基于無人機監控農林白娥的研發與應用

摘 要：當前無人機技術快速發展，在農林領域逐步應用，美國白蛾因為其具有繁殖能力強、防治難度大等各方面的特點，嚴重危害森林植物。隨著全球一體化的迅速來臨，美國白蛾進入我國的渠道和途徑也越來越多。因此，該害蟲也成為我國重點檢疫防治對象。但是人工效率和防治效果容易受地形和天氣的等影響，所以可運用無人機空間分辨率以及機動靈活的特點來獲取美國白蛾的信息，再及時利用無人機進行誘殺和捕殺，減少其對農林的危害。

關鍵詞：無人機;農林;監控;白蛾

0? 引言

美國白蛾 Hyphantria cunea （Drury） 是一種原產于北美地區的世界檢疫性害蟲，美國白蛾作為一種鱗翅目、燈蛾科植食性害蟲，因為其具有繁殖能力強、防治難度大等各方面的特點，已經被世界多個國家列為了重點檢疫防治的對象。該害蟲同樣也為我國森林植物檢疫的重點之一。目前已在我國13個省598個縣級行政區發生，對我國生態安全構成嚴重威脅。主要危害果樹、行道樹和觀賞樹木，尤其以闊葉樹為重。對林木造成嚴重的危害，已被列入我國首批外來入侵物種。

植保無人機具有靈活多變、高效安全等特點，如今在防治病蟲害上被廣泛運用。因此，可利用無人機對林區內的樹木進行監控巡查，然后再利用無人機進行誘捕和消滅。基于此，本文對無人機應用于防治美國白蛾蟲害的優勢及目前應用中存在的問題加以分析，以此提出相關改進措施，從而確保無人機可以更好地應用于農林病蟲害防治中，提高對美國白蛾的防治水平。本文將簡述基于無人機監控農林白蛾的研發和應用，從利用無人機林間監控、噴施性誘劑、無人機噴灑化學藥劑、釋放天敵四個方面對白蛾的檢疫防治進行分析，提出強化績效管理、實施精準防治和推進依法防治、綠色防治、社會化防治等對策建議。

無人機由于可以飛的較高，因此具有效率高、范圍廣、識別定位準確、組織實施靈活等優點，尤其適合對交通不便的林區開展監測活動，是對人工地面接測的重要補充。與此同時，無人機還可以清晰地記錄下整個林區的概況，有效解決了人工監測難度大、踏查耗時多等問題，真正實現調查監測工作全面覆蓋。因此，探索采用無人機數據采集、AI識別[1]、地理信息系統[2]等技術監測森林蟲害勢在必行。引入AI識別技術，無人機能在大量的森林照片中自動識別出得病林木，極大地提高了白蛾蟲病監測精度效率;無人機采集到的地理信息，還可以結合林地的三維實景模型，將每棵病樹都定位到三維地圖上，形成最直觀的三維病樹分布圖，為后續林區管理、精準評估防治工作量、除治工作實施提供數據支持和保障。

1. 林間監控和避障

無人機機體型較小但功能強大，利用無人機機動靈活、飛行快速、分辨率高、適用范圍廣等優點，再采用智能操控，操控手通過地面遙控器及GPS定位對其實施控制，利用無人機空間分辨率以及機動靈活的特點來獲取白蛾的信息。林區范圍較廣、地理復雜，有很多人工不能探查到的地方。因此，由無人機搭載高清攝像頭，在每年5月下旬至七月下旬和八月上旬至11月中旬這段時間內，對所轄地區進行巡查，定時定點重點檢查桑樹、桃木、臭椿、榆樹等樹木，做到早發現早防治。如果有幼蟲危害，利用無人機對所轄區域害蟲重災區周圍反復巡查，及時防治。如果無人機監控到幼蟲和幼蟲所結網群，將圖片反饋到平臺，根據幼蟲不同時期采取不同的方案進行處理。

無人機在飛行過程中難免受環境影響，不能按照預定的航線。還有遇到過高的樹木、小鳥的巢穴等不確定因素。為了避免無人機碰撞引發墜機或損壞線路的現象，利用多元化傳感器[3]幫助無人機感知障礙物，然后調整飛行姿態和路徑是目前研究的重點

無人機自主飛行的前提和核心條件是自動避障。因此，安裝在無人機平臺上的多個傳感器可以幫助無人機收集自身和周圍環境的信息，從而做出正確的判斷，在緊急情況下自動避障，避障后自動調整原路線。首先，將直線障礙物分為靜態和動態兩類。靜態避障相對簡單，動態避障，需要在靜態避障的基礎上預測障礙物的運動軌跡，同時作出等待或繞行的決策。[4]目前可用于無人機避障的傳感器數不勝數，紅外傳感器通過物體表面溫度感知物體，但巡線時障礙物多數為沒有生命體征的物體，所以紅外傳感器不適合。可見光傳感器可以獲得物體照片，但是無法判斷距離和位置，所以也不適合避障應用。經過分析，認為應該采用質量輕、體積小、成本低的超聲波傳感器、激光傳感器和GPS傳感器。超聲波傳感器能發出超聲波，當碰到物體時聲波返回，根據波速和時間可以計算物體距離是否在安全區。激光傳感器工作原理類似，只是發出的是激光。GPS可以定位位置信息，技術相當成熟，在國內外各個領域應用廣泛。

