信息技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中的應(yīng)用現(xiàn)狀與分析

作者簡介：何健璇（1997—），男，碩士，研究方向：農(nóng)業(yè)信息化。

摘 要：蟲害是影響水稻產(chǎn)量的重要因素。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，將信息技術(shù)用于預(yù)測水稻蟲害，可及時準(zhǔn)確地預(yù)測水稻蟲害的發(fā)生趨勢，對制訂害蟲防治策略、減少害蟲造成的損失具有重要意義。為了給信息技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中的發(fā)展提供參考與建議，綜述傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)和無人機(jī)技術(shù)等在水稻蟲害預(yù)測中的發(fā)展現(xiàn)狀，并分析信息技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中面臨的挑戰(zhàn)與問題。

關(guān)鍵詞：水稻害蟲；信息技術(shù)；蟲害預(yù)測

中圖分類號：S435.12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-7909（2024）1-150-4

DOI：10.19345/j.cnki.xckj.1674-7909.2024.01.037

0 引言

水稻是全球最主要的糧食作物之一。長期以來，蟲害一直是制約水稻生產(chǎn)的重要因素［1］。為了提高水稻的產(chǎn)量和質(zhì)量，相關(guān)科研人員將信息技術(shù)逐漸應(yīng)用于水稻生產(chǎn)中，從而為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供保障。

傳統(tǒng)的水稻蟲害預(yù)測主要基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗、氣象觀測結(jié)果和定期進(jìn)行田間調(diào)查［2］。農(nóng)民通常根據(jù)長期的生產(chǎn)經(jīng)驗，通過觀察植株的生長狀況、害蟲的發(fā)生情況等，判斷害蟲對水稻生長可能造成的危害。其中，氣象條件觀測法是通過監(jiān)測溫度、濕度、降水等氣象因素來推測害蟲的活動情況，定期田間調(diào)查法是農(nóng)業(yè)技術(shù)人員通過實地走訪來記錄害蟲種類和分布情況。此外，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員還可利用誘捕器具來吸引和捕獲害蟲，通過統(tǒng)計捕獲的害蟲數(shù)量來初步了解害蟲活動情況。傳統(tǒng)水稻蟲害預(yù)測法受限于數(shù)據(jù)處理能力，需要用到大量人力，已無法適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需要。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，研究人員將信息技術(shù)逐漸應(yīng)用于水稻蟲害預(yù)測。

信息技術(shù)為水稻蟲害預(yù)測提供了新的手段和途徑［3］。利用傳感器技術(shù)可實時監(jiān)測土壤溫濕度和氣象條件［4］，為判斷害蟲繁殖情況提供科學(xué)依據(jù)；利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可建立害蟲生態(tài)模型［5］，實現(xiàn)對蟲害的精準(zhǔn)預(yù)測；利用人工智能圖像識別技術(shù)可實現(xiàn)對害蟲的自動監(jiān)測［6］，提高監(jiān)測效率；利用無人機(jī)技術(shù)可實現(xiàn)對農(nóng)田的高效監(jiān)測［7］，同時為害蟲防治提供更為便捷的手段。然而，信息技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中的應(yīng)用也面臨一系列挑戰(zhàn)，包括數(shù)據(jù)隱私與安全問題、農(nóng)民信息化素質(zhì)不足、技術(shù)整合與系統(tǒng)互通不足等。為了解決這些問題，需要強(qiáng)化數(shù)據(jù)隱私保護(hù)措施、提高農(nóng)民信息化素質(zhì)、加強(qiáng)技術(shù)整合與標(biāo)準(zhǔn)制定，并拓展新型技術(shù)的應(yīng)用。

1 信息技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中的應(yīng)用

1.1 傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中的作用極為重要。在農(nóng)田中布設(shè)各類傳感器，可實時監(jiān)測土壤溫濕度、氣象條件等環(huán)境參數(shù)，并生成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)集，為水稻蟲害預(yù)測提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。傳感器技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使農(nóng)民能更加精準(zhǔn)地了解農(nóng)田環(huán)境，并及時采取相應(yīng)措施，從而提高水稻產(chǎn)量。

