溫室智能裝備系列之一百零四 溫室害蟲誘捕技術(shù)及裝備現(xiàn)狀及發(fā)展_馬偉.pdf

<p>溫室園藝2018-0578溫室智能裝備系列之一百零四 溫室害蟲誘捕技術(shù)及裝備現(xiàn)狀及發(fā)展*馬 &nbsp;偉1，王 &nbsp;秀1，張海輝2，陳梅香3，孫作文4，張萬民5（1. 北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心，北京 &nbsp;100097；2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西楊凌 &nbsp;712100；3. 北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心，北京 &nbsp;100097；4. 山東省植物保護(hù)總站，濟(jì)南 &nbsp;250100；5. 遼寧省植物保護(hù)站，沈陽 &nbsp;110034）溫室生產(chǎn)過程中由于倒茬困難、晝夜溫差大和冬季低溫低等原因，會(huì)出現(xiàn)病蟲害種類繁多且危害嚴(yán)重的情況，溫室生產(chǎn)面臨的一個(gè)關(guān)鍵問題是如何解決病蟲害對(duì)溫室作物的侵害。施藥技術(shù)作為防治病蟲害的一項(xiàng)重要手段而被廣泛應(yīng)用。但施藥技術(shù)在保證農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)，也會(huì)帶來農(nóng)殘超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，為了規(guī)避此風(fēng)險(xiǎn)，就需要在溫室生產(chǎn)管理中做到少用藥或不用藥，此需求對(duì)溫室病蟲害的調(diào)查或非化學(xué)驅(qū)趕及滅蟲提出了要求。溫室病蟲害調(diào)查的目的是確保病蟲害防治能做到有的放矢、目標(biāo)明確。通過對(duì)害蟲誘捕獲得田間一手?jǐn)?shù)據(jù)，為防治措施及決策提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，為減少農(nóng)藥使用，采用新技術(shù)和方法誘捕害蟲、減少病蟲害傳播和危害程度成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，誘捕技術(shù)及裝備作為滅蟲新方法具有非常巨大的應(yīng)用價(jià)值和潛力。º/ 超聲波驅(qū)趕技術(shù)超聲波驅(qū)趕技術(shù)是一種可以有方向性的驅(qū)趕害蟲1并有效捕捉害蟲的綠色環(huán)保技術(shù)，該技術(shù)已被證實(shí)在溫室中定點(diǎn)應(yīng)用可取得較好的效果。該技術(shù)比較典型的方式是采用太陽能供電，實(shí)現(xiàn)全天候的誘捕，對(duì)于田間調(diào)查而言優(yōu)勢(shì)明顯2。LED 誘蟲技術(shù)利用害蟲趨光特性3研究誘殺害蟲是一種在溫室生產(chǎn)中普遍采用的傳統(tǒng)技術(shù)。其中通過對(duì)LED的精準(zhǔn)控制，提高了誘蟲的靶標(biāo)功能，并通過對(duì)LED的自適應(yīng)調(diào)控技術(shù)的研究4使得LED對(duì)害蟲的誘導(dǎo)效果更加精確。隨著人工智能的不斷進(jìn)步和深入研究，基于深度學(xué)習(xí)的LED調(diào)控技術(shù)用于害蟲誘捕也逐步得到研究和應(yīng)用5，通過限制波爾茲曼機(jī)算法的引入，使得LED的控制決策更加精準(zhǔn)。生物誘蟲技術(shù)生物誘捕害蟲技術(shù)的研究集中在誘芯的開發(fā)和使用上6。性誘劑的開發(fā)對(duì)誘捕害蟲有很強(qiáng)的針對(duì)性7。有研究機(jī)構(gòu)通過性誘劑誘捕器的不同放置密度和高度的試驗(yàn)研究對(duì)高效使用生物誘蟲技術(shù)進(jìn)行探索，研究結(jié)果表明該技術(shù)能有效控制或減輕害蟲幼蟲發(fā)生為害，減少農(nóng)藥使用次數(shù)8-9。害蟲信息遠(yuǎn)程獲取技術(shù)通過無線技術(shù)、圖像處理技術(shù)的應(yīng)用，基于計(jì)數(shù)裝置和紅外感應(yīng)微型攝像頭的害蟲信息遠(yuǎn)程獲取技術(shù)得到廣泛研究10-11。采用昆蟲圖像處理及分析系統(tǒng)（BugVisux），獲取害蟲圖像的數(shù)字化特征值，建立主要農(nóng)業(yè)害蟲的數(shù)字化特征庫，該技術(shù)對(duì)于農(nóng)業(yè)監(jiān)管部門指導(dǎo)種植合作社農(nóng)戶集中防治溫室爆發(fā)性病害有重要指導(dǎo)意義，有助于監(jiān)管部門對(duì)大面積種植溫室病蟲害集中爆發(fā)遠(yuǎn)程決策精度的提高12。