溫室園藝2018-0578溫室智能裝備系列之一百零四 溫室害蟲誘捕技術(shù)及裝備現(xiàn)狀及發(fā)展*馬  偉1，王  秀1，張海輝2，陳梅香3，孫作文4，張萬民5（1. 北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心，北京  100097；2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西楊凌  712100；3. 北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心，北京  100097；4. 山東省植物保護總站，濟南  250100；5. 遼寧省植物保護站，沈陽  110034）溫室生產(chǎn)過程中由于倒茬困難、晝夜溫差大和冬季低溫低等原因，會出現(xiàn)病蟲害種類繁多且危害嚴(yán)重的情況，溫室生產(chǎn)面臨的一個關(guān)鍵問題是如何解決病蟲害對溫室作物的侵害。施藥技術(shù)作為防治病蟲害的一項重要手段而被廣泛應(yīng)用。但施藥技術(shù)在保證農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)的同時，也會帶來農(nóng)殘超標(biāo)的風(fēng)險。因此，為了規(guī)避此風(fēng)險，就需要在溫室生產(chǎn)管理中做到少用藥或不用藥，此需求對溫室病蟲害的調(diào)查或非化學(xué)驅(qū)趕及滅蟲提出了要求。溫室病蟲害調(diào)查的目的是確保病蟲害防治能做到有的放矢、目標(biāo)明確。通過對害蟲誘捕獲得田間一手?jǐn)?shù)據(jù)，為防治措施及決策提供科學(xué)依據(jù)。同時，為減少農(nóng)藥使用，采用新技術(shù)和方法誘捕害蟲、減少病蟲害傳播和危害程度成為當(dāng)前研究熱點，誘捕技術(shù)及裝備作為滅蟲新方法具有非常巨大的應(yīng)用價值和潛力。/ 超聲波驅(qū)趕技術(shù)超聲波驅(qū)趕技術(shù)是一種可以有方向性的驅(qū)趕害蟲1并有效捕捉害蟲的綠色環(huán)保技術(shù)，該技術(shù)已被證實在溫室中定點應(yīng)用可取得較好的效果。該技術(shù)比較典型的方式是采用太陽能供電，實現(xiàn)全天候的誘捕，對于田間調(diào)查而言優(yōu)勢明顯2。LED 誘蟲技術(shù)利用害蟲趨光特性3研究誘殺害蟲是一種在溫室生產(chǎn)中普遍采用的傳統(tǒng)技術(shù)。其中通過對LED的精準(zhǔn)控制，提高了誘蟲的靶標(biāo)功能，并通過對LED的自適應(yīng)調(diào)控技術(shù)的研究4使得LED對害蟲的誘導(dǎo)效果更加精確。隨著人工智能的不斷進步和深入研究，基于深度學(xué)習(xí)的LED調(diào)控技術(shù)用于害蟲誘捕也逐步得到研究和應(yīng)用5，通過限制波爾茲曼機算法的引入，使得LED的控制決策更加精準(zhǔn)。生物誘蟲技術(shù)生物誘捕害蟲技術(shù)的研究集中在誘芯的開發(fā)和使用上6。性誘劑的開發(fā)對誘捕害蟲有很強的針對性7。有研究機構(gòu)通過性誘劑誘捕器的不同放置密度和高度的試驗研究對高效使用生物誘蟲技術(shù)進行探索，研究結(jié)果表明該技術(shù)能有效控制或減輕害蟲幼蟲發(fā)生為害，減少農(nóng)藥使用次數(shù)8-9。害蟲信息遠程獲取技術(shù)通過無線技術(shù)、圖像處理技術(shù)的應(yīng)用，基于計數(shù)裝置和紅外感應(yīng)微型攝像頭的害蟲信息遠程獲取技術(shù)得到廣泛研究10-11。采用昆蟲圖像處理及分析系統(tǒng)（BugVisux），獲取害蟲圖像的數(shù)字化特征值，建立主要農(nóng)業(yè)害蟲的數(shù)字化特征庫，該技術(shù)對于農(nóng)業(yè)監(jiān)管部門指導(dǎo)種植合作社農(nóng)戶集中防治溫室爆發(fā)性病害有重要指導(dǎo)意義，有助于監(jiān)管部門對大面積種植溫室病蟲害集中爆發(fā)遠程決策精度的提高12。