保無人機施藥在生產(chǎn)中應用日益增多[8-9,12]。植保無人機噴藥效率高，節(jié)水、節(jié)藥，可以克服傳統(tǒng)人工施藥中存在的勞動力需求多、勞動強度大、耗時、效率低、可能造成藥害和毒害等問題。植保飛防有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機械化、自動化、規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化。植保無人機已較多地被用于小麥、水稻、玉米等大田作物的病蟲害防治。植保無人機的飛行受到天氣、地理環(huán)境、續(xù)航時間等影響，其噴藥防效受到藥劑、助劑、施藥方式、施藥時間(或植物生育期)、天氣、地理環(huán)境等影響，尤其是風，影響藥劑的附著，會造成藥劑漂移問題。植保無人機尚不能對田間多種有害生物進行針對性施藥。需要開發(fā)自主飛行無人機，加強植保無人機相關(guān)行業(yè)標準的制定，研發(fā)適于無人機噴施的農(nóng)藥，開發(fā)無人機自動巡航監(jiān)測和噴藥控制系統(tǒng)，提高無人機作業(yè)的精準化、自動化、智能化水平，實現(xiàn)自動變量精準噴霧等智能作業(yè)和智能管理。

6.5.2植保機器人

隨著科技的發(fā)展，多種植保機器人被研發(fā)出來并投入使用[48]。智能植保機器人具有傳感器、精準導航系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等，可以實現(xiàn)田間自動巡檢和監(jiān)測、信息高效傳輸?shù)接嬎銠C管理系統(tǒng)或平臺、植保措施的自主決策和實施、遠程控制等。智能植保機器人通過傳感器或視覺系統(tǒng)獲取信息、通過自帶的信息處理系統(tǒng)對信息進行處理、分析，進行行動決策，或者將信息傳輸給遠端的控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)進行決策或發(fā)布機器人行動指令。借助于植保機器人，可以提高生產(chǎn)效率、降低農(nóng)民的勞動強度、減少施藥等植保操作對農(nóng)民可能造成的傷害。植保機器人將向多傳感器融合、網(wǎng)絡化、自動化、智能化方向發(fā)展。

6.5.3車載式或自走式智能植保機械或裝備

植保機械或裝備發(fā)展迅速[4,10-11,43]。目前，植保機械或裝備借助于自動導航系統(tǒng)，預先設置作業(yè)參數(shù)、工作地塊的精細地圖等，或者依靠自動傳感監(jiān)測系統(tǒng)，已經(jīng)可以實現(xiàn)精準變量施藥。智能系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)機械的集成和融合需要進一步加強，特別是高精度導航定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和決策系統(tǒng)需要提升功能。應該加強自走式智能植保機械或裝備的研發(fā)。車載式或自走式智能植保機械或裝備在田間復雜動態(tài)環(huán)境條件下，應具備高分辨率的視覺系統(tǒng)，準確、高精度地獲取環(huán)境信息，并能智能處理和決策，實現(xiàn)精準定位和導航，實現(xiàn)運動路徑自動規(guī)劃，實現(xiàn)有害生物和病蟲害識別以及精準、靶向變量施藥；或者，依靠高速網(wǎng)絡傳輸，將信息傳輸?shù)椒掌鳎?jīng)信息處理和分析后返回指令給植保機械或裝備，進行智能操作，實現(xiàn)無人作業(yè)。

6.6 網(wǎng)絡通訊技術(shù)

網(wǎng)絡通訊技術(shù)包括有線網(wǎng)絡通訊技術(shù)和無線網(wǎng)絡通訊技術(shù)。遠程監(jiān)控設備(各種傳感器)以及無人機、機器人、植保機械或裝備與網(wǎng)絡相連接，可實現(xiàn)信息有線/無線傳輸和遠程控制，可提高信息傳輸效率和便捷性，通過標準的網(wǎng)絡接口和數(shù)據(jù)格式，可以方便、快捷、高效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和應用。在智慧農(nóng)業(yè)中應用較多的協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第四版(Internet Protocol Version 4，IPv4)。IPv6(Internet Protocol Version 6)是由國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務組(Internet Engineering Task Force)設計的用于替代IPv4的下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。2017年11月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)《推進互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版(IPv6)規(guī)模部署行動計劃》。IPv6的發(fā)展和推進將大力推動物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)的發(fā)展，亦會推動智慧植保的發(fā)展。隨著5G網(wǎng)絡發(fā)展，無線網(wǎng)絡傳輸速度得到很大提升，將為智慧植保發(fā)展提供強大動力，有利于解決信息傳輸中存在的“卡脖子”問題。

6.7 大數(shù)據(jù)技術(shù)

