本文收录于《农业工程技术-农业信息化》2024年第5期，目次30
摘要：为有效防治玉米病虫害，需要及时准确地监测和预报病虫害的发生情况和发展趋势，以制定合理的防治措施。物联网技术是一种利用网络、传感器、智能设备等实现物与物之间信息交换和通信的技术，在玉米病虫害监测预报防治中具有广泛的应用前景。该文介绍了物联网技术在玉米病虫害监测预报防治中的应用，旨在为玉米病虫害监测预报防治提供新的技术支撑和思路。
关键词：物联网技术；病虫害监测；病虫害预警；精准防治
随着物联网技术的快速发展，其在农业领域的应用日益广泛，特别是在作物病虫害监测预警和防治中发挥着重要作用。长期以来，病虫害问题严重影响和制约着玉米的产量和质量。应用物联网技术可以有效监测和预报玉米病虫害发生动态，从而指导科学防治。因此，开展物联网技术在玉米病虫害监测预报防治中的应用研究，对于提高玉米产量和质量，确保粮食安全意义重大。
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物联网技术概述
物联网通过广泛布局的各种信息传感设备采集目标对象的数据和信息，经过网络的互联共享和交换信息，从而实现智能化的监控和管理。其关键技术主要包括无线传感器网络技术、射频识别技术、红外感测技术、全球定位系统、地理信息系统、视频监控技术等。例如，可布设土壤温湿度传感器、气象站点获取气象数据，安装病虫害专用传感器监测病原孢子浓度、虫口密度、光照度、温度、湿度等信息[1]。这些技术的应用极大地拓展和改进了传统作物病虫害监测的手段，使得病虫害监测信息的采集和传输更加高效、准确和智能化。
物联网技术在玉米病虫害监测中的应用
2.1 无线传感器监测数据
在玉米地块布设无线传感器监测网络，对土壤温湿度、气象要素数据进行实时监测，同时针对主要病虫害设立专门传感器，监测病原菌孢子浓度、虫口密度等信息。这些监测数据通过WiFi、4G、5G等无线通信网络实时传送至数据中心平台，为病虫害监测和防治决策提供数据支持。传感器种类齐全，布点合理，数据采集全面，频次高，可以反映病虫害种类、定位和发展态势。
2.2 视频和图像识别技术
利用高清数字视频和图像技术，定期对玉米地块生长情况进行图像采集，并通过GPU、Edge Computing等加速深度学习建立图像识别模型，实现对玉米病害症状的自动识别和定量检测，可以检测病斑大小、颜色、数量，如玉米大斑病、锈病的病斑面积占比分析。图像识别结果直观反映病害发生与发展的趋势，为研判流行规律、判断增减提供视觉化参考。
2.3 GPS定位和环境数据收集
使用无人机、气象站等移动设备对玉米地块进行三维测绘并建立数字化地形模型。在移动监测设备上安装GPS及北斗定位系统，收集监测过程中的准确位置坐标数据，设备携带温湿度探测器，气体检测仪，配合环境监测数据，形成包含时间和空间信息的综合环境数据集，为研判病虫害与环境条件的关系提供基础数据支撑。
物联网技术在玉米病虫害预报中的应用
3.1 大数据分析预警模型
大规模的物联网传感监测可产生海量异构数据，这些原始数据需进行清洗过滤、标签标注等预处理，然后存储到Hadoop、Spark等大数据分析平台，作为模型训练的数据源。接下来，可以利用TensorFlow、PyTorch等框架，搭建包含多个LSTM和RNN层的深层神经网络，训练玉米病虫害发生与气候环境(温度、湿度、光照等)变化之间的深度学习关系模型。该模型可针对不同地块、不同病虫种类实现高精度的发生概率预测，模拟病害从初期孢子感染到大面积发生的整个过程，预测未来一周或两个月内病虫害的发生量峰值、蔓延速率和关键疫情发生的时间节点，为后续的防治决策提供数据支撑[2]。
3.2 数据可视化和预报结果展示
大量的物联网传感监测数据，可利用Echarts、Matplotlib等工具进行统计建模分析，并以动态交互式图表展示结果。例如用折线图展示不同地块病虫密度随时间的变化曲线，标注关键疫情发生时间；用柱状图对比不同品种、不同处理措施下的发病严重指数；用三维散点图呈现病害指数与温湿度等气候因子的非线性映射关系。这些直观的图表，可集成到网页或移动端的GIS平台上，生成区域病情分布图、关键疫情面积占比图等，便于决策者从多维度动态监控病情信息，科学判断发展趋势。
