山西省有机旱作农作物病虫害监测预警系统的建设与应用

尹祥杰，朱艳天，王丽英，王 莉，刘一景，张东霞

（山西省植物保护植物检疫中心，山西 太原 030001）

山西省主要粮食作物是玉米、小麦、杂粮、马铃薯等[1]，容易受到玉米螟、粘虫、玉米大斑病、小麦蚜虫、红蜘蛛、马铃薯晚疫病等病虫的为害。习近平总书记2017 年在山西视察时指出，有机旱作是山西农业的一大传统技术特色[2]。山西省在准确把握省情农情的基础上，推广了秸秆还田、增施有机肥、选用抗病抗逆品种等技术，农田节水灌溉工程、旱作良种工程的实施，改变了传统种植结构和局部生态小气候，使有机旱作条件下农作物病虫害发生的种类、规律发生了变化。面对病虫害多发、重发、频发的新形势，利用现代信息技术解决有机旱作条件下农作物病虫害监测预警中存在的新问题，开发建成了山西省有机旱作农作物病虫害监测预警系统，实现了山西省有机旱作条件下7 种（类）作物41 种病虫害信息的标准化采集、网络化传输、自动化分析、图形化展示，大大提升了山西省有机旱作农作物病虫害监测预警信息传递效率和公共服务能力，对保障粮食安全具有重要的意义。

1 设计思路

1.1 建设目标

基于物联网、云计算等信息技术，依托山西省现有的35个病虫测报站及6个田间自动化监测点，构建以自动化、智能化田间监测站点为基础，省级和县级上下相通、横向互联，与山西省有机旱作农业发展相适应的病虫害监测预警系统，提高有机旱作农作物病虫监测预警工作的规范性和时效性。

1.2 系统架构

系统由基础设施层、数据资源层、应用支撑层、系统应用层构成，并以综合管理服务与安全保障体系和标准规范体系为支撑。基础设施层包括支持各类信息系统、数据库存储运行的软硬件设施，及用户使用环境，是整个系统运行的物质基础，包括植保专用设备、便携式采集设备、及网络、服务器、视频通讯设备等基础设施。数据资源层包括数据中心和基础支持数据库群，是病虫害监测过程中形成的数据，由历史数据库、原始报表数据库、模式报表数据库、资料类数据库等数据库组成。应用支撑层是实现系统整合、信息共享的关键，是连接数据库与应用系统功能的纽带，由应用组建群、安全组建群、信息化支撑体系、平台组建支持、信息资源目录及交换系统组成。系统应用层是直接面向用户的应用系统，由数据填报、物联网、模型、数据整理、知识库、办公应用、系统管理组成。

2 系统模块及功能介绍

2.1 数据管理

2.1.1 数据填报

系统包括了小麦、玉米、马铃薯等7 种（类）农作物41 种病虫害制定的原始记录表、模式报表、周报表、年度统计表共102张，结合有机旱作条件下作物生态布局与病虫发生规律，通过求和、算数平均值、加权平均值、取最值、病情指数等算法自动计算。简化了数据上报过程，实现了病虫害监测数据的网上填报和表内、表间的数据自动计算，提高了工作效率。

2.1.2 数据查询及审核

数据查询功能支持各级用户对已经上报的任务进行查询，可以根据需要选择调查时间、站点、报表，灵活掌控显示数据范围。省级管理员可以对下级上报的数据进行审核，若发现填写错误的不合理数据可以退回，还可以直接修改不合适的上报数据。

2.1.3 数据汇总

数据汇总功能实现了对已经上报的病虫报表进行汇总，用户可以通过选择报表名称、上报时间、任务站点等对需要汇总的内容进行按需调整，汇总指定业务报表、指定时间、区间的业务数据。对显示的数据列进行调整，筛选无需关注的字段，把关注的字段使其显示在最显眼的地方，方便浏览重点关注项。通过此功能，不仅可以罗列显示重点病虫、重点区域的病虫数据，同时可以根据提前设计好的汇总公式对目标数据进行求和、求平均值计算，生成符合用户实际需要的汇总数据。

2.1.4 报送评价

报送评价实现了查询统计各个测报站的业务数据上报情况，通过按站点、报表统计对业务数据上报情况进行展示，展示信息包括：测报站名称、应报次数、实报次数、迟报次数、漏报次数、仍需上报次数、应报数据项、实报数据等，直观地看到各测报站任务上报率的统计分析。

2.2 数据分析

2.2.1 多指标叠加分析

采用类似金融股票的K 线系统，对病虫害多个指标进行叠加分析，辅助判断病虫害发生趋势规律。采用加权平均值和算术平均值等多种计算方式进行数据运算，利用多色曲线实现在同一坐标系叠加显示病虫数据最大值、最小值、算术平均值、加权平均值等多项指标。