隨著信息感知和獲取水平的提高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程、農(nóng)產(chǎn)品收獲、存儲、流通、管理等環(huán)節(jié)的植保相關(guān)數(shù)據(jù)信息獲取量激增，為智慧植保提供了基礎信息資源。大數(shù)據(jù)技術(shù)為存儲、傳輸、處理、分析和管理這些數(shù)據(jù)提供了支撐。大數(shù)據(jù)技術(shù)已在醫(yī)療、金融、商業(yè)、交通、教育、農(nóng)業(yè)等行業(yè)得到深入應用，并且助推智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展[49-50]。大數(shù)據(jù)具有高容量(volume)、高速度(velocity)、多樣性(variety)、真實性(veracity)、低密度價值(value)等特征[49,51]。植保大數(shù)據(jù)主要包括有害生物數(shù)據(jù)、病蟲害發(fā)生和危害數(shù)據(jù)、農(nóng)田作物數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、農(nóng)產(chǎn)品流通數(shù)據(jù)、植保農(nóng)資數(shù)據(jù)、植保機械或裝備數(shù)據(jù)等。

大數(shù)據(jù)技術(shù)與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、機器學習算法、云計算技術(shù)等緊密相關(guān)。分布式數(shù)據(jù)庫(distributed database)和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(NoSQL或No-SQL)應用日益增多，為大數(shù)據(jù)的存儲、管理和利用提供了支撐。發(fā)展智慧植保，應該重視數(shù)據(jù)標準和數(shù)據(jù)共享機制的建立，應該加強數(shù)據(jù)庫建設，滿足產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)存儲。基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以構(gòu)建病蟲害系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)，以便更系統(tǒng)、科學地的進行病蟲害監(jiān)測、預測、管理以及提供高效的植保服務。

我國已經(jīng)組建國家農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)中心(https:∥www.agridata.cn)，其中包括植物保護科學方面的大量數(shù)據(jù)(包含病蟲草鼠害調(diào)查和監(jiān)測數(shù)據(jù)、抗病性監(jiān)測數(shù)據(jù)、病蟲害圖像數(shù)據(jù)、病蟲害種類數(shù)據(jù)、農(nóng)藥試驗數(shù)據(jù)、生防菌轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)等)。2021年11月19日，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大數(shù)據(jù)發(fā)展中心正式成立，旨在大數(shù)據(jù)賦能農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化建設和鄉(xiāng)村振興，將加快我國農(nóng)業(yè)向智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展。

6.8 AI技術(shù)

近些年，AI技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，促進了各個領(lǐng)域的智能化，其在植保領(lǐng)域應用日益增多。智慧植保的發(fā)展離不開AI技術(shù)和各種建模技術(shù)。專家系統(tǒng)(expert system)是AI的一種重要分支和應用領(lǐng)域，已經(jīng)報道多個植物病蟲害診斷、預測預報、綜合治理及植物檢疫、農(nóng)藥管理等方面的專家系統(tǒng)[52-55]。以深度學習(deep learning)為代表的機器學習(machine learning)發(fā)展迅速，已經(jīng)出現(xiàn)TensorFlow、Theano、Keras、Torch、Caffe、Deeplearning4j等多個深度學習框架和Alexnet、GoogLeNet、VGGNet、Faster R-CNN、ResNet、YOLOv4、YOLOv5等多個深度學習網(wǎng)絡架構(gòu)，為智慧植保發(fā)展提供了強力支撐。深度學習在基于圖像處理的植物病蟲害識別和評估研究和應用方面的報道迅速增多[26-27,29,33,56-58]。隨著AI算法的進一步發(fā)展，自動決策和控制不斷實現(xiàn)，將促進智慧植保發(fā)展，可實現(xiàn)病蟲害信息的自動獲取，病蟲害的自動識別，病蟲害危害程度的自動評估、自動預測，病蟲害防控自動決策、措施自動實施等。

6.9 云計算技術(shù)

云計算是一種基于網(wǎng)絡、通過軟件實現(xiàn)自動化管理的計算和服務模式。云計算的服務類型主要有基礎設施即服務(infrastructure as a service)、平臺即服務(platform as a service)、軟件即服務(software as a service)、數(shù)據(jù)即服務(data as a service)等。云計算利用虛擬化技術(shù)通過虛擬平臺為用戶提供服務。利用云計算技術(shù)可以便捷、高效地實現(xiàn)信息存儲資源和計算能力的分布式共享[59]。利用云計算技術(shù)可以實現(xiàn)植保相關(guān)數(shù)據(jù)的實時存儲和共享、遠程分析處理以及病蟲害的預警發(fā)布和防治決策等。

7 智慧植保技術(shù)應用進展

智慧植保正處于發(fā)展階段，有些相關(guān)技術(shù)已在研究和生產(chǎn)中得到應用，這里僅從病蟲害的監(jiān)測、預測預警、管理和防治決策以及植保機械或裝備防治作業(yè)控制等方面簡要介紹智慧植保技術(shù)的應用進展，以展示相關(guān)技術(shù)為植保工作帶來的改變和智慧植保具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

