用于紅火蟻監(jiān)測的小程序
——紅火蟻云采集

宋偵東陳美云管云許益鐫李慎磊張明亮

(1.廣州瑞豐生物科技有限公司，廣東 廣州 510663；2.華南農(nóng)業(yè)大學紅火蟻研究中心，廣東 廣州 510642；3.深圳市農(nóng)業(yè)科技促進中心，廣東 深圳 518172)

紅火蟻(Solenopsis invictaBuren)是全國農(nóng)林業(yè)植物檢疫對象[1]，也是世界公認的百種最具危險性入侵物種之一，先后入侵了美國、澳大利亞、中國、日本等國家[2]。自2004年入侵我國大陸后，已對我國南方大部分地區(qū)的居民生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物多樣性和公共設施造成較大威脅[3]。紅火蟻的擴散蔓延受自身生物學、適生環(huán)境和社會經(jīng)濟發(fā)展等綜合因素的影響[4]，因此隨著國內(nèi)貿(mào)易的增加，紅火蟻隨苗木和草坪等帶土植物的運輸頻繁地進行遠距離擴散[5,6]。目前，隨著我國生態(tài)、環(huán)境建設快速發(fā)展，攜帶紅火蟻傳播途徑的相關(guān)產(chǎn)業(yè)也迅速發(fā)展[4]，因此準確和快速地對紅火蟻的發(fā)生情況進行監(jiān)測對于其早期根除和區(qū)域防控具有重要意義[1,7]。

傳統(tǒng)的紅火蟻監(jiān)測主要通過目視法調(diào)查蟻丘數(shù)和通過餌劑誘集檢測紅火蟻工蟻數(shù)量[5]。作業(yè)人員需要用紙質(zhì)的表格對紅火蟻數(shù)據(jù)進行記錄，再將紙質(zhì)版數(shù)據(jù)輸入電腦，進行數(shù)據(jù)整理和分析。數(shù)據(jù)分析時，由數(shù)據(jù)錄入人員填寫到電子表格中，并根據(jù)相關(guān)標準，計算出紅火蟻發(fā)生面積、發(fā)生程度，同時需要將紅火蟻活蟻巢定位信息(經(jīng)度和緯度信息)錄入到專業(yè)的地圖軟件，最終形成紅火蟻發(fā)生分布圖。然而這種做法需要耗費大量的人力和物力，并且對于發(fā)生面積計算難度大，且數(shù)據(jù)零散，數(shù)據(jù)的準確性和時效性也難以反映紅火蟻發(fā)生動態(tài)，同時也不便于管理部門監(jiān)督。

針對以上問題，開發(fā)了“紅火蟻云采集”，一款基于位置的服務(Location Based Service,LBS)和移動智能終端的用于紅火蟻數(shù)據(jù)智能采集和分析的微信小程序，該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、便捷、可視化地開展紅火蟻監(jiān)測普查(發(fā)生面積、發(fā)生等級、精準定位、疫情評估)、防控撲殺(防控跟蹤、效果評價、防控監(jiān)理、藥劑溯源)、隨手拍(全民參與、責任分工、防控反饋、紅包獎勵)、宣傳培訓等工作，運用該系統(tǒng)還可開展紅火蟻監(jiān)測和防控的網(wǎng)格化管理，確保紅火蟻監(jiān)測到位、防控到位。

1 材料與方法

1.1 基本原理和主要組成部分

紅火蟻云采集系統(tǒng)通過微信小程序采集數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)被存儲到服務器中，再經(jīng)過大數(shù)據(jù)云計算，數(shù)據(jù)結(jié)果可在紅火蟻云采集微信小程序和網(wǎng)頁端顯示，見圖1。

手機微信小程序同時作為數(shù)據(jù)采集端口和數(shù)據(jù)結(jié)果顯示端口，在整個系統(tǒng)中起到重要作用。由于微信的功能豐富，溝通方式更靈活和智能，微信用戶基數(shù)大，使紅火蟻云采集系統(tǒng)的目標用戶覆蓋更廣泛，而本小程序簡單便捷的設計，使得普通群眾也可以開展紅火蟻的監(jiān)測普查和防控記錄等工作。

圖1 紅火蟻云采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.2 數(shù)據(jù)采集

當用戶進入紅火蟻云采集微信小程序后，小程序會自動記錄用戶的位置信息。開展紅火蟻監(jiān)測任務時，操作者需要選擇調(diào)查的生態(tài)環(huán)境、實地尋找活蟻巢并定位、上傳現(xiàn)場照片。如未能找到活蟻巢，則使用誘集瓶誘集紅火蟻工蟻，并在小程序上填寫每個誘集瓶誘集到的工蟻數(shù)，同時填寫生境等信息。