2.2.2 地理信息分析

基于地理信息系统（GIS）和地理信息空间数据，建立符合山西省有机旱作条件下农作物病虫害监测需求的地图服务系统，通过GIS 图形化的方式将测报站的统计结果形象化的展示出来，便于领导层和相关业务人员更加直观的了解各地病虫害发生变化趋势。

2.2.3 病虫害专题分析

以农作物类别、病虫害类别、指标、数量、面积、程度和时间等条件制作成各种类型的病虫害专题图，将病虫害的各种监测信息展现在地图上；可以基于地图查询监测信息，动态地显示不同病虫害在区域上的分布情况，结合GIS 技术可以将某一类或某几类监测指标进行统计，按监测点或区域形成饼图、直方图或颜色渐变图。系统支持的专题分析形式包括：历史同期数据分析、连续多期分析、多指标对比分析、同比环比分析、占比分析，按照用户的分析主题，可以将以上的分析形式组合对病虫害进行综合分析。

2.3 物联网模块

2.3.1 监测点物联网设备管理

系统采用统一的物联网设备接入标准，将监测点自动化、智能化的物联网监测设备接入系统，支持对当前监测单位的编号、名称、简称、经度、纬度等信息的维护，用户可对设备的名称、类型、安装地址、所属厂商、厂商设备编号等信息进行新增和重置，将田间监测点配备的物联网设备监测数据进行数据标准化验证和统一管理。

2.3.2 物联网数据分析

该功能实现对物联网数据的多维度、多形式的分析，通过时间、地域等不同维度和类型、指标、时间等查询条件，以折线图、地图的形式完成物联网数据分析展示功能。可将各田间监测点数据采集设备及植物生长环境监控设备监测的数据通过网络传输到系统内实现物联网设备数据接入，将省内的物联网数据集中汇聚，搭建准确、稳定、高效运行的省内物联网数据中心。

2.3.3 采集图片展示

该功能可将物联网监测设备采集的图像数据进行展示，图像以拍摄的具体时间命名便于查找，同时图片列表显示监测点名称、设备名称、采集时间。点击列表中任意图片，系统提供放大镜功能，便于对图像进行放大查看，同时支持监测点、监测设备和数据日期维度的筛选过滤。

2.4 系统管理和办公应用

系统管理包括机构管理、用户管理、权限管理、菜单管理等，主要用于对系统中的机构、用户、权限、任务等进行管理，便于管理系统。办公应用包括文件收发、通知公告。

2.5 共享知识库

共享知识库通过提供初始化内容，建立一套信息全面、可随时丰富、检索的省级病虫害知识库。包括病虫发生特点、规律、分布和监测、防治、检疫、农药械等文字及图像信息。下级植保机构可上传、分享病虫知识，由省级管理员对共享知识进行审核并发布，实现病虫害知识的积累与分享。

3 运行成效

3.1 提升了工作效力

系统已在全省11 个市的35 个病虫测报站推广应用，病虫数据报送过程简单、快捷，系统很多数据无需填报，可以自动生成，为测报员填写报表节省大量工作时间。据统计，系统自2020 年1 月正式应用至2022 年9 月，共上报病虫报表1.8×104份，迁移和补录病虫报表约20×104份，物联网采集数据150×104条，快速传输的病虫数据及时科学地指导了病虫害防控工作。

3.2 提升了工作能力

本系统覆盖了山西省有机旱作条件下主要农作物常见的41种病虫，实现病虫监测调查数据的采集和分析处理。全省测报技术人员定期通过调查采集病虫数据及时通过本系统上报，可以利用数据分析功能与历史数据进行对比，清晰直观地展示对比结果，提升了测报员分析病虫发生规律、准确做出预报的能力。

3.3 物联网设备运行成效显著

自动化、智能化的物联网监测设备，能够排除人为因素的干扰，准确地获得田间病虫害、土壤、气象等实时监测数据，通过对不同时间的数据进行分析、对比，形成有效、实用的趋势判断，让测报员在办公室就能实时掌握田间病虫、气象等情况。

4 结语

山西省有机旱作农作物病虫害监测预警系统的建立，通过虫情测报灯、自动孢子捕捉仪等智能物联网设备，对有机旱作条件下农作物病虫害的发生动态进行适时监测，在病虫信息采集标准化、数据分析自动化、发生动态展示图形化、病虫知识共享化等方面，发挥了非常重要的作用。将病虫监测数据结合当地天气预报、病虫历史数据等情况进行综合分析，作出病虫发生趋势预报，为领导决策提供依据，为农民科学防控提供指导，实现了山西省有机旱作农作物病虫害监测预报的智能化、信息化，为全省有机旱作农作物病虫害防控决策提供高效率、高质量的信息支撑。