在主控平臺(tái)與多個(gè)遠(yuǎn)程平臺(tái)之間采用3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)通信，遠(yuǎn)端平臺(tái)實(shí)時(shí)采集害蟲圖片，并將圖片發(fā)送到主控端，采用最大類間方差法將害蟲從背景中分割出來，提取害蟲的面積、周長、復(fù)雜度、偏心率和不變矩等16個(gè)形態(tài)學(xué)特征值，以及9個(gè)顏色特征值和基于灰度共生矩陣的10個(gè)紋理構(gòu)成特征向量來得出害蟲信息13?；跈C(jī)器視覺通過小波分析、蟻群算法、SVM模式識(shí)別方法來提高害蟲信息遠(yuǎn)程獲取的精度14-16。還有研究在害蟲爆發(fā)點(diǎn)定位和空間相關(guān)分析方面也取得較好的進(jìn)展17?；?WebGIS 的分布定位技術(shù) &nbsp;利用WebGIS的空間信息管理能力實(shí)現(xiàn)害蟲DOI: 10.16815/j.cnki.11-5436/s.2018.13.013溫室園藝2018-0579空間分布的計(jì)算和預(yù)測(cè)。國外對(duì)該技術(shù)的研究主要集中在害蟲控制、害蟲的生命周期等方面18-20。º !基于單片機(jī)和超聲波的害蟲誘捕智能系統(tǒng)此類系統(tǒng)的研究關(guān)注點(diǎn)是嵌入式單片機(jī)和太陽能調(diào)控平臺(tái)的研究21。通過不斷的優(yōu)化軟件流程和提高單片機(jī)的容錯(cuò)性，控制系統(tǒng)逐步熟化，系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到提高22?？紤]到太陽能受連續(xù)雨天的影響，基于風(fēng)能等其他清潔能源供能的超聲害蟲誘捕裝備也得到研究23。綜合可知，清潔能源和超聲波的結(jié)合是害蟲誘捕裝備的一個(gè)研究趨勢(shì)，優(yōu)點(diǎn)是環(huán)保和高效、普適性強(qiáng)。LED 自適應(yīng)害蟲誘捕機(jī)LED等對(duì)害蟲的誘捕和照明燈設(shè)施結(jié)合，研究出多功能的裝置24。通過LED的精準(zhǔn)控制，研究出寬譜和專譜2種殺蟲模式的裝備25，該裝備按照白光和紫光為1:3的比例組合，采用7.14 Hz的占空比矩形波驅(qū)動(dòng)光源得到誘蟲效果最佳。對(duì)太陽能LED殺蟲燈的特征光譜光源的研究使得誘蟲具有對(duì)靶性26。為了提高裝備壽命，除對(duì)太陽能源研究外，儲(chǔ)能設(shè)備的研究也是一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)27。也有增加溫度傳感器來提高誘蟲精度的研究報(bào)道28。誘芯式誘蟲器通過誘芯的研究和開發(fā)，針對(duì)不同害蟲的誘蟲器得到快速發(fā)展29。性誘自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的研制簡化了害蟲誘獲鑒定操作和蟲情自動(dòng)化記載傳遞，豐富了弱光性害蟲監(jiān)測(cè)手段30。誘芯式誘蟲器的研究除了誘芯，自動(dòng)記錄儀以及復(fù)合色板也被引入，這都提高了誘芯式誘蟲器的工作質(zhì)量31。為了彌補(bǔ)性誘裝置的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)誤差大、工作效率低、智能化程度低以及重復(fù)勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺陷，趙帥等32-33研究開發(fā)了誘芯誘捕器自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)提高了性誘裝置的精度。害蟲遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)該系統(tǒng)由害蟲誘捕器、數(shù)據(jù)無線傳輸模塊和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器構(gòu)成，通過將害蟲信息上傳至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)決策和共享10。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人值守，有研究采用計(jì)數(shù)裝置和紅外感應(yīng)微型攝像頭實(shí)時(shí)獲取害蟲的圖像信息11。