1.3 數(shù)據(jù)存儲

為了保證數(shù)據(jù)查詢和分析的速度，通過紅火蟻云采集小程序采集的數(shù)據(jù)被存儲到服務器中。為確保各地紅火蟻疫情數(shù)據(jù)的安全性，根據(jù)各地紅火蟻防控部門的需要，還可配置多個獨立的服務器。

1.4 數(shù)據(jù)結(jié)果展示

系統(tǒng)將服務器中的數(shù)據(jù)進行整理、分析，并將數(shù)據(jù)分析結(jié)果在紅火蟻微信小程序端和網(wǎng)頁端進行展示，用戶可以對數(shù)據(jù)結(jié)果進行查看和下載。

小程序端的數(shù)據(jù)結(jié)果展示，讓用戶不受時間和位置限制，可以隨時隨地查看紅火蟻發(fā)生情況和防控情況；網(wǎng)頁端的數(shù)據(jù)結(jié)果則更多的以圖表的形式展現(xiàn)，可以讓用戶更直觀地查看數(shù)據(jù)結(jié)果。系統(tǒng)可以根據(jù)需要對用戶進行權(quán)限設置，使得一些用戶可以查看區(qū)域所有的或者部分紅火蟻數(shù)據(jù)，而一些用戶只能查看自己的數(shù)據(jù)，權(quán)限設置也決定了用戶下載紅火蟻數(shù)據(jù)的數(shù)量和范圍。為確保數(shù)據(jù)的安全性，系統(tǒng)對所有用戶的下載情況都做了記錄。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

參考粵農(nóng)[2013]25號文件對紅火蟻發(fā)生面積計算設置。以活蟻巢外緣10m為半徑，其圓的面積為該發(fā)生點紅火蟻發(fā)生面積。當2個蟻巢外緣距離小于40m時，視為同一個發(fā)生點；當有效蟻巢外緣距離大于等于40m時，視為獨立發(fā)生點[9]。

S=N×π×r2

式中，S為發(fā)生面積；單個蟻巢發(fā)生點r=10m；2個蟻巢外緣距離在40m以內(nèi)的，r為2個蟻巢最外緣距離的1/2；N為發(fā)生點個數(shù)或外緣距離≥40m蟻巢數(shù)。對于較獨立或首次發(fā)現(xiàn)紅火蟻的地區(qū)，N=1，r=100m。

1.6 紅火蟻發(fā)生等級評定方法

參考農(nóng)技植保函[2021]6號文對紅火蟻調(diào)查記錄調(diào)查時間、調(diào)查經(jīng)緯度、環(huán)境類型、蟻巢數(shù)量和發(fā)生等級等設置[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅火蟻為害程度調(diào)查

開展紅火蟻疫情監(jiān)測，明確發(fā)生情況。可用于監(jiān)測人員開展紅火蟻監(jiān)測任務，具有精準定位蟻巢、便捷記錄工蟻數(shù)、一鍵上傳監(jiān)測照片，智能計算發(fā)生面積、科學分析發(fā)生程度、自動生成發(fā)生分布圖、一鍵下載監(jiān)測數(shù)據(jù)等功能；還可組團開展區(qū)域紅火蟻監(jiān)測普查，自動匯總分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，明確區(qū)域紅火蟻發(fā)生情況，見圖2。紅火蟻發(fā)生分布圖中將顯示所有調(diào)查點，并用不同顏色顯示紅火蟻發(fā)生程度，見圖3。

圖2 紅火蟻云采集監(jiān)測普查功能流程圖

圖3 紅火蟻發(fā)生分布圖

業(yè)主和施工單位都可以在手機端和網(wǎng)頁端進行實時查看紅火蟻監(jiān)測作業(yè)，包括作業(yè)人員調(diào)查面積與軌跡、采集的數(shù)據(jù)詳情(位置、上傳的蟻巢和工蟻數(shù)量、現(xiàn)場照片等)，實現(xiàn)業(yè)主對施工單位的實時監(jiān)督監(jiān)管，見圖4。

小程序可以對紅火蟻發(fā)生分布圖進行網(wǎng)格化設置。可將監(jiān)測區(qū)域分割成若干個網(wǎng)格，對于已經(jīng)完成監(jiān)測的網(wǎng)格將顯示紅色。主管部門、施工單位可對火蟻監(jiān)測工作實現(xiàn)更有效監(jiān)管，及時處理漏監(jiān)測區(qū)域，確保監(jiān)測全面、到位；還可根據(jù)不同網(wǎng)格的紅火蟻發(fā)生情況，對網(wǎng)格進行分類管理和科學防控，見圖5。