在主控平臺與多個遠程平臺之間采用3G/4G無線網(wǎng)絡(luò)通信，遠端平臺實時采集害蟲圖片，并將圖片發(fā)送到主控端，采用最大類間方差法將害蟲從背景中分割出來，提取害蟲的面積、周長、復(fù)雜度、偏心率和不變矩等16個形態(tài)學(xué)特征值，以及9個顏色特征值和基于灰度共生矩陣的10個紋理構(gòu)成特征向量來得出害蟲信息13。基于機器視覺通過小波分析、蟻群算法、SVM模式識別方法來提高害蟲信息遠程獲取的精度14-16。還有研究在害蟲爆發(fā)點定位和空間相關(guān)分析方面也取得較好的進展17。基于 WebGIS 的分布定位技術(shù)  利用WebGIS的空間信息管理能力實現(xiàn)害蟲DOI: 10.16815/j.cnki.11-5436/s.2018.13.013溫室園藝2018-0579空間分布的計算和預(yù)測。國外對該技術(shù)的研究主要集中在害蟲控制、害蟲的生命周期等方面18-20。 !基于單片機和超聲波的害蟲誘捕智能系統(tǒng)此類系統(tǒng)的研究關(guān)注點是嵌入式單片機和太陽能調(diào)控平臺的研究21。通過不斷的優(yōu)化軟件流程和提高單片機的容錯性，控制系統(tǒng)逐步熟化，系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到提高22?？紤]到太陽能受連續(xù)雨天的影響，基于風(fēng)能等其他清潔能源供能的超聲害蟲誘捕裝備也得到研究23。綜合可知，清潔能源和超聲波的結(jié)合是害蟲誘捕裝備的一個研究趨勢，優(yōu)點是環(huán)保和高效、普適性強。LED 自適應(yīng)害蟲誘捕機LED等對害蟲的誘捕和照明燈設(shè)施結(jié)合，研究出多功能的裝置24。通過LED的精準(zhǔn)控制，研究出寬譜和專譜2種殺蟲模式的裝備25，該裝備按照白光和紫光為1:3的比例組合，采用7.14 Hz的占空比矩形波驅(qū)動光源得到誘蟲效果最佳。對太陽能LED殺蟲燈的特征光譜光源的研究使得誘蟲具有對靶性26。為了提高裝備壽命，除對太陽能源研究外，儲能設(shè)備的研究也是一個創(chuàng)新點27。也有增加溫度傳感器來提高誘蟲精度的研究報道28。誘芯式誘蟲器通過誘芯的研究和開發(fā)，針對不同害蟲的誘蟲器得到快速發(fā)展29。性誘自動計數(shù)系統(tǒng)的研制簡化了害蟲誘獲鑒定操作和蟲情自動化記載傳遞，豐富了弱光性害蟲監(jiān)測手段30。誘芯式誘蟲器的研究除了誘芯，自動記錄儀以及復(fù)合色板也被引入，這都提高了誘芯式誘蟲器的工作質(zhì)量31。為了彌補性誘裝置的統(tǒng)計數(shù)據(jù)誤差大、工作效率低、智能化程度低以及重復(fù)勞動強度大的缺陷，趙帥等32-33研究開發(fā)了誘芯誘捕器自動計數(shù)系統(tǒng)提高了性誘裝置的精度。害蟲遠程監(jiān)測預(yù)警信息系統(tǒng)該系統(tǒng)由害蟲誘捕器、數(shù)據(jù)無線傳輸模塊和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器構(gòu)成，通過將害蟲信息上傳至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，實現(xiàn)信息的實時決策和共享10。為實現(xiàn)遠程無人值守，有研究采用計數(shù)裝置和紅外感應(yīng)微型攝像頭實時獲取害蟲的圖像信息11。為降低成本也有用普通CCD圖像采集單元獲取害蟲信息的研究并取得好的效果34，通過改進的共軛梯度法建立模型，測試樣本的識別正確率達到85%，對應(yīng)的裝備開發(fā)對預(yù)防害蟲的爆發(fā)也取得很好的效果35。基于手機Android系統(tǒng)進行圖像獲取后，基于OpenCV庫對圖像進行預(yù)處理，預(yù)處理過程主要包括通道分離、圖像平滑、閾值分割、邊緣檢測等，通過數(shù)字圖像處理及支持向量機來判別溫室花卉是否感染病蟲害36?