7.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的病蟲害系統(tǒng)監(jiān)測和預測預警

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已用于病蟲害遠程視頻診斷和監(jiān)測、環(huán)境自動監(jiān)測、植物或植物產(chǎn)品狀態(tài)自動監(jiān)測等以及病蟲害預測預警，相關(guān)研究和應用較多。我國研發(fā)的中國馬鈴薯晚疫病實時監(jiān)測預警系統(tǒng)[60-61]、小麥赤霉病自動監(jiān)測預警系統(tǒng)[62-63]、害蟲性誘遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)[60,64]、農(nóng)林病蟲害自動測控物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)[27,60]等病蟲害系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)，已經(jīng)在實際生產(chǎn)中得到應用，提升了相關(guān)病蟲害的監(jiān)測、測報和管理水平。

我國基于B/S(browser/server，瀏覽器/服務器)架構(gòu)開發(fā)了中國馬鈴薯晚疫病實時監(jiān)測預警系統(tǒng)，實現(xiàn)了馬鈴薯晚疫病全國聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測[61]。該系統(tǒng)總體架構(gòu)包括田間終端、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應用層、用戶層。該系統(tǒng)利用小氣候監(jiān)測儀自動采集田間氣象數(shù)據(jù)，并將所采集氣象數(shù)據(jù)自動無線傳輸至數(shù)據(jù)庫服務器，基于比利時埃諾省農(nóng)業(yè)應用研究中心(Centre for Applied Research in Agriculture-Hainaut，CARAH)建立的馬鈴薯晚疫病監(jiān)測預警CARAH模型進行馬鈴薯晚疫病的侵染分析和預測，利用WebGIS功能將預測結(jié)果以地圖形式展示，并將針對監(jiān)測點的馬鈴薯晚疫病預警信息通過郵件和短信形式傳送給用戶。

西北農(nóng)林科技大學和陜西省植物保護工作總站聯(lián)合研制了小麥赤霉病自動監(jiān)測預警系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由小麥赤霉病預報器和預警軟件平臺系統(tǒng)組成[62]，利用該系統(tǒng)可實時獲取麥田環(huán)境因子數(shù)據(jù)，并結(jié)合初始菌源量自動預測赤霉病發(fā)生程度。該系統(tǒng)已在陜西、江蘇、河南、湖北、安徽等地進行了應用試驗評估[65-67]。

多家公司研發(fā)了害蟲性誘遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)，利用置于誘捕器中的害蟲誘芯，結(jié)合害蟲自動計數(shù)系統(tǒng)(如通過電子紅外感應系統(tǒng)計數(shù)誘捕的害蟲)，實現(xiàn)害蟲誘捕和自動計數(shù)，并可將相關(guān)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)椒掌鲾?shù)據(jù)庫或移動終端[60,64]。由于害蟲性誘具有專一性特點，利用害蟲性誘遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)特定害蟲的精準化、自動化監(jiān)測。

河南鶴壁佳多科工貿(mào)股份有限公司研發(fā)了佳多農(nóng)林病蟲害自動測控物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)(佳多農(nóng)林ATCSP物聯(lián)網(wǎng))，該系統(tǒng)包括蟲情信息采集系統(tǒng)、孢子培養(yǎng)統(tǒng)計分析系統(tǒng)、小氣候信息采集系統(tǒng)等，可用于農(nóng)田蟲情、病原孢子、小氣候等信息采集，并將所采集數(shù)據(jù)自動無線傳輸至數(shù)據(jù)中心。全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務中心自2013年開始依托該公司建立農(nóng)作物病蟲實時監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)，截止2018年底，已建成聯(lián)網(wǎng)站點165個，覆蓋河南、廣西、新疆等26省(自治區(qū)、直轄市)[27]。云計算技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合可為數(shù)據(jù)獲取、傳輸、處理和應用提供更便利、高效的模式。“物聯(lián)網(wǎng)+云計算”的病蟲害系統(tǒng)監(jiān)測方案已被多家公司采用。浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司研發(fā)了一套由遠程拍照式蟲情測報燈、遠程拍照式孢子捕捉儀、無線遠程自動氣象站、遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)等組成的病蟲害監(jiān)測預警系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，可自動采集害蟲、病原孢子、氣象等信息，將所采集信息通過遠程無線傳輸自動上傳至云服務器，在終端可以實時顯示監(jiān)測信息，并可進行病蟲害發(fā)生動態(tài)分析和預測。

