「國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系」興畜牧業(yè)，念草牧經(jīng)！推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的牧草全產(chǎn)業(yè)鏈信息交流平臺。

文│梁天剛 馮琦勝

智慧草業(yè)技術(shù)是現(xiàn)代牧草產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要抓手。目前我國牧草產(chǎn)業(yè)信息化程度低，尚需要從國家政策、技術(shù)研發(fā)、推廣示范等多方面全力推進(jìn)。病蟲害是導(dǎo)致牧草產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降的重要因素，病蟲害實(shí)時(shí)監(jiān)測是田間管理的重要環(huán)節(jié)，也是有效防治和控制病蟲害發(fā)生蔓延的依據(jù)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測頻度和識別的準(zhǔn)確性，是擬定正確的綜合防治對策，經(jīng)濟(jì)有效地降低病蟲害危害的技術(shù)關(guān)鍵，對牧草生產(chǎn)精細(xì)化管理具有重要意義。

為了提高牧草病蟲害監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集精度和時(shí)效性，國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系遙感監(jiān)測與智能管理崗位團(tuán)隊(duì)聯(lián)合牧草病害等相關(guān)崗站專家，利用機(jī)器學(xué)習(xí)等信息技術(shù)方法研發(fā)了牧草病蟲害防控信息化大數(shù)據(jù)管理平臺和APP產(chǎn)品，以期為體系試驗(yàn)站和牧草企業(yè)生產(chǎn)基地栽培草地病蟲害防治和預(yù)警提供數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測和智能分析服務(wù)。

1. 技術(shù)要點(diǎn)

牧草病蟲害防控信息化大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，是遙感監(jiān)測與智能管理崗位團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“牧草云”平臺（栽培草地智能感知與決策支持系統(tǒng)）（http://www.foragecloud.com）的一個(gè)子系統(tǒng)（圖1），由智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備、云服務(wù)器、WEB端軟件和“云端牧草”APP組成，是一款具有牧草病蟲害智能識別、田間調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)上報(bào)、專家在線鑒定等服務(wù)功能的專用系統(tǒng)。

該系統(tǒng)采用人工智能領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)方法，目前可識別10種常見苜蓿病害和10種常見苜蓿害蟲。普通用戶使用手機(jī)APP和照相功能，就可實(shí)現(xiàn)田間栽培苜蓿病蟲害檢測和相關(guān)照片及屬性數(shù)據(jù)的上報(bào)，鑒定專家使用WEB端軟件可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷及病蟲害防控等方面的技術(shù)指導(dǎo)服務(wù)。

? 圖1 “牧草云”平臺WEB端登錄界面

2. 牧草病蟲害診斷與分析

2.1 牧草病害診斷與分析

用戶注冊登錄后，利用智能手機(jī)、高清照相機(jī)等移動(dòng)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)苜蓿病害智能診斷、基于樣方法和樣線法的病害調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、上報(bào)及匯總、病害防控知識查詢檢索等功能，病害專家可以遠(yuǎn)程提供在線服務(wù)（圖2-圖5）。

? 圖2 牧草病害診斷界面

? 圖3 牧草病害知識庫查詢檢索界面

? 圖4 牧草病害在線專家鑒定界面

? 圖5 牧草病害外業(yè)調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)上報(bào)界面

目前該模塊有1570張病害苜蓿樣本照片，包括25種苜蓿病害知識庫；利用YOLO v5目標(biāo)檢測算法構(gòu)建的病害識別模型可診斷苜蓿白粉病、苜蓿病毒病、苜蓿春季黑莖病、苜蓿褐斑病、苜蓿黃斑病、苜蓿葡柄霉葉斑病、苜蓿炭疽病、苜蓿尾孢葉斑黑莖病、苜蓿小光殼葉斑病和苜蓿銹病等10種常見苜蓿病害，總體識別精度達(dá)75.3%。

2.2 牧草害蟲識別與分析

用戶注冊登錄后，可實(shí)現(xiàn)害蟲智能診斷、基于樣方法、樣線法、深土層陷阱收集法、標(biāo)準(zhǔn)株/株叢法、誘蟲燈（引誘劑）、黃板（黃盤）誘集法、飛行阻隔器和高空吸蟲塔等方法的蟲害調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、上報(bào)及匯總、害蟲防控知識查詢檢索，蟲害專家可以提供遠(yuǎn)程在線指導(dǎo)服務(wù)（圖6-圖9）。