圖4 監(jiān)測作業(yè)軌跡圖

小程序還可自動對所轄區(qū)域的紅火蟻發(fā)生面積、發(fā)生等級，不同生境發(fā)生等級和面積對比等進行統(tǒng)計與分析，見圖6。

2.2 防控進度記錄

小程序可用于防控人員開展紅火蟻防控作業(yè)，具有真實記錄防控作業(yè)軌跡、實時記錄藥劑使用情況、一鍵上傳防控作業(yè)照片、一鍵下載防控作業(yè)數(shù)據(jù)等功能，可用于管理部門監(jiān)督紅火蟻防控工作的實施情況，見圖7。

圖5 紅火蟻監(jiān)測網(wǎng)格化展示

圖6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果

圖7 紅火蟻云采集防控記錄功能流程圖

開展防控施藥時，作業(yè)人員只需打開紅火蟻云采集，系統(tǒng)會自動定位防控位置，生成防控地圖，記錄防控軌跡，作業(yè)人員錄入的防控面積、使用藥劑數(shù)量、滅殺蟻巢數(shù)量、現(xiàn)場防控照片等防控詳細信息，系統(tǒng)會自動保存，見圖8。

圖8 防控點與防控作業(yè)軌跡圖

可以對防控地圖進行網(wǎng)格化設置。可將防控區(qū)域分割成若干個網(wǎng)格，已經(jīng)防控的網(wǎng)格將顯示藍色，主管部門、施工單位可對紅火蟻防控工作實現(xiàn)更有效監(jiān)管，及時處理漏防控區(qū)域，確保防控全面、到位，見圖9。

防控數(shù)據(jù)可被自動匯總分析，明確防控情況。管理部門可明確防控總面積、人員投入、藥劑投入等請情況，見圖10。

圖9 防控地圖網(wǎng)格化展示

圖10 防控情況自動匯總分析圖

管理部門可以進一步線上查看所有防控數(shù)據(jù)詳情和照片，對防控用藥是否規(guī)范、防控技術(shù)是否科學、防控范圍是否全面進行遠程、實時監(jiān)督，見圖11。

2.3 第三方監(jiān)理監(jiān)督功能

為確保紅火蟻防控效果，紅火蟻管理部門通常會邀請專業(yè)、權(quán)威的機構(gòu)對防控實施單位的防控作業(yè)和防控效果進行監(jiān)督監(jiān)理。紅火蟻云采集系統(tǒng)可用于監(jiān)理單位對紅火蟻項目的全程監(jiān)理，系統(tǒng)可真實記錄項目監(jiān)理方作業(yè)軌跡、上傳監(jiān)理照片、線上查看防控單位作業(yè)情況、監(jiān)理評價、下載項目數(shù)據(jù)。實現(xiàn)線上監(jiān)督監(jiān)理、線下跟蹤監(jiān)測，使項目監(jiān)理高效又全面，見圖12。

圖11 防控作業(yè)詳情展示

監(jiān)理單位可以通過紅火蟻云采集系統(tǒng)查看防控單位的防控信息，對防控方進行線上、遠程監(jiān)督和監(jiān)理，評價防控方防控技術(shù)、防控方法、防控面積、防控區(qū)域等是否合規(guī)或者符合合同要求。監(jiān)理單位可以通過紅火蟻云采集系統(tǒng)小程序，對防控區(qū)域的防效進行線下調(diào)查，在防控區(qū)域設置調(diào)查點，定位活蟻巢、記錄誘集到的工蟻數(shù)，系統(tǒng)會自動計算防控區(qū)域的紅火蟻發(fā)生等級，依次判斷防控單位的防控效果。監(jiān)理單位可以通過紅火蟻云采集系統(tǒng)小程序，提交監(jiān)理評價，包括藥劑評價、作業(yè)評價和總體評價，評價內(nèi)容會及時反饋到防控單位和管理單位，便于防控單位改進和管理單位監(jiān)督，見圖13。

圖12 紅火蟻云采集跟蹤監(jiān)理功能流程圖

另外，管理單位可通過監(jiān)理單位上傳的照片、監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測軌跡，遠程監(jiān)督監(jiān)理單位的工作。