2. 藥劑防治

噴灑農藥是林業病蟲害防治中的通行措施之一，以往人工作業效率及防治效果容易受交通和地形地貌等影響。無人機具有工作效率高、省時省力、節約成本、安全性高等優點，可實現周年全程自動化作業，在林業病蟲害防治中具有顯著的應用優勢和前景。

在害蟲發生初期，利用化學藥劑噴藥防治，運用無人機搭載林蟲凈稀釋 800-1000 倍液噴霧防治或者使用根施產品-根除凈，對蟲害樹木進行噴灑，是人工作業效率的幾十倍。

而且無人機旋翼產生向下的巨大旋力，推動藥劑物滴對作物從上到下進行穿透，有利于藥劑霧滴均勻散落于林木的各個部位，做到藥物噴灑精準到位，噴灑效果更好。在藥劑噴灑過程中，無人機采取自動障礙規避及自動巡航報警的新型技術，當藥劑用完后，無人機會自動巡航回到初始位置，由工作人員添加藥劑后，根據返航時的定位，回到之前噴灑地區繼續噴灑，不會造成重復噴灑，大量節約藥劑成本、人工成本。

3. 引誘捕殺

采用性誘劑或環保型昆蟲趨性誘殺器誘殺成蟲，只針對目標昆蟲白蛾。在成蟲發生期，把誘芯放入誘捕器內，將誘捕器搭載在無人機上，利用無人機靈活的特點和避障系統，穿梭于林中和空中，直接誘殺雄成蟲，阻斷害蟲交尾，降低繁殖率，達到消滅害蟲的目的。

4. 生物防治

美國白蛾幼蟲前期，因幼蟲在所出生的葉子上裹上了網，所以化學藥劑可能作用不大。但是，由中國林科院楊忠歧研究員主持，從上世紀90年代開始，從生物控制的角度出發，系統地調查了美國白蛾寄生性天敵，從其卵幼蟲和蛹中飼養出了多種天敵。經過篩選，發現了一種寄生率高、出蜂量大、能有效控制美國白蛾的蛹寄生蜂-白蛾周氏嚙小蜂。周氏嚙小蜂是新發現的物種，原產中國，卻成為美國白蛾的天敵。因此，可利用周氏嚙小蜂，以無人機搭載產卵器，將產卵器刺入美國白蛾蟲蛹內，有效控制白蛾數量。或者在無人機上，設置一個類似于蜂巢的容器，將培育好的成年周氏嚙小蜂放養其中，通過監測到白蛾蟲害的重災區的數據分析，無人機采取自動障礙規避及自動巡航報警的技術，自動尋找白蛾聚集地，將周氏嚙小蜂放出，小蜂就可以找到在各種隱蔽場所化蛹的美國白蛾，產卵寄生于美國白蛾體內。這種生物防治保護生態環境，不殺傷天敵，是防治美國白蛾的先進技術。

5. 實施思路

5.1. 由監控人員控制電腦進行飛行前準備。在電腦上通過谷歌影像劃定航拍區域，檢查航拍區域內地形起伏和林木的情況，提前避開無人機飛行過程中可能撞擊的地方。

5.2. 利用無人機航拍技術，可從獲取的高分辨率影像中，精確定位農作物和森林樹木的具體情況，例如植物的生長情況、蟲害等等。將發現美國白蛾等蟲害的圖片反饋到電腦上，然后采取相應措施。

5.3. 美國白蛾幼蟲和成蟲期間，無人機搭載化學藥劑噴灑系統，進行噴霧防治。

5.4. 美國白蛾成蟲期間，無人機搭載誘捕器，對林間成蟲進行誘捕。

5.5. 無人機搭載產卵器，將天敵的卵注入美國白蛾的蟲蛹中;或者搭載模擬蜂巢，將周氏嚙小蜂放出于白蛾嚴重的地區，讓周氏嚙小蜂產卵于白蛾蛹內。

5.6. 觀察一段時間，根據系統反饋的信息進行下一步調整，適時對無人機下達指令，使人機配合緊密。

預期效果? ? ?無人機通過空間分辨率以及機動靈活的特點來獲取植物光譜信息，用來監督蟲害情況，預估害蟲數量，監督植物病蟲害等問題。將來也可以運用無人機代替人工進行作物播種、施肥施藥，代替人工進行林間巡查。同時操作者與無人機緊密配合，減少蟲害傳播，保護生態環境。

結語

以上方法和思路全部借助于無人機進行操作，三種方法幾乎滿足于美國白蛾從幼蟲期到成蟲期的全部時期。該思路和方法有利于加快實現美國白蛾防治技術的大規模應用，促進美國白蛾統防統治工作的開展。

參考文獻：

[1][2]浙江農歷大學研發團隊用無人機檢測松材線蟲病，真正實現了疫情監控全面覆蓋。

[3]包志鵬，李梓菲，李梓璐，基于FNN的電力無人機避障方案設計.

[4]郭劍東，王康，李志宇.基于凸面體圓弧航路的無人機自主避障算法[J/OL].控制與決策（2019-09-29）[2020-02-20]

作者簡介：

魏鵬飛（1999-）漢族，山西大同人，本科，學生。