為降低成本也有用普通CCD圖像采集單元獲取害蟲信息的研究并取得好的效果34，通過改進(jìn)的共軛梯度法建立模型，測(cè)試樣本的識(shí)別正確率達(dá)到85%，對(duì)應(yīng)的裝備開發(fā)對(duì)預(yù)防害蟲的爆發(fā)也取得很好的效果35?；谑謾C(jī)Android系統(tǒng)進(jìn)行圖像獲取后，基于OpenCV庫對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理過程主要包括通道分離、圖像平滑、閾值分割、邊緣檢測(cè)等，通過數(shù)字圖像處理及支持向量機(jī)來判別溫室花卉是否感染病蟲害36?；?WebGIS 的農(nóng)業(yè)病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)將WebGIS技術(shù)與測(cè)報(bào)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多種病蟲害測(cè)報(bào)集成測(cè)報(bào)研究為農(nóng)業(yè)病蟲害測(cè)報(bào)技術(shù)提供一個(gè)新的手段和工具。系統(tǒng)依靠WebGIS對(duì)空間的強(qiáng)大控制能力，實(shí)現(xiàn)病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)在空間上的精確表達(dá)37-39。/ µ ºùîÉZ通過技術(shù)的融合和再創(chuàng)新，新型裝備的誘捕效果顯著提高。LED誘捕、性誘和黏蟲板的綜合運(yùn)用研究收效很好37，對(duì)溫室防治的黏蟲板進(jìn)行無人自動(dòng)更換技術(shù)及裝備的研制促進(jìn)其快速發(fā)展40-45。在害蟲信息預(yù)測(cè)模型研究方面，基于數(shù)學(xué)模型的方法使害蟲群體監(jiān)測(cè)與個(gè)體監(jiān)測(cè)相統(tǒng)一，也是害蟲綜合預(yù)測(cè)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)46-50。針對(duì)病蟲害的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的研究尤其是誤差反向傳播網(wǎng)絡(luò)(BP)的模型研究也對(duì)預(yù)測(cè)精度的提高發(fā)揮重要作用51-55。ùî t 該領(lǐng)域近年來成為研究熱點(diǎn)，在關(guān)鍵技術(shù)和裝備上不斷突破，主要研究趨勢(shì)有：地-空-星多平臺(tái)融合，點(diǎn)-線-面-體多角度數(shù)據(jù)挖掘依靠地面單點(diǎn)數(shù)據(jù)，無人機(jī)和農(nóng)用飛機(jī)遙感信息以及衛(wèi)星遙感圖像多平臺(tái)進(jìn)行融合。從站在溫室監(jiān)督，到害蟲地面單點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，到溫室內(nèi)一定路徑布置多組采集裝置，再到大型溫室一片作物上的數(shù)據(jù)，最后到整個(gè)溫室冠層立體空間的害蟲存活生命周期的研究，這些研究趨勢(shì)都會(huì)成為害蟲防控的重要基礎(chǔ)。溫室園藝2018-0580依靠無線傳輸和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為該領(lǐng)域的研究蓬勃發(fā)展提供了契機(jī)，也為規(guī)?；男袠I(yè)井噴式發(fā)展提供基礎(chǔ)，未來會(huì)成為研究熱點(diǎn)。人工智能和大數(shù)據(jù)整合隨著無線采集技術(shù)的普及，海量的數(shù)據(jù)會(huì)帶來害蟲監(jiān)控模型的高速發(fā)展，人工智能和大數(shù)據(jù)的帶動(dòng)，會(huì)促進(jìn)該領(lǐng)域的監(jiān)測(cè)精度快速提高。參考文獻(xiàn)1 饒欽程 , 余鵬 , 唐海亮 , 等 . 基于單片機(jī)和超聲波的害蟲誘捕智能系統(tǒng)設(shè)計(jì) J. 科技廣場(chǎng) ,2013(2):249-252.2 張化平 , 王瑾 , 陳琛 . 一種單片機(jī)控制的超聲波定向驅(qū)捕害蟲智能系統(tǒng)設(shè)計(jì) J. 蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) ,2017,17(2):20-22.3 張純胄 , 楊捷 . 害蟲趨光性及其應(yīng)用技術(shù)的研究進(jìn)展 J. 生物安全學(xué)報(bào) 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