茶树病虫害识别预警平台开发与应用

李 鑫 牟 杰

（贵州经贸职业技术学院，贵州 黔南 558000）

1 开发识别预警平台的目的和意义

1.1 给贵州省茶农提供病虫害识别方法，减损增效

调查发现，贵州省已知的茶树病虫害有400多种，造成经济损失的病虫害有50～60 种；已知的茶树病害有100 多种，其中常见的有30 余种。随着茶叶贸易形势的变化，市场上对茶叶的内含物及农残含量提出了更高的要求。基于人工智能技术的茶树病虫害识别预警系统，通过人工智能图像识别、光谱分析等技术能够识别茶树的叶部病害、枝部病害、根部病害以及茶树的食叶性害虫、刺吸式害虫、钻蛀性害虫、地下害虫等。农户借助病虫害测报仪和手机APP 进行病虫害信息采集，可以根据病虫害名称和图片智能识别查看图谱。根据图谱确定病虫害的名称后，即可进行详细查询，可查询的内容有病害的病症、病原菌、发生规律、防治方法以及害虫的形态特征、生活习性、防治方法［1-2］。

1.2 给茶产业病虫害预防提供参考

基于大数据的茶树病虫害识别预警系统分为病害和虫害2 种识别信息查询部分，可实现手机APP 在线网络查询。在计算机和手机不断普及应用的今天，茶农和茶叶栽培科技推广人员能够通过该系统更加形象化、具体化地开展茶树病虫害研究工作。同时，该系统可用于各级农业服务中心和基层农技培训学校等，对于提高使用者的茶树病虫害识别和防治水平具有重要意义。

2 识别预警平台开发的基本思路和方法

2.1 识别预警平台开发的基本思路

基于新兴技术的茶树病虫害识别预警平台的基本开发思路如图1所示。

图1 基于新兴技术的茶树病虫害识别预警平台的开发思路

2.2 识别预警平台的开发方法

2.2.1 样品采集法。样品采集法即培养模型样品，培养茶树、接种病菌，设计手机APP，实现对茶园病虫害拍照、位置标注、图像上传与分析结果反馈等功能；设立病虫害监测站，用于捕捉害虫、对茶园进行图像采集、获取田间气象数据；建设数据中心，收集各终端仪器上传的数据，并进行统计分析。

2.2.2 信息采集和建立数据库法。对标准病虫害模型样品进行图像与光谱采集，常规图像通过传统相机拍摄，光谱图像利用高光谱相机进行全谱段扫描成像，获得光谱数据立方体，提取代表性光谱波段，并以此为参考选取多光谱相机的光谱通道，最后利用多光谱相机进行大量图像采集，建立作物和害虫数据库。

2.2.3 人工智能识别法。拟将可变形卷积引入目标检测网络，提升模型对外形变化多样的病虫害感染区域的识别能力。根据病虫害图像区域较小、密集、需求高精度网络的特点，拟采用Faster R-CNN作为基础识别网络，进而形成DFR-CNN网络［3］。实际实施时，以茶树（枝/叶）图像作为输入数据，实现对多种类病虫害的准确、高效识别。

2.2.4 软硬件集成与户外实测法。将训练后的人工智能病虫害识别算法与数据中心、手机APP、病虫害监测站等系统整合联调，将其投放至茶园进行真实环境下的农情监测，测试及完善系统功能。

3 识别预警平台开发理论创新程度及实际应用价值

3.1 识别预警平台开发理论创新程度

3.1.1 利用光谱法对传统病虫害监测设备进行改良。利用光谱手段增强病虫害监测设备的信息获取能力，为作物图像增加光谱维度，为后期图像识别等操作提供评价依据。同时，多通道光谱图像之间经过复杂的图像运算后能够使图像数据迅速增加，为人工智能识别提供大量信息，从而提高病虫害的识别精度。

3.1.2 人工智能算法辅助病虫害高效智能识别。利用标准模型的常规图像和光谱图像训练人工智能算法，结合项目提出的DFR-CNN 方法，通过算法自行总结规律，克服传统方法处理形状变化较大目标时的弊端，实现对病虫害的鲁棒精准识别，进而解决传统人工识别效率低下及难以区分相似物种的问题［4］。

3.1.3 构建“时空大数据+智能分析”的重大病虫害预警技术。构建包括作物种类、气象条件、病虫害类型以及发病程度等信息的时空大数据，通过统计分析，寻找病虫害发生与发展规律，实现对重大病虫害的预警。

3.2 识别预警平台的实际应用价值

3.2.1 经济效益。项目投入运行后，预计可以为黔西南布依族苗族自治州茶区挽回经济损失约5 300 万元。随着软件系统的推广和持续完善，该系统的使用率将不断提升、使用范围将不断扩大，将会带来更大的经济效益。

3.2.2 社会效益。该套系统投入使用后，有助于协助相关部门提高茶树病虫害预警工作效率，对特定的茶树病虫害设计针对性的防治措施，以此来指导种植者的种植活动。茶树种植者能科学掌握各种病虫害的防治理论知识，有助于其在生产中合理使用防治药物，为茶叶质量安全提供保障，增加贵州省茶园管理的科技含量，提升茶园的生态效益和社会效益。

3.2.3 生态效益。随着我国社会的转型发展，生态环保理念逐渐成为农业生产活动中的重要指导理念。同时，绿色无公害的产品在市场上的竞争力大大提升。要想实现生态效益与经济效益最大化，需要控制化学农药的使用。该套系统正是基于生态环保理念，通过为茶树病虫害防治提供有效的数据支持，不断优化茶园生态治理技术，保证茶树种植业绿色、可持续发展。

4 结语

贵州省茶树种植面积大，深受各种茶树病虫害的影响，造成了严重的经济损失。因此，针对茶树病虫害进行有效治理具有直接的现实意义。因此，将茶树病虫害识别预警平台应用于茶树种植业，可以有效提高茶树病虫害防治效果，提高茶树种植的经济效益。