3.3 预报结果和防治建议推送
基于玉米病虫害发生预测结果，物联网监测预警系统可主动推送预警信息给防治管理者和作业人员。推送内容包含预测的发生时间、分布区域、发展态势，并根据用户身份差异化地提供防治建议，实现个性化精准的信息服务，提高防治效果。例如对防治人员推送具体的最佳药剂选择方案、作业时间节点、作业路径顺序等具体建议；对区域负责人推送病区范围预测图，用于指导药剂调配和人员调度；对高层决策者给出总体防治资源调配和经济效益评估建议。定期的信息推送可有效提示和引导用户采取科学防治行动。
物联网技术在玉米病虫害防治中的应用
4.1 精准喷施技术
随着物联网和传感技术的发展，精准喷施技术越来越多地应用于玉米病虫害防治中。该技术主要依赖物联网监测获得的病害区域和发展态势信息，通过变量位喷头和精准定位，实时调控农药使用量，动态改变对病区的喷洒范围，实现针对性防治。具体而言，病害监测系统会通过分布在田间的传感器，如高光谱相机、热成像仪等设备，实时探测病区分布状态，并将相关图像和参数数据上传到云平台，通过智能分析判断出病害类型、严重程度和蔓延趋势。当病害发生或达到防治阈值时，系统会自动向可变喷头和无人机等喷洒载体下达指令，只对病害区域以最佳浓度喷施药液，从而提高药效，降低药量，实现精确高效的防治[3]。这种可针对性防治的技术，不仅提高了药液利用率，还减少了农药残留和环境污染。
4.2 无人机病虫害治理
基于六旋翼无人机平台和精准GNSS定位的植保无人机，能够对大面积玉米地块进行高效、低风险的病虫害防治。相比人工操作，无人机作业效率更高，飞行速度可达每小时20公里，单次作业面积大于10公顷，尤其适合处理地形复杂的山地、河岸等地块。同时，无人机还可在防治间歇，转换为低空缓慢飞行，通过搭载的相机、多光谱仪等传感设备，对地块生长状况进行监测，并将图像、光谱参数等数据实时传输给指挥系统，实现对病虫害发生的快速侦测。最后，防治无人机返回基站后，可通过快速更换药箱等装置实现防治任务的自动续航，大幅提升作业强度。这种植保无人机的应用，可实现对病虫害的高频率、高质量防治，有效减少玉米产量损失。
4.3 农机联网和作业调度
农机联网技术可实时监控和调度各类防治机械的作业，提高防治效率。其可在传输和实施层级间建立信息互联系统，实现机具的参数、状态、作业面积等数据的实时传输与共享。这些底层数据可提供给病虫害监测和预警系统，指导后续的防治决策。同时，监测系统反馈回来的病区分布图等结果，也可导入作业调度系统，用于制定科学合理的作业路线、面积等。此外，智能算法可结合历史数据、模拟结果，动态优化作业计划，协调指挥多个防治机具的工作，提高现场防治效率。这种精细化的作业调控模式，不仅可实现对病区的精准防治，还可减少机具的空载率，节省作业成本，达到科学规范化管理的目的。
结语
物联网技术在玉米病虫害监测、预警、防治的各个环节发挥着重要支撑作用，应用前景广阔。展望未来，随着5G等新技术在农业领域应用的深入，物联网技术将会进一步提高病虫害防控的自动化、智能化水平，使防治更加精准高效。
参考文献：
[1] 王辉. 物联网技术在病虫害防治中的应用 [J]. 中国农机装备, 2023 (7): 39-42.
[2] 邓启好. 物联网技术在茶树病虫害防治中的应用探讨[J]. 花木盆景(花卉园艺), 2022 (11): 78-79.
[3] 张晏,于菲,陆琳,等. 物联网技术在桃树栽培与病虫害防治中的应用 [J]. 农业工程技术, 2020, 40 (12): 43-44.
作者单位：山东省临沭县玉山镇农业综合服务中心；山东省费县胡阳农业综合服务站
http://www.nygcjs.cn/cn/article/doi/10.16815/j.cnki.11-5446/s.2024.14.030
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