；?WebGIS 的農(nóng)業(yè)病蟲害預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)將WebGIS技術(shù)與測報技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)多種病蟲害測報集成測報研究為農(nóng)業(yè)病蟲害測報技術(shù)提供一個新的手段和工具。系統(tǒng)依靠WebGIS對空間的強大控制能力，實現(xiàn)病蟲害預(yù)測預(yù)報在空間上的精確表達37-39。/ Z通過技術(shù)的融合和再創(chuàng)新，新型裝備的誘捕效果顯著提高。LED誘捕、性誘和黏蟲板的綜合運用研究收效很好37，對溫室防治的黏蟲板進行無人自動更換技術(shù)及裝備的研制促進其快速發(fā)展40-45。在害蟲信息預(yù)測模型研究方面，基于數(shù)學(xué)模型的方法使害蟲群體監(jiān)測與個體監(jiān)測相統(tǒng)一，也是害蟲綜合預(yù)測的一個發(fā)展趨勢46-50。針對病蟲害的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的研究尤其是誤差反向傳播網(wǎng)絡(luò)(BP)的模型研究也對預(yù)測精度的提高發(fā)揮重要作用51-55。 t 該領(lǐng)域近年來成為研究熱點，在關(guān)鍵技術(shù)和裝備上不斷突破，主要研究趨勢有：地-空-星多平臺融合，點-線-面-體多角度數(shù)據(jù)挖掘依靠地面單點數(shù)據(jù)，無人機和農(nóng)用飛機遙感信息以及衛(wèi)星遙感圖像多平臺進行融合。從站在溫室監(jiān)督，到害蟲地面單點數(shù)據(jù)采集，到溫室內(nèi)一定路徑布置多組采集裝置，再到大型溫室一片作物上的數(shù)據(jù)，最后到整個溫室冠層立體空間的害蟲存活生命周期的研究，這些研究趨勢都會成為害蟲防控的重要基礎(chǔ)。溫室園藝2018-0580依靠無線傳輸和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為該領(lǐng)域的研究蓬勃發(fā)展提供了契機，也為規(guī)模化的行業(yè)井噴式發(fā)展提供基礎(chǔ)，未來會成為研究熱點。人工智能和大數(shù)據(jù)整合隨著無線采集技術(shù)的普及，海量的數(shù)據(jù)會帶來害蟲監(jiān)控模型的高速發(fā)展，人工智能和大數(shù)據(jù)的帶動，會促進該領(lǐng)域的監(jiān)測精度快速提高。參考文獻1 饒欽程 , 余鵬 , 唐海亮 , 等 . 基于單片機和超聲波的害蟲誘捕智能系統(tǒng)設(shè)計 J. 科技廣場 ,2013(2):249-252.2 張化平 , 王瑾 , 陳琛 . 一種單片機控制的超聲波定向驅(qū)捕害蟲智能系統(tǒng)設(shè)計 J. 蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報 ,2017,17(2):20-22.3 張純胄 , 楊捷 . 害蟲趨光性及其應(yīng)用技術(shù)的研究進展 J. 生物安全學(xué)報 ,2007,16(2):131-135.4 楊慧.一種基于LED燈的自適應(yīng)捕蟲研究D.沈陽:大連工業(yè)大學(xué) ,2014.5 楊玲,宋林,程勇,等.基于深度學(xué)習(xí)的智能LED控制系統(tǒng)研究與設(shè)計 J. 信息技術(shù) ,2016(2):10-13.6 錢伯章.寧波研制誘捕害蟲的新生物技術(shù)J.農(nóng)藥研究與應(yīng)用 ,2007(6):40.7 譚章建 , 易光輝 . 不同廠家性誘劑及不同誘捕器誘殺蔬菜害蟲的效果研究 J. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué) ,2011(22):33-36.8 陳加多,張德明,王福興,等.性誘劑誘捕器不同放置密度和高度對誘殺茭田二化螟成蟲的效果 J. 長江蔬菜 ,2009(8x):60-61.9 鐘玲,程麗霞,陳前武,等.性引誘劑對蔬菜害蟲誘殺效果試驗J.生物災(zāi)害科學(xué) ,2009,32(3):107-110.10 蔣國松 , 呂偉德 , 高永梅 , 等 . 