山西省有機(jī)旱作農(nóng)作物病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

尹祥杰，朱艷天，王麗英，王 莉，劉一景，張東霞

（山西省植物保護(hù)植物檢疫中心，山西 太原 030001）

山西省主要糧食作物是玉米、小麥、雜糧、馬鈴薯等[1]，容易受到玉米螟、粘蟲(chóng)、玉米大斑病、小麥蚜蟲(chóng)、紅蜘蛛、馬鈴薯晚疫病等病蟲(chóng)的為害。習(xí)近平總書(shū)記2017 年在山西視察時(shí)指出，有機(jī)旱作是山西農(nóng)業(yè)的一大傳統(tǒng)技術(shù)特色[2]。山西省在準(zhǔn)確把握省情農(nóng)情的基礎(chǔ)上，推廣了秸稈還田、增施有機(jī)肥、選用抗病抗逆品種等技術(shù)，農(nóng)田節(jié)水灌溉工程、旱作良種工程的實(shí)施，改變了傳統(tǒng)種植結(jié)構(gòu)和局部生態(tài)小氣候，使有機(jī)旱作條件下農(nóng)作物病蟲(chóng)害發(fā)生的種類(lèi)、規(guī)律發(fā)生了變化。面對(duì)病蟲(chóng)害多發(fā)、重發(fā)、頻發(fā)的新形勢(shì)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)解決有機(jī)旱作條件下農(nóng)作物病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警中存在的新問(wèn)題，開(kāi)發(fā)建成了山西省有機(jī)旱作農(nóng)作物病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了山西省有機(jī)旱作條件下7 種（類(lèi)）作物41 種病蟲(chóng)害信息的標(biāo)準(zhǔn)化采集、網(wǎng)絡(luò)化傳輸、自動(dòng)化分析、圖形化展示，大大提升了山西省有機(jī)旱作農(nóng)作物病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警信息傳遞效率和公共服務(wù)能力，對(duì)保障糧食安全具有重要的意義。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 建設(shè)目標(biāo)

基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息技術(shù)，依托山西省現(xiàn)有的35個(gè)病蟲(chóng)測(cè)報(bào)站及6個(gè)田間自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)，構(gòu)建以自動(dòng)化、智能化田間監(jiān)測(cè)站點(diǎn)為基礎(chǔ)，省級(jí)和縣級(jí)上下相通、橫向互聯(lián)，與山西省有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，提高有機(jī)旱作農(nóng)作物病蟲(chóng)監(jiān)測(cè)預(yù)警工作的規(guī)范性和時(shí)效性。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、系統(tǒng)應(yīng)用層構(gòu)成，并以綜合管理服務(wù)與安全保障體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系為支撐?；A(chǔ)設(shè)施層包括支持各類(lèi)信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)運(yùn)行的軟硬件設(shè)施，及用戶(hù)使用環(huán)境，是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)，包括植保專(zhuān)用設(shè)備、便攜式采集設(shè)備、及網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、視頻通訊設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)據(jù)資源層包括數(shù)據(jù)中心和基礎(chǔ)支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)群，是病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)過(guò)程中形成的數(shù)據(jù)，由歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、原始報(bào)表數(shù)據(jù)庫(kù)、模式報(bào)表數(shù)據(jù)庫(kù)、資料類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)等數(shù)據(jù)庫(kù)組成。應(yīng)用支撐層是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整合、信息共享的關(guān)鍵，是連接數(shù)據(jù)庫(kù)與應(yīng)用系統(tǒng)功能的紐帶，由應(yīng)用組建群、安全組建群、信息化支撐體系、平臺(tái)組建支持、信息資源目錄及交換系統(tǒng)組成。系統(tǒng)應(yīng)用層是直接面向用戶(hù)的應(yīng)用系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)填報(bào)、物聯(lián)網(wǎng)、模型、數(shù)據(jù)整理、知識(shí)庫(kù)、辦公應(yīng)用、系統(tǒng)管理組成。