7.2 基于移動終端的病蟲害識別、評估和數(shù)據(jù)采集

移動終端在數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸、處理等方面應用日益便捷、廣泛，可方便地實現(xiàn)植物病蟲害系統(tǒng)的多種信息獲取，可將所獲取信息直接存儲于移動終端，亦可通過網(wǎng)絡傳輸至服務器或數(shù)據(jù)處理中心，并可實現(xiàn)遠程管理和控制。中國科學院合肥智能機械研究所、安徽中科智能感知產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限責任公司和全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務中心等單位合作研發(fā)了一款農(nóng)作物病蟲害移動智能采集設備——智寶(ZPro)[68]，該設備將病蟲害田間發(fā)生數(shù)據(jù)的自動采集處理、分類識別、分析上報集于一體，可實現(xiàn)病蟲害的自動精準識別、自動計數(shù)、病蟲害發(fā)生嚴重程度智能評估，實現(xiàn)田間病蟲害發(fā)生信息和微環(huán)境因子等數(shù)據(jù)的實時自動采集和上報。將移動終端和物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡存在情況下的隨時植物病蟲害系統(tǒng)的監(jiān)測、管理等。目前，相關(guān)研究和應用大多集中于病蟲害系統(tǒng)監(jiān)測方面，在管理方面的研究和應用相對薄弱，尤其是我國自主研發(fā)的相關(guān)系統(tǒng)仍主要用于植物病蟲害系統(tǒng)的監(jiān)測。

智能手機日益普及，各種與植物病蟲害相關(guān)的APP被開發(fā)出來并得到實際應用，其中多數(shù)是病蟲害識別、危害程度評估和數(shù)據(jù)采集應用程序。趙慶展等[69]開發(fā)了可用于Android/iOS操作系統(tǒng)的基于移動GIS的棉田病蟲害信息采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)運用GPS定位技術(shù)，采用美國ESRI(Environmental Systems Research Institute)公司的ArcMap 10.1和ArcGIS Server 10.1進行空間分析和服務發(fā)布，實現(xiàn)了棉田病蟲害信息的采集、發(fā)送、存儲、處理分析，并提供信息推送服務。葉海建等[70]開發(fā)了一個基于Android的黃瓜霜霉病定量診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用圖像處理技術(shù)，根據(jù)自然背景條件下所拍攝黃瓜葉部霜霉病病害圖像中病斑區(qū)域占其所在葉片區(qū)域的百分比進行病害等級劃分，實現(xiàn)黃瓜霜霉病危害程度的定量評估。曹旨昊等[36]開發(fā)了一個基于Android的粘蟲板害蟲自動計數(shù)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可對在茶園中利用粘蟲板誘集的害蟲進行拍照，實時進行圖像處理，實現(xiàn)對誘集到的微小害蟲的自動計數(shù)和結(jié)果實時上傳至服務器。中國科學院合肥智能機械研究所、安徽中科智能感知產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限責任公司和全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務中心等單位基于圖像處理技術(shù)和深度學習方法合作開發(fā)了一款用于農(nóng)作物病蟲害智能識別的APP——隨識[30]，利用該APP，通過拍照或上傳圖像可實現(xiàn)農(nóng)作物主要病蟲害的識別，并可獲取相應病蟲害的防治決策和服務信息。

7.3 基于RS技術(shù)的病蟲害識別、評估和數(shù)據(jù)采集

RS技術(shù)是一種非接觸探測目標物的技術(shù)。基于RS技術(shù)可從多平臺(地面或近地、航空、航天)、多水平(單葉、冠層、田塊、區(qū)域)進行病蟲害監(jiān)測，方便及時掌握病蟲害發(fā)生情況，以便進行病蟲害預測預警和管理。需要加強遙感數(shù)據(jù)和圖像分析處理研究，以滿足精準化、自動化、智能化提取信息和進行目標物識別、評估的需要。

基于單葉和近地或地面冠層的病蟲害遙感監(jiān)測研究較多[71-77]。航空遙感和航天遙感主要用于病害發(fā)生范圍和發(fā)生嚴重程度的監(jiān)測研究[78-82]，在蟲害方面，其主要用于害蟲危害程度和范圍監(jiān)測、害蟲生境監(jiān)測以及基于監(jiān)測的生境條件進行害蟲發(fā)生預測研究[83-85]。航天遙感和航空遙感在林業(yè)病蟲害監(jiān)測方面應用較多[78-79,85-87]，但是對于農(nóng)作物病蟲害，由于受到衛(wèi)星分辨率的限制，雖已開展了不少病蟲害衛(wèi)星遙感監(jiān)測研究，并取得一定進展，大多相關(guān)研究仍處于探索階段。近年來，病蟲害的高光譜成像遙感監(jiān)測和基于無人機平臺的病蟲害遙感監(jiān)測研究激增，尤其是基于無人機的植物病蟲害遙感監(jiān)測發(fā)展迅速，為病蟲害信息獲取和精準防控提供了支撐[44-45,88-89]。

