AI+林业有害生物测报技术发展现状

溧阳市自然资源局 江苏 溧阳 213300

林业有害生物监测预警是林业有害生物防控的第一道防线，其技术要求高、工作难度大且需要长期持续开展工作。传统林业有害生物测报技术以人工实地踏查为主，工作量大、费时费力、信息破碎化现象严重，很难对变化因素进行跟踪调查[1]。随着社会现代化进程，林业有害生物测报融合AI(ArtificialIntelligence人工智能)[2]和信息技术，以数据的互联互通、信息的可视化为特点，可以实现远程识别、监控和防治，实现林业生物灾害防控的信息化、可视化、智能化，在林业有害生物测报工作中发挥着重要作用。

1 AI技术在林业有害生物监测预警中应用的重要性

林业有害生物是继人为破坏、森林火灾之后的另一个影响林业可持续发展的重要因素，已成为制约林业生态建设和阻碍林业经济发展的重要因素之一。一般指的是对森林树木正常生长有害的任何植物、动物或病原体的种、株或生物型。比如常见的林业害虫、病原微生物、害鼠兔、有害的植物等。一旦林业资源在养护或管理中受到有害生物的威胁，影响的不仅是生物本身的生长，久而久之也会影响整个林业生态环境。尤其是当前经济的快速发展、地球整体生态环境的脆弱化，林业资源的质量变差、品种单一、人工营造林的比重也在逐渐加大，从而导致了林木抗灾性能降低，这就为林业有害生物的繁殖提供了温床。因此，如何科学、准确地预测预报林业有害生物的发生就成了亟待解决的问题。自20世纪50年代以来，我国森林保护科技工作者就开始了林业有害生物监测预报技术研究，测报技术随着现代科学技术的发展而发展。传统的地面调查已经不能满足目前林业持续发展和林业有害生物持续管理的需要，必须发展和应用更先进和实用的监测技术和手段，全面提高预警和预测预报能力，才能彻底摆脱灾后救灾的恶性循环和被动局面。林业有害生物发生具有明显的空间位置特征和时间节律特征，林业有害生物的监测预报需要大量的时空数据和野外作业。AI技术为林业有害生物监测预警开辟了新的途径，它可以解决用传统方法无法解决的许多问题，为林业工作外业调查提供了便利，为数字林业建设打下了坚实的基础[3]。

2 AI+现代林业有害生物测报体系

2.1 高智能监测站 高智能监测站主要包括智能虫情测报灯和气象信息采集系统，以此为数据采集终端，构建林业有害生物智能监测平台。该系统利用各种现代化监测手段和无线网络传输技术，自动收集有害生物相关信息包括高清影像、高清照片等，最终将影像和数据上传到智能监测平台，实现监测信息的快速即时上报。

2.1.1 智能虫情测报灯 智能虫情测报灯可以无公害诱捕杀虫，绿色环保。设备以黑光灯为光源，主要诱集具有趋光性昆虫，利用远红外快速处理虫体，采用高像素CCD摄像机，根据设定拍照频率自动上传诱捕影像，同时自动完成诱虫、杀虫、收集、排水等作业。用户可以随时远程了解林区内病虫害发生情况与变化情况，结合实际情况，制定针对性的防控措施。

2.1.2 智能气象信息采集系统 智能气象信息采集系统的主要功能是可实时采集林业生产环境信息，包括林地土壤中水分、温度、湿度、光照强度、风速风向、降雨量等环境参数，并将最终获取到的结果传输到中心服务器中，实现对林区综合生态信息自动监控和智能化管理[4]。此外，利用该系统还能够自动生成环境信息图表，为林业管理人员分析林业病虫害在不同气候条件下的发生规律提供相应的数据支持，实现林业有害生物快速准确预报。

2.1.3 林业有害生物智能监测平台 智能监测平台收集虫情测报灯和气象信息采集系统采集的数据，系统应用多种统计原理和分析方法，根据病虫发生规律与环境关系，分析历史病虫发展趋势，做定性的数据统计和分析。通过不断完善有害生物预报内容，量化预报数据，图文并茂，准确反映有害生物发生情况，形成完整的病虫预报。有害生物发生指标分析、物联网设备分布及工作状态、监测点分布等信息可实时提供到林业管理部门和专家平台，进行远程诊断，为防灾减灾提供科学依据[5]。