2 系統(tǒng)模塊及功能介紹

2.1 數(shù)據(jù)管理

2.1.1 數(shù)據(jù)填報(bào)

系統(tǒng)包括了小麥、玉米、馬鈴薯等7 種（類(lèi)）農(nóng)作物41 種病蟲(chóng)害制定的原始記錄表、模式報(bào)表、周報(bào)表、年度統(tǒng)計(jì)表共102張，結(jié)合有機(jī)旱作條件下作物生態(tài)布局與病蟲(chóng)發(fā)生規(guī)律，通過(guò)求和、算數(shù)平均值、加權(quán)平均值、取最值、病情指數(shù)等算法自動(dòng)計(jì)算。簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)上報(bào)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的網(wǎng)上填報(bào)和表內(nèi)、表間的數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算，提高了工作效率。

2.1.2 數(shù)據(jù)查詢(xún)及審核

數(shù)據(jù)查詢(xún)功能支持各級(jí)用戶(hù)對(duì)已經(jīng)上報(bào)的任務(wù)進(jìn)行查詢(xún)，可以根據(jù)需要選擇調(diào)查時(shí)間、站點(diǎn)、報(bào)表，靈活掌控顯示數(shù)據(jù)范圍。省級(jí)管理員可以對(duì)下級(jí)上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，若發(fā)現(xiàn)填寫(xiě)錯(cuò)誤的不合理數(shù)據(jù)可以退回，還可以直接修改不合適的上報(bào)數(shù)據(jù)。

2.1.3 數(shù)據(jù)匯總

數(shù)據(jù)匯總功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)已經(jīng)上報(bào)的病蟲(chóng)報(bào)表進(jìn)行匯總，用戶(hù)可以通過(guò)選擇報(bào)表名稱(chēng)、上報(bào)時(shí)間、任務(wù)站點(diǎn)等對(duì)需要匯總的內(nèi)容進(jìn)行按需調(diào)整，匯總指定業(yè)務(wù)報(bào)表、指定時(shí)間、區(qū)間的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。對(duì)顯示的數(shù)據(jù)列進(jìn)行調(diào)整，篩選無(wú)需關(guān)注的字段，把關(guān)注的字段使其顯示在最顯眼的地方，方便瀏覽重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)。通過(guò)此功能，不僅可以羅列顯示重點(diǎn)病蟲(chóng)、重點(diǎn)區(qū)域的病蟲(chóng)數(shù)據(jù)，同時(shí)可以根據(jù)提前設(shè)計(jì)好的匯總公式對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行求和、求平均值計(jì)算，生成符合用戶(hù)實(shí)際需要的匯總數(shù)據(jù)。

2.1.4 報(bào)送評(píng)價(jià)

報(bào)送評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)了查詢(xún)統(tǒng)計(jì)各個(gè)測(cè)報(bào)站的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上報(bào)情況，通過(guò)按站點(diǎn)、報(bào)表統(tǒng)計(jì)對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上報(bào)情況進(jìn)行展示，展示信息包括：測(cè)報(bào)站名稱(chēng)、應(yīng)報(bào)次數(shù)、實(shí)報(bào)次數(shù)、遲報(bào)次數(shù)、漏報(bào)次數(shù)、仍需上報(bào)次數(shù)、應(yīng)報(bào)數(shù)據(jù)項(xiàng)、實(shí)報(bào)數(shù)據(jù)等，直觀地看到各測(cè)報(bào)站任務(wù)上報(bào)率的統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 數(shù)據(jù)分析

2.2.1 多指標(biāo)疊加分析

采用類(lèi)似金融股票的K 線系統(tǒng)，對(duì)病蟲(chóng)害多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行疊加分析，輔助判斷病蟲(chóng)害發(fā)生趨勢(shì)規(guī)律。采用加權(quán)平均值和算術(shù)平均值等多種計(jì)算方式進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，利用多色曲線實(shí)現(xiàn)在同一坐標(biāo)系疊加顯示病蟲(chóng)數(shù)據(jù)最大值、最小值、算術(shù)平均值、加權(quán)平均值等多項(xiàng)指標(biāo)。

