农业病虫害远程诊断平台

朱伊平，管孝锋，黄海龙，陆林峰

(浙江省农业农村大数据发展中心，浙江 杭州 310020)

互联网技术的不断迭代和创新及广泛应用，让我们的生活和生产方式都发生了巨大的改变。在这个互联网的时代，通过数字化和科技化的手段，也间接改变了人们在农业上的方方面面，例如:人们借由移动互联网建立浙江农业微博微信、农村信息报微信、农民信箱APP等平台，实现技术咨询和信息交流，提高农业信息可得性和接受能力；建设区域性农产品电子商务平台，突出展示销售各地名优农产品，拓宽农产品销售渠道等等。

而针对田间的病虫害情况，通过与农业物联网技术的结合，充分利用已经形成的数据库以及国内外病虫害领域专家的见解[1]，优化病虫害远程诊断的设计方案，为现代化农业发展提供强有力的技术支持。

1 平台建设背景

1.1 传统农业病虫害田间诊断

传统农业病虫害的发现与诊断方式基本依靠农民在田间察看来解决，这种方式虽简单易行，但农民只凭借已有的知识和经验进行判断，一旦遇到超出自己经验范围的病虫害时，就会发生误诊的情况。考虑到现代化农业的发展趋势，人们也在探索更加高效和稳定的病虫害诊断的方法。结合农业物联网技术，应用网络通信技术来实现远程传输、管理数据的诊断方式应运而生。

1.2 现代远程病虫害诊断

现代农业病虫害的远程诊断是采取农业物联网的模式，依靠互联网技术，将农业和信息化网络相结合，既可确保诊断的正确性，又可简化诊断过程，方便准确。

田间图像传感器采集到的数据是通过与数据库内存储的数据进行比较来判定农作物病虫害的确切情况，若采集到的图像信息在数据库内不能被识别，可采取专家咨询的方式解决[2]。

现代化远程诊断的研究能提供一个有效、安全、稳定的农业病虫害诊断，大大降低病虫害在农业上可能造成的巨大损失。

1.3 农业病虫害远程诊断平台

农业病虫害远程诊断平台主要包含运用图像识别技术的农业病虫害远程诊断系统和专家咨询系统2部分。由于农业上病虫害的种类繁多，且在每个地区出现的虫害也会存在些许不同，所以图像识别的方法只能帮助农户诊断常见的病虫害信息，对于一些因地域、环境等原因而形成的特殊病虫害情况而无法得到识别时，可采用专家咨询系统进行特殊虫害的咨询。平台的工作流程如图1所示。

图1 农业病虫害远程诊断平台的流程

2 农业病虫害远程诊断系统的实现

农业病虫害远程诊断系统的结构主要由感知设备层、网络层和应用服务层[3]三部分组成。感知设备层主要由数据采集传感器构成，用于采集作物的生长环境以及病变情况的数据；网络层由无线通信网络和有线网络构成，主要负责传输传感器采集到的图像以及环境数据；应用服务层主要是面向计算机终端和手机端的相关服务。

2.1 病虫害数据采集

病虫害的数据采集主要通过控制田间的感知设备进行。农户只需定期对田间作物进行检测，获取田间农作物的图像数据[4]。针对发现的病虫害图片，设备能够通过互联网将采集到的图像数据传输到网络层，为与数据库内对比的图像识别程序提供素材。

2.2 病虫害数据库建立与更新

病虫害数据库的建立有利于远程诊断的进行。数据库内信息的来源主要有2个方面:一是将具有权威性的全国病虫害监控中心作为样本导入数据库。该点主要是依据公众所认可的病虫害方面的专业知识以及在实践中被证实了的农业病虫害案例，全国病虫害监控中心的信息更新将会实时更新到数据库中，而数据库在实践当中录入的信息也会实时更新到全国病虫害监控中心[2]；二是根据通过专家远程诊断的特殊型病虫害，在接受实践检验之后，此类特殊的病虫害新信息可由专家对数据库内容进行补充录入及完善，充实数据库，以便后续出现类似病虫害情况时可由数据库自动识别。

病虫害数据库内所存储的数据可以包括已知的病虫害信息和与之相关的防治措施等内容，便于日后农业工作者进行查询与整治。

2.3 病虫害识别

图像识别是农业病虫害诊断系统的主要部分，用于针对较为常见的病虫害情况的诊断判断。通过对上传的数据及信息进行图像预处理、分割后，提取出图像的形状、颜色、纹理等特征[5]，通过与库内的样本数据进行对比来识别病虫害的种类及获取其防治的措施。其诊断流程图如下图2所示。

图2 基于图像识别的病虫害远程诊断系统的流程

3 专家咨询系统

图像识别是将田间采集到的图像素材上传至服务器，平台通过图像识别技术进行病虫害种类的识别，并告知防治措施给农户，使其知道该如何处理这类病虫害。倘若没有与之匹配的病虫害信息，则需通过专家咨询系统进行病虫害诊断。农户或专家通过电脑、手机等设备进行病虫害情况的诊断交流，专家可通过系统提供诊断结果，也可以通过语音、视频等方式与农户进行在线交流[6]，指导农户防治病虫害，并根据专家诊断的结果对病虫害数据库进行更新，实现系统的实时性与智能化的病虫害远程诊断服务。专家咨询系统工作的流程图如下图3所示。

图3 病虫害远程专家咨询系统的流程

4 平台运行过程与评价

农业病虫害的远程诊断平台通过图像识别技术与专家在线咨询2种方式为农户进行病虫害的远程诊断工作。2种方式的合作诊断让农户在发现农作物病虫害问题之后能在最短的时间内解决该问题，并得到相应的防治措施，方便快捷，简单准确，使病虫害问题不会肆意扩散，酿成不必要的灾害。

农业病虫害远程诊断平台运用了互联网技术，不仅将专业的全国病虫害监控中心样本数据库应用于农业病虫害的诊断工作，同时结合专家线上诊断的方式使得平台诊断效率与准确度得到保障，使得农业病虫害的远程诊断得到实现，将农业病虫害的诊断与防治提高到互联网层面，为农业工作者提供了更为优质的诊断方式，具有重要的理论和实际意义。