基于无人机监控农林白娥的研发与应用

2021-03-01魏鹏飞

科学与财富 2021年27期

摘要：當前无人机技术快速发展，在农林领域逐步应用，美国白蛾因为其具有繁殖能力强、防治难度大等各方面的特点，严重危害森林植物。随着全球一体化的迅速来临，美国白蛾进入我国的渠道和途径也越来越多。因此，该害虫也成为我国重点检疫防治对象。但是人工效率和防治效果容易受地形和天气的等影响，所以可运用无人机空间分辨率以及机动灵活的特点来获取美国白蛾的信息，再及时利用无人机进行诱杀和捕杀，减少其对农林的危害。

关键词：无人机;农林;监控;白蛾

0 引言

美国白蛾 Hyphantria cunea （Drury）是一种原产于北美地区的世界检疫性害虫，美国白蛾作为一种鳞翅目、灯蛾科植食性害虫，因为其具有繁殖能力强、防治难度大等各方面的特点，已经被世界多个国家列为了重点检疫防治的对象。该害虫同样也为我国森林植物检疫的重点之一。目前已在我国13个省598个县级行政区发生，对我国生态安全构成严重威胁。主要危害果树、行道树和观赏树木，尤其以阔叶树为重。对林木造成严重的危害，已被列入我国首批外来入侵物种。

植保无人机具有灵活多变、高效安全等特点，如今在防治病虫害上被广泛运用。因此，可利用无人机对林区内的树木进行监控巡查，然后再利用无人机进行诱捕和消灭。基于此，本文对无人机应用于防治美国白蛾虫害的优势及目前应用中存在的问题加以分析，以此提出相关改进措施，从而确保无人机可以更好地应用于农林病虫害防治中，提高对美国白蛾的防治水平。本文将简述基于无人机监控农林白蛾的研发和应用，从利用无人机林间监控、喷施性诱剂、无人机喷洒化学药剂、释放天敌四个方面对白蛾的检疫防治进行分析，提出强化绩效管理、实施精准防治和推进依法防治、绿色防治、社会化防治等对策建议。

无人机由于可以飞的较高，因此具有效率高、范围广、识别定位准确、组织实施灵活等优点，尤其适合对交通不便的林区开展监测活动，是对人工地面接测的重要补充。与此同时，无人机还可以清晰地记录下整个林区的概况，有效解决了人工监测难度大、踏查耗时多等问题，真正实现调查监测工作全面覆盖。因此，探索采用无人机数据采集、AI识别[1]、地理信息系统[2]等技术监测森林虫害势在必行。引入AI识别技术，无人机能在大量的森林照片中自动识别出得病林木，极大地提高了白蛾虫病监测精度效率;无人机采集到的地理信息，还可以结合林地的三维实景模型，将每棵病树都定位到三维地图上，形成最直观的三维病树分布图，为后续林区管理、精准评估防治工作量、除治工作实施提供数据支持和保障。

1. 林间监控和避障

无人机机体型较小但功能强大，利用无人机机动灵活、飞行快速、分辨率高、适用范围广等优点，再采用智能操控，操控手通过地面遥控器及GPS定位对其实施控制，利用无人机空间分辨率以及机动灵活的特点来获取白蛾的信息。林区范围较广、地理复杂，有很多人工不能探查到的地方。因此，由无人机搭载高清摄像头，在每年5月下旬至七月下旬和八月上旬至11月中旬这段时间内，对所辖地区进行巡查，定时定点重点检查桑树、桃木、臭椿、榆树等树木，做到早发现早防治。如果有幼虫危害，利用无人机对所辖区域害虫重灾区周围反复巡查，及时防治。如果无人机监控到幼虫和幼虫所结网群，将图片反馈到平台，根据幼虫不同时期采取不同的方案进行处理。

无人机在飞行过程中难免受环境影响，不能按照预定的航线。还有遇到过高的树木、小鸟的巢穴等不确定因素。为了避免无人机碰撞引发坠机或损坏线路的现象，利用多元化传感器[3]帮助无人机感知障碍物，然后调整飞行姿态和路径是目前研究的重点

无人机自主飞行的前提和核心条件是自动避障。因此，安装在无人机平台上的多个传感器可以帮助无人机收集自身和周围环境的信息，从而做出正确的判断，在紧急情况下自动避障，避障后自动调整原路线。首先，将直线障碍物分为静态和动态两类。静态避障相对简单，动态避障，需要在静态避障的基础上预测障碍物的运动轨迹，同时作出等待或绕行的决策。[4]目前可用于无人机避障的传感器数不胜数，红外传感器通过物体表面温度感知物体，但巡线时障碍物多数为没有生命体征的物体，所以红外传感器不适合。可见光传感器可以获得物体照片，但是无法判断距离和位置，所以也不适合避障应用。经过分析，认为应该采用质量轻、体积小、成本低的超声波传感器、激光传感器和GPS传感器。超声波传感器能发出超声波，当碰到物体时声波返回，根据波速和时间可以计算物体距离是否在安全区。激光传感器工作原理类似，只是发出的是激光。GPS可以定位位置信息，技术相当成熟，在国内外各个领域应用广泛。