雷達(radio detection and ranging，radar)亦是一種遙感，昆蟲雷達被專門用于研究和探測昆蟲在空中遷飛或擴散行為，其主要通過電磁波接收系統(tǒng)接收被昆蟲反射回來的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的電磁波而實現(xiàn)對昆蟲的監(jiān)測[90-91]，可用于監(jiān)測遷飛性害蟲的遷飛數(shù)量、遷飛活動、時空分布等。程登發(fā)等[92]研發(fā)了掃描昆蟲雷達實時數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、胡曉文等[93]研發(fā)了毫米波掃描昆蟲雷達數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)，為雷達信號采集和分析提供了工具，為我國遷飛性害蟲的實時監(jiān)測和預警提供了支撐。昆蟲雷達已用于草地貪夜蛾、草地螟、粘蟲、棉鈴蟲(Helicoverpaarmigera)、稻飛虱、草地蝗、沙漠蝗(Schistocercagregaria)、馬尾松毛蟲(Dendrolimuspunctatus)、稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocismedinalis)等多種遷飛性害蟲的監(jiān)測，促進了這些害蟲的發(fā)生規(guī)律研究、預測預警和宏觀治理。

7.4 病蟲害管理和防治決策

病蟲害的智能管理和防治決策是智慧植保的重要部分，是實現(xiàn)病蟲害安全、有效、綠色和可持續(xù)治理的關(guān)鍵。病蟲害管理貫穿于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品流通的全過程，在對病蟲害系統(tǒng)進行監(jiān)測基礎上，進行病蟲害預測預警，制定病蟲害防治決策，實施病蟲害管理。開展病蟲害智能管理和防治決策，需要軟硬件協(xié)同工作，需要依靠于病蟲害智能管理系統(tǒng)、專家系統(tǒng)或決策支持系統(tǒng)(decision support system)等，基于獲得的病蟲害系統(tǒng)監(jiān)測信息，利用這些系統(tǒng)進行智能處理和分析，形成管理和決策方案，決定進一步行動。國內(nèi)外已有多個病蟲害管理和防治決策相關(guān)系統(tǒng)被開發(fā)出來，提高了病蟲害系統(tǒng)管理水平。為了充分利用已經(jīng)建立的病蟲害預測模型和實現(xiàn)方便根據(jù)實際情況進行預測模型選擇，可以構(gòu)建病蟲害預測模型管理系統(tǒng)，或者構(gòu)建模型庫而作為病蟲害管理和防治決策系統(tǒng)的支撐。楊和平等[52]構(gòu)建了農(nóng)作物害蟲預測模型網(wǎng)絡共享平臺系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可根據(jù)預測需要選擇預測模型進行相關(guān)害蟲的預測。基于WebGIS，美國開發(fā)了ipmPIPE(https:∥ipmpipe.org)，可以地圖的形式可視化顯示美國范圍內(nèi)大豆銹病(由Phakopsorapachyrhizi引起)等多種病害的發(fā)生情況和預測結(jié)果，并且開發(fā)了專用于小麥赤霉病(由Fusariumgraminearum引起)風險評估的Fusarium Head Blight Prediction Center(http:∥www.wheatscab.psu.edu)。全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務中心開發(fā)了“農(nóng)作物重大病蟲害數(shù)字化監(jiān)測預警系統(tǒng)”，可對我國水稻、小麥、玉米、馬鈴薯、棉花、油菜等作物重大病蟲害進行監(jiān)測預警[94]。李鳳菊等[95]利用WebGIS技術(shù)和知識模型，開發(fā)了基于B/S架構(gòu)的小麥病蟲草害管理決策支持系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于小麥病蟲草害管理和預測，并根據(jù)預測結(jié)果生成防治措施。河北農(nóng)業(yè)大學開發(fā)了中國馬鈴薯晚疫病監(jiān)測預警系統(tǒng)(lateblight-China)(www.china-blight.net)[96-97]，利用該系統(tǒng)可對我國馬鈴薯晚疫病進行監(jiān)測預警，并可獲得基于預測結(jié)果的化學防治建議。

7.5 植保機械或裝備的田間病蟲害防治作業(yè)控制

在病蟲害監(jiān)測和預測基礎上，開展病蟲害的智能防治，需要對植保機械或裝備田間防治作業(yè)進行智能控制。針對病蟲害田間防治作業(yè)的智能控制，國內(nèi)外科研人員從植保機械或裝備的田間自主路徑規(guī)劃和導航、靶標精準感知和定位、精準變量施藥等方面開展了大量研究。植保機械或裝備可依靠作業(yè)處方圖、定位導航系統(tǒng)或感知系統(tǒng)(借助計算機視覺技術(shù)、傳感器技術(shù)、激光雷達技術(shù)、超聲波技術(shù)、紅外技術(shù)、光譜技術(shù)等)進行田間位置變動或病蟲害防治作業(yè)。為了提高基于GPS的導航精度，在農(nóng)業(yè)機械或裝備導航中，差分全球定位系統(tǒng)(differential global positioning system，DGPS)和實時動態(tài)全球定位系統(tǒng)(real-time kinematic global positioning system，RTK-GPS)得到了較多應用[98]。在對病蟲害精準感知基礎上，精準變量施藥的實現(xiàn)主要受到施藥控制系統(tǒng)(包括各種控制部件和控制算法)的影響[99-100]。