蘆筍害蟲遠程監(jiān)測預(yù)警信息系統(tǒng)的組成與實現(xiàn) J. 信息與電腦 ( 理論版 ),2018(3):114-116.11 何勇 , 荊曉冉 , 鮑一丹 , 等 . 一種害蟲誘捕裝置和害蟲遠程識別監(jiān)控系統(tǒng) :CN103299969BP.2014.12 楊慧勇 , 高靈旺 , 牛國飛 , 等 . 農(nóng)業(yè)害蟲遠程自動識別診斷系統(tǒng)  應(yīng)用技術(shù)研究 J. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué) ,2010,38(6):40-42.13 宋革聯(lián),韓瑞珍,張永華,等.基于無線傳輸技術(shù)的農(nóng)田害蟲檢測與識別系統(tǒng)的開發(fā)J.浙江大學(xué)學(xué)報(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版 ),2014,40(5):585-590.14 張法全 . 基于機器視覺和小波分析的農(nóng)田害蟲識別系統(tǒng) D. 鄭州 : 鄭州大學(xué) ,2003.15 韓瑞珍 . 基于機器視覺的農(nóng)田害蟲快速檢測與識別研究 D. 杭州 : 浙江大學(xué) ,2014.16 李文勇.基于機器視覺的果園性誘害蟲在線識別與計數(shù)方法研究 D. 北京 : 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) ,2015.17 Park Y L, Krell R K, Carroll M. Theory, Technology, and Practice of Site-Specific Insect Pest ManagementJ. Journal of Asia-Pacific Entomology, 2007,10(2):89-101.18 Karydis I, Gratsanis P, Semertzidis C, et al. WebGIS Design i ? !“ ­B , $ i /# !C#?ZhWj; jE9E5>6GDE:E>京 : 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) ,2007.40 陳梅香,李文勇,牛霆葳,等.基于機器視覺的粘蟲板性誘害蟲自動監(jiān)測裝置的設(shè)計與實現(xiàn) C. 中國植物保護學(xué)會學(xué)術(shù)年會 .2014.41 陳梅香 , 李明 , 杜曉偉 , 等 . 一種自動更換粘蟲板的害蟲監(jiān)測系統(tǒng) :CN204014837UP.2014.42 門慶永,陳梅,盧緒敏,等.黃色粘蟲板在香菇棚內(nèi)的應(yīng)用試驗J.食用菌 ,2015,37(3):52-53.43 胡小敏 , 王云虎 , 陳太春 , 等 . 新型性誘粘蟲板對保護地番茄蚜蟲的防控效果 J. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報 ,2011,20(4):189-193.44 胡小敏.新型誘性粘蟲板和粘蟲膠的研究及其對番茄保護地蚜蟲及蚜傳病毒病防治效果 D. 楊凌 : 西北農(nóng)林科技大學(xué) ,2011.45 高靈旺 , 畢擁國 , 陳義蘭 . 一種基于粘蟲板與性誘劑組合的害蟲誘捕器 :CN203675909UP.2014.46 李小琴.農(nóng)作物病蟲害自動測報系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)D.杭州:浙江工業(yè)大學(xué) ,2009.47 林明江 , 安玉興 , 管楚雄 , 等 . 害蟲誘捕器的研究與應(yīng)用進展 J.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué) ,2011,38(9):68-71.48 陳建軍 , 王發(fā)林 , 王鴻 , 等 . 新型害蟲自動補水式誘捕器的研發(fā)與應(yīng)用 J. 中國園藝文摘 ,2015(6):191-193.