2. 药剂防治

喷洒农药是林业病虫害防治中的通行措施之一，以往人工作业效率及防治效果容易受交通和地形地貌等影响。无人机具有工作效率高、省时省力、节约成本、安全性高等优点，可实现周年全程自动化作业，在林业病虫害防治中具有显著的应用优势和前景。

在害虫发生初期，利用化学药剂喷药防治，运用无人机搭载林虫净稀释 800-1000 倍液喷雾防治或者使用根施产品-根除净，对虫害树木进行喷洒，是人工作业效率的几十倍。

而且无人机旋翼产生向下的巨大旋力，推动药剂物滴对作物从上到下进行穿透，有利于药剂雾滴均匀散落于林木的各个部位，做到药物喷洒精准到位，喷洒效果更好。在药剂喷洒过程中，无人机采取自动障碍规避及自动巡航报警的新型技术，当药剂用完后，无人机会自动巡航回到初始位置，由工作人员添加药剂后，根据返航时的定位，回到之前喷洒地区继续喷洒，不会造成重复喷洒，大量节约药剂成本、人工成本。

3. 引诱捕杀

采用性诱剂或环保型昆虫趋性诱杀器诱杀成虫，只针对目标昆虫白蛾。在成虫发生期，把诱芯放入诱捕器内，将诱捕器搭载在无人机上，利用无人机灵活的特点和避障系统，穿梭于林中和空中，直接诱杀雄成虫，阻断害虫交尾，降低繁殖率，达到消灭害虫的目的。

4. 生物防治

美国白蛾幼虫前期，因幼虫在所出生的叶子上裹上了网，所以化学药剂可能作用不大。但是，由中国林科院杨忠歧研究员主持，从上世纪90年代开始，从生物控制的角度出发，系统地调查了美国白蛾寄生性天敌，从其卵幼虫和蛹中饲养出了多种天敌。经过筛选，发现了一种寄生率高、出蜂量大、能有效控制美国白蛾的蛹寄生蜂-白蛾周氏啮小蜂。周氏啮小蜂是新发现的物种，原产中国，却成为美国白蛾的天敌。因此，可利用周氏啮小蜂，以无人机搭载产卵器，将产卵器刺入美国白蛾虫蛹内，有效控制白蛾数量。或者在无人机上，设置一个类似于蜂巢的容器，将培育好的成年周氏啮小蜂放养其中，通过监测到白蛾虫害的重灾区的数据分析，无人机采取自动障碍规避及自动巡航报警的技术，自动寻找白蛾聚集地，将周氏啮小蜂放出，小蜂就可以找到在各种隐蔽场所化蛹的美国白蛾，产卵寄生于美国白蛾体内。这种生物防治保护生态环境，不杀伤天敌，是防治美国白蛾的先进技术。

5. 实施思路

5.1. 由监控人员控制电脑进行飞行前准备。在电脑上通过谷歌影像划定航拍区域，检查航拍区域内地形起伏和林木的情况，提前避开无人机飞行过程中可能撞击的地方。

5.2. 利用无人机航拍技术，可从获取的高分辨率影像中，精确定位农作物和森林树木的具体情况，例如植物的生长情况、虫害等等。将发现美国白蛾等虫害的图片反馈到电脑上，然后采取相应措施。

5.3. 美國白蛾幼虫和成虫期间，无人机搭载化学药剂喷洒系统，进行喷雾防治。

5.4. 美国白蛾成虫期间，无人机搭载诱捕器，对林间成虫进行诱捕。

5.5. 无人机搭载产卵器，将天敌的卵注入美国白蛾的虫蛹中;或者搭载模拟蜂巢，将周氏啮小蜂放出于白蛾严重的地区，让周氏啮小蜂产卵于白蛾蛹内。

5.6. 观察一段时间，根据系统反馈的信息进行下一步调整，适时对无人机下达指令，使人机配合紧密。

预期效果无人机通过空间分辨率以及机动灵活的特点来获取植物光谱信息，用来监督虫害情况，预估害虫数量，监督植物病虫害等问题。将来也可以运用无人机代替人工进行作物播种、施肥施药，代替人工进行林间巡查。同时操作者与无人机紧密配合，减少虫害传播，保护生态环境。

结语

以上方法和思路全部借助于无人机进行操作，三种方法几乎满足于美国白蛾从幼虫期到成虫期的全部时期。该思路和方法有利于加快实现美国白蛾防治技术的大规模应用，促进美国白蛾统防统治工作的开展。

参考文献：

[1][2]浙江农历大学研发团队用无人机检测松材线虫病，真正实现了疫情监控全面覆盖。