智慧植保的發(fā)展離不開植保機械或裝備與軟件系統(tǒng)的融合發(fā)展。在研發(fā)植保機械或裝備的同時，應加強軟件系統(tǒng)開發(fā)，提高對植保機械或裝備的控制能力以及植保機械或裝備的智能化水平和自主作業(yè)能力。決策支持系統(tǒng)或控制系統(tǒng)對于病蟲害管理決策和措施實施起到重要支撐作用。在各種數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)信息、算法的支撐下，決策支持系統(tǒng)或控制系統(tǒng)可為植保機械或裝備在不同條件下的作業(yè)實施提供幫助[43,101]。

目前，在設施栽培中，可以方便地遠程實施設施環(huán)境的調(diào)控管理，并且已有多種施藥控制設備或系統(tǒng)。王志彬等[102]研發(fā)了一款用于設施蔬菜病蟲害綠色防控的多功能植保機，并開發(fā)了配套的信息管理系統(tǒng)，通過終端可進行植保機的遠程控制，該設備經(jīng)在生產(chǎn)中推廣應用，取得了較好的防控設施蔬菜病蟲害的效果。在大田施藥作業(yè)中，無人機、機器人、自走式或車載式植保機械或裝備應用較多。Udompetaikul等[103]研發(fā)了一個基于GPS的拖拉機懸掛式熏蒸劑施用系統(tǒng)，用于治理李屬果樹再植病，應用該熏蒸劑施用系統(tǒng)時，利用基于GPS的果園網(wǎng)格化軟件繪制作業(yè)處方圖，將作業(yè)處方圖傳輸?shù)骄珳恃魟┛刂破骱驮O置好流量控制參數(shù)后，即可自動完成定點熏蒸處理。

8 智慧植保發(fā)展的建議

智慧植保作為一個新興的交叉學科或領(lǐng)域，其發(fā)展正處于關(guān)鍵時期。為了促進智慧植保快速良性發(fā)展，使得智慧植保乘科技、社會、經(jīng)濟發(fā)展之勢，形成理論體系，服務農(nóng)業(yè)，對于智慧植保的發(fā)展提出如下建議。

8.1 應該重視智慧植保的發(fā)展?jié)摿?/h3>

隨著智慧農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展和農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化建設的逐步推進，國家有關(guān)部門、高等院校、科研院所等應該重視AI等現(xiàn)代信息技術(shù)在植保領(lǐng)域的應用和發(fā)展，應該重視智慧植保的發(fā)展?jié)摿Α覒撨M行整體規(guī)劃和布局，加大對相關(guān)研究的資助力度，設立智慧植保相關(guān)科研攻關(guān)項目，協(xié)調(diào)研究力量，開展基礎理論和技術(shù)研究，避免同質(zhì)化研究，突破“卡脖子”的技術(shù)難題，加強相關(guān)儀器、機械或裝備研發(fā)，建設一批有實力的實驗室和研究團隊，支持可利用和可產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)落地生根，提升智慧植保方面的研發(fā)水平和服務生產(chǎn)水平。

8.2 應該重視智慧植保體系建設

智慧植保體系建設事關(guān)智慧植保發(fā)展，事關(guān)植物保護新格局的建設，應該加以重視。智慧植保體系應該包括智慧植保管理體系、智慧植保科教體系、智慧植保物質(zhì)裝備生產(chǎn)體系、智慧植保技術(shù)推廣體系、智慧植保效益評價體系、智慧植保服務體系等。智慧植保管理體系涉及管理職能部門建設、公共管理平臺建設、執(zhí)法監(jiān)管、監(jiān)測預警、病蟲害防控等。智慧植保科教體系包括人才隊伍建設和管理、科研項目規(guī)劃、科研資源配置等。進行智慧植保物質(zhì)裝備生產(chǎn)體系建設，加強物質(zhì)裝備的生產(chǎn)和供應管理。加強智慧植保技術(shù)推廣體系建設，需要加強技術(shù)推廣人員管理，明確技術(shù)推廣應用的可行性，做好示范性工作和人員培訓工作，保證技術(shù)的標準化應用。建立智慧植保效益評價體系，對于智慧植保各種工作進行效益評價，促進智慧植保更快更好發(fā)展，獲得更大的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。應做好智慧植保服務體系建設，加強公共服務隊伍建設，提供智能化的病蟲害診斷、監(jiān)測、發(fā)生和危害程度評估、預測預警、防治決策、咨詢、信息定制等服務。

8.3 應該重視智慧植保學科建設和人才培養(yǎng)