各類土壤指標(biāo)監(jiān)測傳感器可實時監(jiān)測土壤的溫度、濕度、pH值等關(guān)鍵參數(shù)［8］，這些信息對了解害蟲的滋生環(huán)境及其活動規(guī)律起到至關(guān)重要的作用。不同害蟲對土壤濕度和溫度的要求不同，而土壤傳感器采集到的數(shù)據(jù)能幫助農(nóng)民判斷害蟲何時有可能會成為問題［9］。氣象類傳感器用于采集大氣溫濕度、風(fēng)速、降水等氣象數(shù)據(jù)，而這些氣象要素會直接影響害蟲的生命周期、繁殖速率和活動范圍［10］。技術(shù)人員可利用氣象傳感器采集到的數(shù)據(jù)來預(yù)測害蟲的變化情況，并提前采取相應(yīng)的防治措施。圖像類傳感器（如攝像頭）可用于實時監(jiān)測農(nóng)田情況，利用圖像識別技術(shù)可自動識別和監(jiān)測水稻田中的害蟲［11］。這種實時監(jiān)測方式具有高效性和及時性，能幫助農(nóng)民更快發(fā)現(xiàn)蟲害問題，并采取相應(yīng)的控制措施。

傳感器技術(shù)的應(yīng)用使水稻蟲害預(yù)測更加精準(zhǔn)和及時，不僅可提高農(nóng)民對農(nóng)田狀況的實時掌控能力，有助于從被動防治向主動管理轉(zhuǎn)變，還可減少對化學(xué)農(nóng)藥的依賴，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1.2 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

大數(shù)據(jù)分析是信息技術(shù)中的一項重要技術(shù)，通過對收集的大量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立害蟲的生態(tài)模型，并將其用來對蟲害發(fā)生趨勢進(jìn)行預(yù)測。

決策支持系統(tǒng)是大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的一個應(yīng)用領(lǐng)域。通過數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)，決策支持系統(tǒng)能深度分析各種因素對害蟲活動的影響，并為農(nóng)民提供個性化防治建議［12］。決策支持系統(tǒng)可隨實時更新數(shù)據(jù)，能提高害蟲防治決策的準(zhǔn)確性和實效性。決策支持系統(tǒng)可利用歷史數(shù)據(jù)深入分析不同季節(jié)和氣象條件下害蟲的活動規(guī)律，從而預(yù)測害蟲發(fā)展趨勢，幫助農(nóng)民在生產(chǎn)計劃中更好地考慮害蟲因素，并采取預(yù)防性控制措施，降低對化學(xué)農(nóng)藥的依賴。

綜上所述，大數(shù)據(jù)分析可基于全面科學(xué)的數(shù)據(jù)分析和趨勢預(yù)測，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員提供更準(zhǔn)確的害蟲生態(tài)信息，從而幫助農(nóng)民做出更明智、高效的防治決策。這種方法不僅有助于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，還能降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境造成的影響，推動農(nóng)業(yè)向可持續(xù)方向發(fā)展。

1.3 人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)的發(fā)展為水稻蟲害預(yù)測帶來新的可能。生產(chǎn)人員通過在農(nóng)田中安裝攝像頭或應(yīng)用遙感技術(shù)，能獲取大量的圖像數(shù)據(jù)，再結(jié)合人工智能中的圖像識別技術(shù)［13］，可實現(xiàn)對害蟲的自動識別和監(jiān)測。采用這種方法不僅能提高對害蟲的監(jiān)測效率，還能降低對人力的依賴，可使農(nóng)民及時采取防治措施。這種非侵入的監(jiān)測方式不僅能提供實時數(shù)據(jù)，還能減少對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)造成的破壞。人工智能可通過整合大量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)（包括氣象、土壤、作物生長情況等）［14］，構(gòu)建出綜合性蟲害預(yù)測模型；通過數(shù)據(jù)分析來識別害蟲，并預(yù)測出害蟲的遷徙和繁殖趨勢。基于人工智能的決策支持系統(tǒng)能結(jié)合實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和害蟲生態(tài)模型［15］，為農(nóng)民提供智能化防治建議。該系統(tǒng)能通過機(jī)器學(xué)習(xí)不斷優(yōu)化蟲害預(yù)測模型，并根據(jù)不同地區(qū)、不同環(huán)境條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，使模型具有更高的準(zhǔn)確性和普適性，從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性。。

人工智能技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了蟲害預(yù)測的準(zhǔn)確性和效率，還為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了智能化、可持續(xù)的管理手段，有望推動農(nóng)業(yè)向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。

1.4 無人機(jī)技術(shù)