2.2.2 地理信息分析

基于地理信息系統(tǒng)（GIS）和地理信息空間數(shù)據(jù)，建立符合山西省有機(jī)旱作條件下農(nóng)作物病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)需求的地圖服務(wù)系統(tǒng)，通過(guò)GIS 圖形化的方式將測(cè)報(bào)站的統(tǒng)計(jì)結(jié)果形象化的展示出來(lái)，便于領(lǐng)導(dǎo)層和相關(guān)業(yè)務(wù)人員更加直觀的了解各地病蟲(chóng)害發(fā)生變化趨勢(shì)。

2.2.3 病蟲(chóng)害專(zhuān)題分析

以農(nóng)作物類(lèi)別、病蟲(chóng)害類(lèi)別、指標(biāo)、數(shù)量、面積、程度和時(shí)間等條件制作成各種類(lèi)型的病蟲(chóng)害專(zhuān)題圖，將病蟲(chóng)害的各種監(jiān)測(cè)信息展現(xiàn)在地圖上；可以基于地圖查詢(xún)監(jiān)測(cè)信息，動(dòng)態(tài)地顯示不同病蟲(chóng)害在區(qū)域上的分布情況，結(jié)合GIS 技術(shù)可以將某一類(lèi)或某幾類(lèi)監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按監(jiān)測(cè)點(diǎn)或區(qū)域形成餅圖、直方圖或顏色漸變圖。系統(tǒng)支持的專(zhuān)題分析形式包括：歷史同期數(shù)據(jù)分析、連續(xù)多期分析、多指標(biāo)對(duì)比分析、同比環(huán)比分析、占比分析，按照用戶(hù)的分析主題，可以將以上的分析形式組合對(duì)病蟲(chóng)害進(jìn)行綜合分析。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)模塊

2.3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理

系統(tǒng)采用統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入標(biāo)準(zhǔn)，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)自動(dòng)化、智能化的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備接入系統(tǒng)，支持對(duì)當(dāng)前監(jiān)測(cè)單位的編號(hào)、名稱(chēng)、簡(jiǎn)稱(chēng)、經(jīng)度、緯度等信息的維護(hù)，用戶(hù)可對(duì)設(shè)備的名稱(chēng)、類(lèi)型、安裝地址、所屬?gòu)S商、廠商設(shè)備編號(hào)等信息進(jìn)行新增和重置，將田間監(jiān)測(cè)點(diǎn)配備的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證和統(tǒng)一管理。

2.3.2 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析

該功能實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的多維度、多形式的分析，通過(guò)時(shí)間、地域等不同維度和類(lèi)型、指標(biāo)、時(shí)間等查詢(xún)條件，以折線圖、地圖的形式完成物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析展示功能。可將各田間監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備及植物生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)控設(shè)備監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)接入，將省內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集中匯聚，搭建準(zhǔn)確、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的省內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心。

2.3.3 采集圖片展示

該功能可將物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，圖像以拍攝的具體時(shí)間命名便于查找，同時(shí)圖片列表顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)名稱(chēng)、設(shè)備名稱(chēng)、采集時(shí)間。點(diǎn)擊列表中任意圖片，系統(tǒng)提供放大鏡功能，便于對(duì)圖像進(jìn)行放大查看，同時(shí)支持監(jiān)測(cè)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)設(shè)備和數(shù)據(jù)日期維度的篩選過(guò)濾。

2.4 系統(tǒng)管理和辦公應(yīng)用

系統(tǒng)管理包括機(jī)構(gòu)管理、用戶(hù)管理、權(quán)限管理、菜單管理等，主要用于對(duì)系統(tǒng)中的機(jī)構(gòu)、用戶(hù)、權(quán)限、任務(wù)等進(jìn)行管理，便于管理系統(tǒng)。辦公應(yīng)用包括文件收發(fā)、通知公告。

2.5 共享知識(shí)庫(kù)

