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文│梁天剛 馮琦勝 智慧草業(yè)技術是現(xiàn)代牧草產業(yè)高質量發(fā)展的重要抓手。目前我國牧草產業(yè)信息化程度低，尚需要從國家政策、技術研發(fā)、推廣示范等多方面全力推進。病蟲害是導致牧草產量降低、品質下降的重要因素，病蟲害實時監(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)，動態(tài)監(jiān)測頻度和識別的準確性，是擬定正確的綜合防治對策，經濟有效地降低病蟲害危害的技術關鍵，對牧草生產精細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)的采集精度和時效性，國家牧草產業(yè)技術體系遙感監(jiān)測與智能管理崗位團隊聯(lián)合牧草病害等相關崗站專家，利用機器學習等信息技術方法研發(fā)了牧草病蟲害防控信息化大數(shù)據(jù)管理平臺和APP產品，以期為體系試驗站和牧草企業(yè)生產基地栽培草地病蟲害防治和預警提供數(shù)字化、網絡化、自動化動態(tài)監(jiān)測和智能分析服務。 1. 技術要點 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隊研發(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）的一個子系統(tǒng)（圖1），由智能手機等移動設備、云服務器、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、田間調查監(jiān)測數(shù)據(jù)上報、專家在線鑒定等服務功能的專用系統(tǒng)。 該系統(tǒng)采用人工智能領域的深度學習方法，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APP和照相功能，就可實現(xiàn)田間栽培苜蓿病蟲害檢測和相關照片及屬性數(shù)據(jù)的上報，鑒定專家使用WEB端軟件可以實現(xiàn)遠程診斷及病蟲害防控等方面的技術指導服務。 
? 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、高清照相機等移動設備，可實現(xiàn)苜蓿病害智能診斷、基于樣方法和樣線法的病害調查監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、上報及匯總、病害防控知識查詢檢索等功能，病害專家可以遠程提供在線服務（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)調查監(jiān)測數(shù)據(jù)上報界面目前該模塊有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目標檢測算法構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75.3%。 2.2 牧草害蟲識別與分析 用戶注冊登錄后，可實現(xiàn)害蟲智能診斷、基于樣方法、樣線法、深土層陷阱收集法、標準株/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查監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、上報及匯總、害蟲防控知識查詢檢索，蟲害專家可以提供遠程在線指導服務（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)調查監(jiān)測數(shù)據(jù)上報界面
? 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目標檢測算法構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98.8%。 3. 牧草病蟲害防控管理系統(tǒng)應用技術支持 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)時間長等特點，為了充分結合從事牧草生產的企業(yè)及合作社和病蟲害專家各自的優(yōu)勢，高效服務田間管理，在該系統(tǒng)應用過程，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。當某一種病害或害蟲照片拍攝不清晰時，會導致圖像分辨率低，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行拍照，否則如幾種病害特征相近時，會顯著增加病害識別的難度；害蟲具有快速移動、不同生長階段形態(tài)差異大等特點，拍照時需要注意將手機照相機調為連拍模式，在短時間內可快速多次成像，以便用戶選擇清晰度好的照片進行保存和診斷，避免采用虛化的照片進行識別時產生診斷錯誤等問題。尤其是一張照片上存在多種病害或害蟲時，最好針對單一病害或害蟲進行拍照，盡量排除病蟲害識別的干擾因素，以便提升識別的準確性。 3.2 手機APP的安裝和WEB端軟件的應用 目前牧草病蟲害防控信息化大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的移動端僅支持安卓操作系統(tǒng)的應用（圖10）。對安裝其他操作系統(tǒng)的手機用戶，可以將田間拍攝的照片先保存在手機，然后利用WEB端的病蟲害診斷功能，實現(xiàn)病蟲害的智能識別等功能。 
? 圖10 移動端“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企業(yè)的栽培苜蓿草地進行長期定位監(jiān)測，為大范圍爆發(fā)的病蟲害應急管理提供決策服務，除牧草病蟲害防控管理系統(tǒng)提供的基于移動端的服務功能外，遙感監(jiān)測與智能管理團隊還研發(fā)了“全自動智能感知監(jiān)測站”（圖11），主要利用高清照相機及攝像頭、土壤和氣象傳感器，可以輔助實現(xiàn)對大范圍爆發(fā)的病蟲害進行高效動態(tài)監(jiān)測，為突發(fā)的嚴重病蟲害應急管理提供決策支持。 
? 圖11 全自動智能監(jiān)測站注：文中圖片均由遙感監(jiān)測與智能管理崗位提供
牧草病蟲害智能防控及監(jiān)測管理技術的應用
「國家牧草產業(yè)技術體系」興畜牧業(yè)，念草牧經！推動產學研結合、促進產業(yè)發(fā)展的牧草全產業(yè)鏈信息交流平臺。
? 圖1 “牧草云”平臺WEB端登錄界面? 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)調查監(jiān)測數(shù)據(jù)上報界面? 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)調查監(jiān)測數(shù)據(jù)上報界面? 圖9 牧草害蟲知識庫查詢檢索界面? 圖10 移動端“云端牧草”APP安裝二維碼? 圖11 全自動智能監(jiān)測站閱讀
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