無人機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是對水稻蟲害的預(yù)測。無人機(jī)通過配備的高分辨率數(shù)碼相機(jī)，能快速獲取大范圍的農(nóng)田圖像，記錄植被狀況、土壤特征等關(guān)鍵信息，從而為蟲害預(yù)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)［16］。紅外熱成像技術(shù)是通過探測植物熱點來揭示害蟲的危害過程，幫助農(nóng)民在早期發(fā)現(xiàn)受害植株。光譜傳感器通過多波段光譜分析來識別植物受害蟲損害的程度，從而提前發(fā)現(xiàn)異常區(qū)域。無人機(jī)可實現(xiàn)實時監(jiān)測和定位，能在飛行過程中實時獲取農(nóng)田數(shù)據(jù)，包括植物病害和蟲害發(fā)生情況。這種實時監(jiān)測有助于農(nóng)民及時采取防治措施，從而減輕害蟲對作物的損害。通過路徑規(guī)劃算法來實現(xiàn)智能飛行，無人機(jī)能更高效地覆蓋整個農(nóng)田，提高數(shù)據(jù)采集的速度和全面性。此外，無人機(jī)采集的光譜、紅外和多光譜傳感器數(shù)據(jù)還可用于構(gòu)建三維農(nóng)田模型，幫助生產(chǎn)者深入了解農(nóng)田地勢和植被分布情況，為害蟲棲息地的分析提供更全面的視角。

綜上所述，無人機(jī)技術(shù)通過高效、實時的農(nóng)田監(jiān)測，可實現(xiàn)對農(nóng)田害蟲的快速定位和準(zhǔn)確識別，提高對蟲害預(yù)測的準(zhǔn)確性和時效性，并提供及時的決策支持。

2 信息技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)與問題

2.1 農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)隱私泄露與信息安全

隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生的大量的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)需要收集和存儲。傳感器、無人機(jī)及其他信息采集設(shè)備會收集大量與農(nóng)田狀況有關(guān)的數(shù)據(jù)，包括農(nóng)民個體的種植策略、土地使用情況等敏感信息。這些數(shù)據(jù)一旦泄露，可能會產(chǎn)生不正當(dāng)?shù)母偁幮袨椋踔翆r(nóng)民個人隱私安全造成威脅［17］。此外，在信息技術(shù)應(yīng)用過程中，通常需要通過網(wǎng)絡(luò)將農(nóng)田數(shù)據(jù)傳輸至云端或其他數(shù)據(jù)處理平臺。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，存在數(shù)據(jù)被黑客竊取的風(fēng)險，會導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)策略、農(nóng)田狀況等敏感信息泄露。為了實現(xiàn)更全面的蟲害預(yù)測，需要整合多源農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，包括土壤、氣象、植被等信息。在整合這些數(shù)據(jù)過程中，應(yīng)確保數(shù)據(jù)的完整性和安全性，防止其被篡改或濫用［18］。農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)通常涉及多個技術(shù)供應(yīng)商，這些供應(yīng)商可能在數(shù)據(jù)處理和存儲過程中有一定的控制權(quán)，而確保這些供應(yīng)商有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)安全措施及清晰的數(shù)據(jù)使用政策是至關(guān)重要的。

2.2 技術(shù)普及手段欠缺和農(nóng)民素質(zhì)低水平

在信息技術(shù)應(yīng)用于水稻蟲害預(yù)測過程中，需要農(nóng)民具備一定的科技素養(yǎng)，但目前農(nóng)村地區(qū)群眾的科技水平普遍較低［19］。此外，購買和維護(hù)信息化設(shè)備的成本可能會對一些農(nóng)民造成負(fù)擔(dān)。傳感器、無人機(jī)等設(shè)備需要一定的投資，且農(nóng)民可能會對這些設(shè)備的使用效益存在疑慮。因此，降低設(shè)備成本、提供補(bǔ)貼或資助政策是促進(jìn)信息技術(shù)普及的關(guān)鍵。農(nóng)民對信息技術(shù)的信任程度與相關(guān)技術(shù)的支持也有關(guān)。有可靠的技術(shù)支持渠道，并提供定期的設(shè)備維護(hù)服務(wù)，有助于提高農(nóng)民對相關(guān)技術(shù)的信任程度，提高其長期應(yīng)用信息技術(shù)的積極性。