“新農(nóng)科”建設需要多學科交叉發(fā)展，尤其是信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)科學領(lǐng)域中的深入融合、創(chuàng)新和應用，將極大地促進相關(guān)學科發(fā)展。AI等現(xiàn)代信息技術(shù)已經(jīng)影響了人類生產(chǎn)和生活的多個方面。我國非常重視AI等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展和利用，亦非常重視AI等現(xiàn)代信息技術(shù)人才的培養(yǎng)，非常重視數(shù)字經(jīng)濟賦能國家高質(zhì)量發(fā)展。2019年，教育部批準了華中農(nóng)業(yè)大學設置智慧農(nóng)業(yè)本科專業(yè)的申請，智慧農(nóng)業(yè)首次成為我國普通高等學校本科專業(yè)，目前，教育部已經(jīng)批準我國多所高等院校開設智慧農(nóng)業(yè)本科專業(yè)，這非常符合我國“新農(nóng)科”建設的需要，反映了國家對于培養(yǎng)多學科交叉融合創(chuàng)新型和復合型農(nóng)業(yè)人才的重視和期望，并且已有多個單位建立了人工智能研究院或智能學院，為推進智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)人才培養(yǎng)創(chuàng)造了良好條件。

目前，大多智慧植保科研人員面臨知識短缺問題，即信息技術(shù)專業(yè)的科研人員缺乏對植保相關(guān)知識的了解，植保專業(yè)的科研人員缺乏對信息技術(shù)的掌握。應該重視既懂信息技術(shù)、又懂植保知識的交叉學科人員的培養(yǎng)和支持。加強新型植保科技人才的培養(yǎng)，重視培養(yǎng)思維開闊、具備交叉學科技能的復合型人才，并重視現(xiàn)有科技人員的知識更新。吸引更多信息技術(shù)方面的人才到智慧植保領(lǐng)域，加強植保領(lǐng)域?qū)＜液托畔⒓夹g(shù)領(lǐng)域?qū)＜摇⑥r(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域?qū)＜业慕涣骱秃献鳌Ｖ参锉Ｗo作為農(nóng)業(yè)的重要支撐和保障，應該加強多學科交叉方向的發(fā)展，促進智慧植保作為一個交叉學科或?qū)I(yè)方向不斷完善和發(fā)展。不但應該重視技術(shù)的研發(fā)和利用，還應該重視基礎理論的研究。國家有關(guān)部門和高等院校應該加大智慧植保學科建設，在研發(fā)隊伍上，應該大力支持具有植物保護和信息科學雙重背景的科研人員開展智慧植保研究，并吸納真正熱衷于智慧植保、具有良好數(shù)學基礎和信息科學基礎的科研人員加入；在研究上，不但要重視技術(shù)的發(fā)展，更要重視相關(guān)理論體系的形成，將智慧植保作為一個學科方向建設，并在條件合適的情況下，盡快形成智慧植保專業(yè)方向，綜合信息技術(shù)、植物保護、農(nóng)業(yè)機械等多方面的師資力量，加強智慧植保本科生和研究生等各層次人才的培養(yǎng)。只有這樣，才能從根本上解決目前智慧植保相關(guān)研究中出現(xiàn)的研究人員知識架構(gòu)缺少植物保護基礎或信息科學基礎的情況。

8.4 應該重視和加強產(chǎn)學研協(xié)同合作

智慧植保的最終落腳點是應用。智慧植保的理論研究、技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)實際應用應該相互促進，不脫節(jié)，才能更有效率地推動智慧植保的發(fā)展。應該不斷加強農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新體制改革，既要重視農(nóng)業(yè)科研工作的基礎性，又要重視農(nóng)業(yè)科研工作的應用性；既要發(fā)展基礎理論，又要注重技術(shù)研發(fā)，軟硬件都要注重發(fā)展。涉農(nóng)高等院校和科研院所應該圍繞農(nóng)業(yè)發(fā)展方向和需求，開展科技創(chuàng)新，鼓勵科研人員沉下心，結(jié)合實際，瞄準生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題進行攻關(guān)，研發(fā)實用性強的技術(shù)、儀器、機械或裝備。充分發(fā)揮企業(yè)的創(chuàng)新主體優(yōu)勢，結(jié)合生產(chǎn)實際，加強科技創(chuàng)新，獲得具有知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。應該重視和加強產(chǎn)學研多部門的協(xié)同合作，可以建立科技創(chuàng)新聯(lián)盟，聯(lián)合攻關(guān)，相關(guān)企業(yè)應該加大研發(fā)投入，與有關(guān)高等院校和科研院所建立良好合作關(guān)系，提高企業(yè)產(chǎn)品的科技含量和行業(yè)競爭力。國家有關(guān)部門可以為智慧植保相關(guān)企業(yè)提供更多優(yōu)惠政策，鼓勵社會資本進入智慧植保領(lǐng)域，為智慧植保提供研發(fā)資金支持。加強知識產(chǎn)權(quán)保護，讓企業(yè)樂于、敢于投資創(chuàng)新研發(fā)，并能夠從創(chuàng)新研發(fā)的產(chǎn)品中受益。應該做好智慧植保發(fā)展的統(tǒng)籌謀劃，避免大規(guī)模的重復投資和研發(fā)，避免低水平投資和研發(fā)。