2.2 PC采集终端

2.2.1 数据采集 测报数据采集终端主要用于野外踏查实时数据采集，PC设备搭载有害生物测报数据采集APP系统软件，可采集日常测报要求的树种、病虫害及环境信息等，同时通过GPS定位系统为后期的防治提供精准的位置信息，而在大面积地区可采取携带大面阵航空数字相机方法获取遥感数据。

2.2.2 数据汇总 采集数据通过PC工具按照有害生物种类自动分类生成专业上报表单，也可直接上报高智能监测站中的林业有害生物信息服务平台，相关信息可直接提供到林业管理部门和专家平台。

2.3 昆虫识别软件 通过收集、整理、汇总主要有害生物的生物学资料、图片资料和历史为害资料，以及影响病虫发生的气象资料、林业信息，完善病虫信息数据库，建立起完整的地区有害生物档案和病虫图谱。通过该软件，可以随时随地识别鉴定昆虫种类，即时制定防治方案。

2.4 智能孢子捕捉系统 利用智能孢子捕捉系统，能够有效监测到所辖范围内林地病原孢子以及花粉尘粒的信息，同时利用全球定位技术和移动互联网技术，对现场信息进行实时采集，生成3D图像自动上传到云端物联网监控服务平台上，平台每天自动采集传输回来的数据信息，形成报表，工作人员可以随时获取林间孢子发生情况和演变趋势，制定针对性的防控措施[4]。

2.5 无人机监测集成系统 无人机已越来越多的应用于林业有害生物外业工作中，主要实现森林巡查监测、病虫害监测、农药喷洒等任务，完成对目标地区林业资源状况的实时动态监管数据对接，并进行GPS辅助空中三角测量，

进而可利用无控制点或少控制点技术，对特征区域很少的林区进行较高精度的几何校正。目前林业有害生物监测工作中，无人机主要用于松材线虫病监测调查，通过无人机对松林低空航拍，结合POS数据信息，制作出的数字正射影像图，利用松树受害后树冠颜色改变的特征，对图像进行目视解译，再对变色枯死木进行定位标注，统计出作业区域内变色树木数量[6]。在松材线虫病防治作业时，对疫木清理全过程进行定位、记录、拍照，对清理的每株疫木建立电子档案，规范疫木清理程序，强化信息采集管理，提高监管效能。大型无人机则可用于野外喷洒农药，大大节省了人力，降低了地形复杂林区病虫害防治工作难度，提高了作业效率。

3 存在问题

3.1 图像识别准确率有待提高 人工智能设备为野外监测调查提供了极大便利，但由于病虫害种类繁多，植物受害后的表现形式差异，昆虫不同虫态，季节和林相变化导致的树冠颜色各异等因素影响，会导致图像识别准确率降低。伴随着遥感和摄像技术的发展，提高图片影像和判读能力，将有利于智能化监测预警设备的应用。

3.2 智能监测覆盖面有待扩大 近年来伴随着生态文明建设步伐，绿化造林面积逐年增加，目前的智能监测设备远远不能满足实际工作需要。因此，林业部门可适当增加相关设备设施的投入[2]，加强技术人员专业技能培训，将现有AI技术更好的应用于林业有害生物防控。

4 前景展望

相对来讲，林业有害生物监测系统中应用人工智能技术，将成为林业调查和遥感测绘重要航空遥感平台和未来林业有害生物灾害监控和防治的重要常用工具，成为现代林业建设体系中一个重要组成部分并发挥巨大的作用。当前，大面积的森林有害生物多发生在人烟稀少、交通不便的地区，由于常规地面调查监测方法很难迅速、全面、客观地反映病虫害的发生发展动态，不能及时、有针对性的采取防治措施，从而加大林业资源的管护难度。而大尺度多时遥感、智能虫情测报灯、无人机技术等正是对大面积森林有害生物监测的有益补充，可针对不同林业有害生物的生物生态学特性，发挥不同智能监测设备各自独特的优势，分类施策，从而更好地为森林资源保护服务。现代AI技术发展为林业现代化和科技化描绘出一幅宏伟蓝图，采用现代最先进的技术手段进行全新概念的数据采集和数据数据处理方法，提供动态的资源数据和丰富的图文数据，提供给专家做出决策方案。现代AI技术和林业有害生物的生态学模型有机结合，可实现林业有害生物发生的精准数量化风险分析，具有广阔的应用前景[3][7]。但需要注意的是，即使人工智能技术已经被广泛应用，但对于图像判读工作来讲大多数情况下依然是人工操作，故而开发出可自动判读的软件并广泛推广及应用是下一步需要重点研究的方向。