2.3 技術(shù)整合與系統(tǒng)互通的困難

目前，涉及水稻蟲害預(yù)測的信息較為分散，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和平臺，導(dǎo)致不同系統(tǒng)之間難以互聯(lián)互通，影響信息的共享和傳遞，限制了信息技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中的綜合應(yīng)用［20］。不同設(shè)備廠商、不同技術(shù)提供商可能使用不同的數(shù)據(jù)格式和標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)之間難以實現(xiàn)無縫整合。由于缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備和監(jiān)測系統(tǒng)之間的協(xié)同工作變得復(fù)雜，不同設(shè)備和系統(tǒng)可能使用不同的通信協(xié)議，從而導(dǎo)致信息傳遞可能會出現(xiàn)問題。由于涉及多個技術(shù)模塊，系統(tǒng)整合需要持續(xù)的技術(shù)支持和維護(hù)，缺乏有效的技術(shù)支持可能會導(dǎo)致系統(tǒng)故障、數(shù)據(jù)丟失等問題，采用通用的、互通的通信協(xié)議是實現(xiàn)系統(tǒng)整合的基礎(chǔ)。

3 信息技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中的未來發(fā)展方向

3.1 強(qiáng)化農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)隱私保護(hù)措施

未來，在推動信息技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中的應(yīng)用時，應(yīng)重視數(shù)據(jù)隱私保護(hù)，建立健全數(shù)據(jù)隱私保護(hù)法規(guī)和制度，采用先進(jìn)加密技術(shù)來確保農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)安全。同時，應(yīng)引導(dǎo)相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)遵循合規(guī)原則對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和使用。

3.2 提升農(nóng)民信息化素質(zhì)

為了能更好地推動信息技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中的應(yīng)用，政府、農(nóng)業(yè)科研機(jī)構(gòu)等應(yīng)加大對農(nóng)民的培訓(xùn)力度，提高其應(yīng)用信息技術(shù)的能力。例如，在農(nóng)村地區(qū)建立信息技術(shù)應(yīng)用示范農(nóng)田，讓農(nóng)民親身體驗并了解信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用效果，從而能更直觀地展示技術(shù)效益，激發(fā)農(nóng)民的學(xué)習(xí)興趣；建立農(nóng)業(yè)信息服務(wù)中心，為農(nóng)民提供信息技術(shù)咨詢和支持服務(wù)，包括定期的培訓(xùn)、技術(shù)咨詢、設(shè)備維護(hù)等服務(wù)，使農(nóng)民能更好地利用信息技術(shù)。

運用上述方法，能使農(nóng)民更好地適應(yīng)信息化時代，能使其更有效地利用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)來提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、改善自身生活。

3.3 加強(qiáng)技術(shù)整合與標(biāo)準(zhǔn)制定

為解決水稻蟲害預(yù)測系統(tǒng)中信息互通困難的問題，需要加強(qiáng)技術(shù)整合，推動相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施。具體措施包括：建立開放的信息平臺，促進(jìn)不同系統(tǒng)之間的信息共享和交流，形成一個統(tǒng)一的信息化體系；提供定期培訓(xùn)、技術(shù)支持和維護(hù)服務(wù)，確保系統(tǒng)能長期穩(wěn)定運行。采取這些措施可促進(jìn)信息技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中的集成應(yīng)用，確保系統(tǒng)的高效運行和農(nóng)業(yè)信息的準(zhǔn)確傳遞。

3.4 拓展新型技術(shù)應(yīng)用

未來，相關(guān)科研人員可通過引入更多新型技術(shù)，進(jìn)一步提高水稻蟲害預(yù)測的精準(zhǔn)度和效率。例如，通過整合無人機(jī)和衛(wèi)星技術(shù)來實現(xiàn)更廣泛、實時的農(nóng)田監(jiān)測；引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，建立去中心化、安全、透明的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)存儲和管理系統(tǒng)；建立跨區(qū)域的數(shù)據(jù)共享平臺，促進(jìn)不同地區(qū)之間的信息交流和合作。同時，應(yīng)注重技術(shù)的可持續(xù)性，保證其在實際生產(chǎn)中長期有效。

4 結(jié)束語

信息技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中的應(yīng)用已取得顯著成效，但仍面臨著一系列挑戰(zhàn)和問題。采取加強(qiáng)數(shù)據(jù)隱私保護(hù)、提高農(nóng)民信息化素質(zhì)、加強(qiáng)技術(shù)整合與標(biāo)準(zhǔn)制定等措施，可進(jìn)一步推動信息技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中的應(yīng)用。總體而言，信息技術(shù)在水稻蟲害預(yù)測中展現(xiàn)出了強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿Γ瑢μ岣咿r(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。若能解決現(xiàn)有問題，信息技術(shù)有望更好地支持開展水稻蟲害預(yù)測，為水稻栽培提供科學(xué)、高效的管理手段。

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