? 圖6 牧草害蟲診斷界面

? 圖7 牧草害蟲專家在線鑒定界面

? 圖8 牧草蟲害外業(yè)調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)上報(bào)界面

? 圖9 牧草害蟲知識庫查詢檢索界面

目前該模塊有1034張苜蓿害蟲樣本照片，包括13種苜蓿害蟲知識庫；利用YOLO v5目標(biāo)檢測算法構(gòu)建的栽培苜蓿害蟲檢測模型可識別金針蟲、綠盲蝽、綠芫菁、苜蓿盲蝽、苜蓿葉象甲、牛角花齒薊馬、蘋斑芫菁、大地老虎、蚜蟲和中華豆芫菁等10種常見苜蓿害蟲，平均識別精度達(dá)98.8%。

3. 牧草病蟲害防控管理系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)支持

牧草病蟲害發(fā)生、發(fā)展及防控具有涉及的地域空間分布范圍廣、延續(xù)時(shí)間長等特點(diǎn)，為了充分結(jié)合從事牧草生產(chǎn)的企業(yè)及合作社和病蟲害專家各自的優(yōu)勢，高效服務(wù)田間管理，在該系統(tǒng)應(yīng)用過程，用戶需要注意以下事宜。

3.1 照片的拍攝及識別

照片的清晰度、代表性和典型性對智能識別尤為重要。當(dāng)某一種病害或害蟲照片拍攝不清晰時(shí)，會(huì)導(dǎo)致圖像分辨率低，直接影響識別精度。對病害照片而言，單張照片上如存在多種病害，最好針對單一病害進(jìn)行拍照，否則如幾種病害特征相近時(shí)，會(huì)顯著增加病害識別的難度；害蟲具有快速移動(dòng)、不同生長階段形態(tài)差異大等特點(diǎn)，拍照時(shí)需要注意將手機(jī)照相機(jī)調(diào)為連拍模式，在短時(shí)間內(nèi)可快速多次成像，以便用戶選擇清晰度好的照片進(jìn)行保存和診斷，避免采用虛化的照片進(jìn)行識別時(shí)產(chǎn)生診斷錯(cuò)誤等問題。尤其是一張照片上存在多種病害或害蟲時(shí)，最好針對單一病害或害蟲進(jìn)行拍照，盡量排除病蟲害識別的干擾因素，以便提升識別的準(zhǔn)確性。

3.2 手機(jī)APP的安裝和WEB端軟件的應(yīng)用

目前牧草病蟲害防控信息化大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的移動(dòng)端僅支持安卓操作系統(tǒng)的應(yīng)用（圖10）。對安裝其他操作系統(tǒng)的手機(jī)用戶，可以將田間拍攝的照片先保存在手機(jī)，然后利用WEB端的病蟲害診斷功能，實(shí)現(xiàn)病蟲害的智能識別等功能。

? 圖10 移動(dòng)端“云端牧草”APP安裝二維碼

3.3 病蟲害的長期定位觀測

為了對大中型牧草生產(chǎn)企業(yè)的栽培苜蓿草地進(jìn)行長期定位監(jiān)測，為大范圍爆發(fā)的病蟲害應(yīng)急管理提供決策服務(wù)，除牧草病蟲害防控管理系統(tǒng)提供的基于移動(dòng)端的服務(wù)功能外，遙感監(jiān)測與智能管理團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了“全自動(dòng)智能感知監(jiān)測站”（圖11），主要利用高清照相機(jī)及攝像頭、土壤和氣象傳感器，可以輔助實(shí)現(xiàn)對大范圍爆發(fā)的病蟲害進(jìn)行高效動(dòng)態(tài)監(jiān)測，為突發(fā)的嚴(yán)重病蟲害應(yīng)急管理提供決策支持。

? 圖11 全自動(dòng)智能監(jiān)測站

注：文中圖片均由遙感監(jiān)測與智能管理崗位提供