圖13 監(jiān)督監(jiān)理評價圖

2.4 隨手拍功能

紅火蟻云采集的隨手拍功能可讓普通民眾參與檢測紅火蟻，群眾拍攝紅火蟻活蟻巢照片并上傳提交，系統(tǒng)會自動定位蟻巢位置，主管單位可根據(jù)蟻巢所處生境分配防控任務到責任單位(如林業(yè)局、教育局、水利局等)，責任單位組織開展紅火蟻防控工作，防控作業(yè)經(jīng)主管部門審核后，將向群眾反饋，如圖14、圖15。

圖14 紅火蟻隨手拍功能流程圖

圖15 隨手拍作業(yè)詳情圖

2.5 紅火蟻云課堂云培訓功能

加強紅火蟻培訓工作，宣傳、培訓紅火蟻防控技術(shù)，提高防控隊伍紅火蟻防控技術(shù)水平，是開展紅火蟻防控必不可少的工作。

紅火蟻云采集廣泛收集優(yōu)秀的防控技術(shù)視頻，制作成紅火蟻專業(yè)的培訓視頻，開放視頻播放端口(紅火蟻云課堂)，為廣大紅火蟻防控人員提供學習平臺。同時，可以用紅火蟻云培訓功能，記錄紅火蟻培訓信息，統(tǒng)計區(qū)域紅火蟻培訓場次、培訓人次。

圖16 紅火蟻云課程云培訓

2.6 應用情況

目前紅火蟻云采集系統(tǒng)在我國多個省份(廣東、廣西、湖南、湖北、云南、貴州、四川、重慶、浙江、福建、海南、江西)均有使用，其中廣東省作為最早發(fā)現(xiàn)紅火蟻的省份，已全面推廣使用紅火蟻云采集系統(tǒng)，并將紅火蟻云采集作為省級紅火蟻防控策略進行實施，見圖17。

3 討論

近年來，基于LBS應用的發(fā)展和移動智能終端的普及應用，為實時、精準的時空數(shù)據(jù)采集提供了規(guī)范化、標準化的解決方案[11]。“紅火蟻云采集”是一款基于LBS和智能終端定位、圖像采集、數(shù)據(jù)存儲與傳輸?shù)裙δ艿挠糜诩t火蟻數(shù)據(jù)智能采集和分析的微信小程序，該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、便捷、可視化地展示紅火蟻監(jiān)測普查(發(fā)生面積、發(fā)生等級、精準定位、疫情評估)、防控撲殺(防控跟蹤、效果評價、防控監(jiān)理、藥劑溯源)、隨手拍(全民參與、責任分工、防控反饋)等任務，運用該系統(tǒng)還可開展紅火蟻監(jiān)測和防控的網(wǎng)格化管理，確保紅火蟻監(jiān)測到位、防控到位。該系統(tǒng)通過標準化表單實現(xiàn)了數(shù)據(jù)調(diào)查的標準化，提高了數(shù)據(jù)的準確性、系統(tǒng)性，能準確反映出紅火蟻發(fā)生區(qū)的真實情況，便于數(shù)據(jù)的進一步分析，準確反映紅火蟻發(fā)生動態(tài)的時效性，為政府管理部門防控決策提供詳實的數(shù)據(jù)參考。小程序目前已在廣東、云南等12個省份被應用，為我國紅火蟻防控工作發(fā)揮重要的作用。

圖17 云采集在廣東省的使用情況

微信是中國最受歡迎的社交媒體應用，由騰訊開發(fā)。自2011年推出以來，微信在全球擁有超過10億活躍用戶。由于小程序更容易訪問，所以更容易普及和使用[12]。因此，公眾可以使用“紅火蟻云采集”報告其發(fā)現(xiàn)的任何地方的火蟻。此外，系統(tǒng)建立了嚴格的功能權(quán)限和分級管理，既能確保政府管理部門對轄區(qū)紅火蟻發(fā)生、防治等信息進行管理，又保證數(shù)據(jù)安全。

“紅火蟻云采集”小程序已在紅火蟻的防控中被廣泛應用，大大提升了工作效率。在實際工作中也發(fā)現(xiàn)小程序存在一些有待改進和提升的空間，如在部分偏遠的紅火蟻發(fā)生區(qū)域，由于網(wǎng)絡信號差，導致紅火蟻蟻巢定位的精度下降；對于年齡偏大的防控人員使用智能軟件存在一定難度，未能將小程序的功能最大化。因此，今后擬對小程序不斷升級改進，完善功能，優(yōu)化流程，使之在紅火蟻的監(jiān)測與防治中發(fā)揮更大作用。