8.5 加強智慧植保關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

智慧植保的發(fā)展不應該停留在低層次、炒作概念的水平。不但要注重成形技術(shù)和產(chǎn)品的推廣應用，更應該加強關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)研究和突破，研發(fā)實用、有競爭力的技術(shù)和產(chǎn)品，增加知識產(chǎn)權(quán)擁有量，真正提高植保工作的智能化水平。加強傳感器技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)，實現(xiàn)實時、快捷、全面獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有害生物、環(huán)境、植物表型等方面的大量數(shù)據(jù)，為智慧植保提供基礎數(shù)據(jù)支撐。加強網(wǎng)絡通訊技術(shù)研發(fā)，提高網(wǎng)絡傳輸和通訊能力。加強數(shù)據(jù)處理和決策控制系統(tǒng)的研發(fā)，形成高效的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，將獲取的大量數(shù)據(jù)及時、快速、準確地處理和分析，并完成行動的決策部署，提高自動、智能決策水平，實現(xiàn)植保措施的智能實施和管理。加強“人機融合”以及農(nóng)業(yè)機械作業(yè)自動化、智能化，并研發(fā)農(nóng)業(yè)機械的遠程控制平臺，實現(xiàn)“人機分離”。

8.6 加強智慧植保標準化建設

現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展對標準化和規(guī)范化要求更高。發(fā)展智慧植保，應該加強獲取數(shù)據(jù)的標準化、存儲格式的標準化、硬件接口的標準化等方面的標準化建設。農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)標準化(數(shù)據(jù)獲取方法和技術(shù)的標準化、數(shù)據(jù)存儲格式的標準化)程度亟待加強和提高，需要制定相應標準，提高數(shù)據(jù)準確性，以便進行傳輸和共享。加強信息獲取、網(wǎng)絡傳輸、信息處理、管理決策等環(huán)節(jié)的標準化建設，促進農(nóng)業(yè)機械設備的標準化。

8.7 應該重視和加強智慧植保方面的交流工作

智慧植保發(fā)展中肯定會遇到各種問題，應該重視和加強智慧植保方面的交流工作，厘清智慧植保的發(fā)展方向，瞄準智慧植保的關(guān)鍵問題。應該成立專門的專業(yè)委員會、行業(yè)協(xié)會或行業(yè)聯(lián)盟，搭建良好平臺，加強日新月異的研究進展交流，促進多學科交叉和融合，并盡可能地針對關(guān)鍵問題和技術(shù)，在國家有關(guān)部門或有關(guān)組織的協(xié)調(diào)下進行協(xié)同攻關(guān)，促進智慧植保良性高速健康發(fā)展。

8.8 應該重視和加強基層農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的技能培訓工作

農(nóng)村勞動力流失嚴重，農(nóng)業(yè)勞動力人口結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，勞動力文化水平相對較低、思想觀念相對保守，接受新技術(shù)的能力和意愿不強，對智慧農(nóng)業(yè)和智慧植保的發(fā)展造成一定影響。應該重視和加強農(nóng)業(yè)從業(yè)人員(尤其是農(nóng)民)的培訓和技能教育，培養(yǎng)有能力的農(nóng)民成為具有專業(yè)水平的帶頭人，起到良好的示范和推動作用，并應該重視智慧植保相關(guān)產(chǎn)品或設備的后續(xù)服務工作。培養(yǎng)新型職業(yè)農(nóng)民，成立專業(yè)化智慧植保隊伍，改善植保生產(chǎn)、管理、服務模式。

8.9 應該重視和加強農(nóng)村基礎設施和智慧植保示范園區(qū)建設

智慧植保基礎設施和機械設備技術(shù)含量高、價格高，造成智慧植保投資成本高。應打造合作社、專業(yè)化隊伍或公司，吸引社會資金投資智慧植保相關(guān)產(chǎn)業(yè)，同時，應加強國家在智慧植保方面的投資力度。在進行投資時，應加強前期論證，避免出現(xiàn)重復性建設或半拉子工程。引進智慧植保所需要的機械或設備等。加強農(nóng)村網(wǎng)絡投資和建設，減少農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡使用費用，促進信息化建設和信息傳輸。國家和地方行政部門、企業(yè)應該加強投資，建立智慧植保示范園區(qū)，發(fā)揮示范、引領(lǐng)、帶動作用。

智慧植保的發(fā)展會給植保研究和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域帶來翻天覆地的變化，帶動一批產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高植保工作效率和安全性，徹底改變傳統(tǒng)的植保監(jiān)測、預測、防控的模式，而且能徹底解決基層植保從業(yè)人員短缺問題。智慧植保乃至智慧農(nóng)業(yè)的大發(fā)展，勢必在引起產(chǎn)業(yè)升級的同時，會帶來社會結(jié)構(gòu)性變化，產(chǎn)生一些新職業(yè)，導致另一些從業(yè)人員失業(yè)，引起系列的功能替代現(xiàn)象，從而由此產(chǎn)生的一系列社會問題同樣值得關(guān)注和研究。