共享知識(shí)庫(kù)通過(guò)提供初始化內(nèi)容，建立一套信息全面、可隨時(shí)豐富、檢索的省級(jí)病蟲(chóng)害知識(shí)庫(kù)。包括病蟲(chóng)發(fā)生特點(diǎn)、規(guī)律、分布和監(jiān)測(cè)、防治、檢疫、農(nóng)藥械等文字及圖像信息。下級(jí)植保機(jī)構(gòu)可上傳、分享病蟲(chóng)知識(shí)，由省級(jí)管理員對(duì)共享知識(shí)進(jìn)行審核并發(fā)布，實(shí)現(xiàn)病蟲(chóng)害知識(shí)的積累與分享。

3 運(yùn)行成效

3.1 提升了工作效力

系統(tǒng)已在全省11 個(gè)市的35 個(gè)病蟲(chóng)測(cè)報(bào)站推廣應(yīng)用，病蟲(chóng)數(shù)據(jù)報(bào)送過(guò)程簡(jiǎn)單、快捷，系統(tǒng)很多數(shù)據(jù)無(wú)需填報(bào)，可以自動(dòng)生成，為測(cè)報(bào)員填寫(xiě)報(bào)表節(jié)省大量工作時(shí)間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)自2020 年1 月正式應(yīng)用至2022 年9 月，共上報(bào)病蟲(chóng)報(bào)表1.8×104份，遷移和補(bǔ)錄病蟲(chóng)報(bào)表約20×104份，物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)150×104條，快速傳輸?shù)牟∠x(chóng)數(shù)據(jù)及時(shí)科學(xué)地指導(dǎo)了病蟲(chóng)害防控工作。

3.2 提升了工作能力

本系統(tǒng)覆蓋了山西省有機(jī)旱作條件下主要農(nóng)作物常見(jiàn)的41種病蟲(chóng)，實(shí)現(xiàn)病蟲(chóng)監(jiān)測(cè)調(diào)查數(shù)據(jù)的采集和分析處理。全省測(cè)報(bào)技術(shù)人員定期通過(guò)調(diào)查采集病蟲(chóng)數(shù)據(jù)及時(shí)通過(guò)本系統(tǒng)上報(bào)，可以利用數(shù)據(jù)分析功能與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，清晰直觀地展示對(duì)比結(jié)果，提升了測(cè)報(bào)員分析病蟲(chóng)發(fā)生規(guī)律、準(zhǔn)確做出預(yù)報(bào)的能力。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行成效顯著

自動(dòng)化、智能化的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，能夠排除人為因素的干擾，準(zhǔn)確地獲得田間病蟲(chóng)害、土壤、氣象等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)不同時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、對(duì)比，形成有效、實(shí)用的趨勢(shì)判斷，讓測(cè)報(bào)員在辦公室就能實(shí)時(shí)掌握田間病蟲(chóng)、氣象等情況。

4 結(jié)語(yǔ)

山西省有機(jī)旱作農(nóng)作物病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的建立，通過(guò)蟲(chóng)情測(cè)報(bào)燈、自動(dòng)孢子捕捉儀等智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，對(duì)有機(jī)旱作條件下農(nóng)作物病蟲(chóng)害的發(fā)生動(dòng)態(tài)進(jìn)行適時(shí)監(jiān)測(cè)，在病蟲(chóng)信息采集標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)分析自動(dòng)化、發(fā)生動(dòng)態(tài)展示圖形化、病蟲(chóng)知識(shí)共享化等方面，發(fā)揮了非常重要的作用。將病蟲(chóng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)、病蟲(chóng)歷史數(shù)據(jù)等情況進(jìn)行綜合分析，作出病蟲(chóng)發(fā)生趨勢(shì)預(yù)報(bào)，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供依據(jù)，為農(nóng)民科學(xué)防控提供指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了山西省有機(jī)旱作農(nóng)作物病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的智能化、信息化，為全省有機(jī)旱作農(nóng)作物病蟲(chóng)害防控決策提供高效率、高質(zhì)量的信息支撐。