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媒体：梁天刚 冯琦胜 作者：梁天刚 冯琦胜
专业号：九寨沟县林草局
2024/4/16 10:52:09
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文│梁天刚 冯琦胜 智慧草业技术是现代牧草产业高质量发展的重要抓手。目前我国牧草产业信息化程度低，尚需要从国家政策、技术研发、推广示范等多方面全力推进。病虫害是导致牧草产量降低、品质下降的重要因素，病虫害实时监测是田间管理的重要环节，也是有效防治和控制病虫害发生蔓延的依据，动态监测频度和识别的准确性，是拟定正确的综合防治对策，经济有效地降低病虫害危害的技术关键，对牧草生产精细化管理具有重要意义。 为了提高牧草病虫害监测数据的采集精度和时效性，国家牧草产业技术体系遥感监测与智能管理岗位团队联合牧草病害等相关岗站专家，利用机器学习等信息技术方法研发了牧草病虫害防控信息化大数据管理平台和APP产品，以期为体系试验站和牧草企业生产基地栽培草地病虫害防治和预警提供数字化、网络化、自动化动态监测和智能分析服务。 1. 技术要点 牧草病虫害防控信息化大数据管理系统，是遥感监测与智能管理岗位团队研发的“牧草云”平台（栽培草地智能感知与决策支持系统）（http://www.foragecloud.com）的一个子系统（图1），由智能手机等移动设备、云服务器、WEB端软件和“云端牧草”APP组成，是一款具有牧草病虫害智能识别、田间调查监测数据上报、专家在线鉴定等服务功能的专用系统。 该系统采用人工智能领域的深度学习方法，目前可识别10种常见苜蓿病害和10种常见苜蓿害虫。普通用户使用手机APP和照相功能，就可实现田间栽培苜蓿病虫害检测和相关照片及属性数据的上报，鉴定专家使用WEB端软件可以实现远程诊断及病虫害防控等方面的技术指导服务。 
∆ 图1 “牧草云”平台WEB端登录界面2. 牧草病虫害诊断与分析 2.1 牧草病害诊断与分析 用户注册登录后，利用智能手机、高清照相机等移动设备，可实现苜蓿病害智能诊断、基于样方法和样线法的病害调查监测数据采集、上报及汇总、病害防控知识查询检索等功能，病害专家可以远程提供在线服务（图2-图5）。 
∆ 图2 牧草病害诊断界面
∆ 图3 牧草病害知识库查询检索界面
∆ 图4 牧草病害在线专家鉴定界面
∆ 图5 牧草病害外业调查监测数据上报界面目前该模块有1570张病害苜蓿样本照片，包括25种苜蓿病害知识库；利用YOLO v5目标检测算法构建的病害识别模型可诊断苜蓿白粉病、苜蓿病毒病、苜蓿春季黑茎病、苜蓿褐斑病、苜蓿黄斑病、苜蓿葡柄霉叶斑病、苜蓿炭疽病、苜蓿尾孢叶斑黑茎病、苜蓿小光壳叶斑病和苜蓿锈病等10种常见苜蓿病害，总体识别精度达75.3%。 2.2 牧草害虫识别与分析 用户注册登录后，可实现害虫智能诊断、基于样方法、样线法、深土层陷阱收集法、标准株/株丛法、诱虫灯（引诱剂）、黄板（黄盘）诱集法、飞行阻隔器和高空吸虫塔等方法的虫害调查监测数据采集、上报及汇总、害虫防控知识查询检索，虫害专家可以提供远程在线指导服务（图6-图9）。 
∆ 图6 牧草害虫诊断界面
∆ 图7 牧草害虫专家在线鉴定界面
∆ 图8 牧草虫害外业调查监测数据上报界面
∆ 图9 牧草害虫知识库查询检索界面目前该模块有1034张苜蓿害虫样本照片，包括13种苜蓿害虫知识库；利用YOLO v5目标检测算法构建的栽培苜蓿害虫检测模型可识别金针虫、绿盲蝽、绿芫菁、苜蓿盲蝽、苜蓿叶象甲、牛角花齿蓟马、苹斑芫菁、大地老虎、蚜虫和中华豆芫菁等10种常见苜蓿害虫，平均识别精度达98.8%。 3. 牧草病虫害防控管理系统应用技术支持 牧草病虫害发生、发展及防控具有涉及的地域空间分布范围广、延续时间长等特点，为了充分结合从事牧草生产的企业及合作社和病虫害专家各自的优势，高效服务田间管理，在该系统应用过程，用户需要注意以下事宜。 3.1 照片的拍摄及识别 照片的清晰度、代表性和典型性对智能识别尤为重要。当某一种病害或害虫照片拍摄不清晰时，会导致图像分辨率低，直接影响识别精度。对病害照片而言，单张照片上如存在多种病害，最好针对单一病害进行拍照，否则如几种病害特征相近时，会显著增加病害识别的难度；害虫具有快速移动、不同生长阶段形态差异大等特点，拍照时需要注意将手机照相机调为连拍模式，在短时间内可快速多次成像，以便用户选择清晰度好的照片进行保存和诊断，避免采用虚化的照片进行识别时产生诊断错误等问题。尤其是一张照片上存在多种病害或害虫时，最好针对单一病害或害虫进行拍照，尽量排除病虫害识别的干扰因素，以便提升识别的准确性。 3.2 手机APP的安装和WEB端软件的应用 目前牧草病虫害防控信息化大数据管理系统的移动端仅支持安卓操作系统的应用（图10）。对安装其他操作系统的手机用户，可以将田间拍摄的照片先保存在手机，然后利用WEB端的病虫害诊断功能，实现病虫害的智能识别等功能。 
∆ 图10 移动端“云端牧草”APP安装二维码3.3 病虫害的长期定位观测 为了对大中型牧草生产企业的栽培苜蓿草地进行长期定位监测，为大范围爆发的病虫害应急管理提供决策服务，除牧草病虫害防控管理系统提供的基于移动端的服务功能外，遥感监测与智能管理团队还研发了“全自动智能感知监测站”（图11），主要利用高清照相机及摄像头、土壤和气象传感器，可以辅助实现对大范围爆发的病虫害进行高效动态监测，为突发的严重病虫害应急管理提供决策支持。 
∆ 图11 全自动智能监测站注：文中图片均由遥感监测与智能管理岗位提供
牧草病虫害智能防控及监测管理技术的应用
「国家牧草产业技术体系」兴畜牧业，念草牧经！推动产学研结合、促进产业发展的牧草全产业链信息交流平台。
∆ 图1 “牧草云”平台WEB端登录界面∆ 图2 牧草病害诊断界面∆ 图3 牧草病害知识库查询检索界面∆ 图4 牧草病害在线专家鉴定界面∆ 图5 牧草病害外业调查监测数据上报界面∆ 图6 牧草害虫诊断界面∆ 图7 牧草害虫专家在线鉴定界面∆ 图8 牧草虫害外业调查监测数据上报界面∆ 图9 牧草害虫知识库查询检索界面∆ 图10 移动端“云端牧草”APP安装二维码∆ 图11 全自动智能监测站阅读
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