蘋果病害監(jiān)測(cè)與模型構(gòu)建及精準(zhǔn)噴施應(yīng)用技術(shù)分析

陳洪軍

（濱州市濱城區(qū)三河湖鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，山東濱州 256653）

現(xiàn)階段，有關(guān)蘋果病害監(jiān)測(cè)與精準(zhǔn)噴施技術(shù)的研究不多，有必要采取措施進(jìn)一步對(duì)病害監(jiān)測(cè)模型設(shè)計(jì)架構(gòu)、病害圖像分析監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建及資料整理、人機(jī)互動(dòng)及界面平臺(tái)、蘋果病害監(jiān)測(cè)應(yīng)用分析、噴霧機(jī)風(fēng)送精準(zhǔn)噴施技術(shù)應(yīng)用分析進(jìn)行研究，對(duì)指導(dǎo)蘋果病害防治具有十分重要的理論意義和實(shí)踐指導(dǎo)作用。

1 蘋果病害概述

目前，蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，對(duì)蘋果無(wú)公害生產(chǎn)提出了新的要求。由于果農(nóng)對(duì)果園缺乏科學(xué)管理，導(dǎo)致蘋果病害嚴(yán)重，損失率高達(dá)20%。蘋果病害種類目前有80多種，最常見(jiàn)的有20多種，發(fā)生部位包括葉冠部、根系部、枝干部、果實(shí)部等。最為常見(jiàn)的病害有腐爛病、輪紋病、斑點(diǎn)落葉病、炭疽病、褐斑病、霉心病等，其中影響最大的是腐爛病，該病害經(jīng)常發(fā)生，且治愈難度較大。

2 蘋果病害監(jiān)測(cè)的重要意義

2.1 及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)防潛在病害風(fēng)險(xiǎn)

蘋果栽培需要科學(xué)合理的系統(tǒng)布局，我國(guó)北方的氣候及土壤條件非常適宜種植蘋果，但由于多年連作，加上其他各種因素影響，病害頻繁發(fā)生。通過(guò)對(duì)蘋果病害進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，對(duì)感染或可能出現(xiàn)的病害及時(shí)分析，根據(jù)病害種類進(jìn)行針對(duì)性防控，對(duì)減輕損失具有重要作用。同時(shí)，蘋果病害監(jiān)測(cè)技術(shù)是全方位、全角度、全過(guò)程的，對(duì)果樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)蘋果樹(shù)枝葉、樹(shù)干、樹(shù)冠及根系狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害，對(duì)第一時(shí)間進(jìn)行殺毒或病害防治具有重要作用。

2.2 促進(jìn)蘋果產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)

蘋果作為一種經(jīng)濟(jì)樹(shù)種，其產(chǎn)量提升、品質(zhì)提高十分關(guān)鍵。蘋果病害監(jiān)測(cè)技術(shù)是信息技術(shù)與栽培技術(shù)的融合體現(xiàn)，通過(guò)該技術(shù)對(duì)病害發(fā)展動(dòng)態(tài)及結(jié)果進(jìn)行分析，采取科學(xué)有效的病害處理方法，對(duì)保障蘋果產(chǎn)量、品質(zhì)尤為關(guān)鍵。同時(shí)，從蘋果產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，果園管理的目的在于提升經(jīng)濟(jì)效益，病害作為其主要影響因素，需要科學(xué)監(jiān)測(cè)、集中處理。因此，簡(jiǎn)化監(jiān)測(cè)流程，提升監(jiān)測(cè)效果，以精準(zhǔn)化、采集化、分析化、鑒定化、跟蹤化為監(jiān)測(cè)手段，全面開(kāi)展蘋果病害監(jiān)測(cè)具有重要意義[1]。

3 蘋果病害監(jiān)測(cè)模型構(gòu)建

3.1 病害監(jiān)測(cè)模型設(shè)計(jì)架構(gòu)

病害監(jiān)測(cè)模型以信息技術(shù)、人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)采集與信息分析作為核心方向，實(shí)現(xiàn)了蘋果病害監(jiān)測(cè)的實(shí)效性、功能性。病害監(jiān)測(cè)模型以數(shù)據(jù)采集分析為主，將采集、整理、分析、判斷作為監(jiān)測(cè)過(guò)程及實(shí)施載體，對(duì)諸多因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，并以內(nèi)部資料數(shù)據(jù)庫(kù)為主，對(duì)果樹(shù)病害種類、發(fā)生量的關(guān)系及病害種群不同時(shí)期的變化進(jìn)行分析，選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)相關(guān)元素及變量輸入分析，為蘋果病害預(yù)警與實(shí)時(shí)防控提供決策依據(jù)[2]。

3.2 病害圖像分析監(jiān)測(cè)

在病害監(jiān)測(cè)模型中，圖像分析監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)重要技術(shù)。圖像分析監(jiān)測(cè)通過(guò)視頻或跟拍方式，對(duì)蘋果樹(shù)葉及相關(guān)枝干進(jìn)行圖片采集、圖片獲取，對(duì)蘋果樹(shù)葉狀態(tài)與病害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)葉冠中的病斑，精準(zhǔn)掌握病斑區(qū)域及范圍，同時(shí)也可通過(guò)圖像分析方法與病枝葉進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)二者差異。監(jiān)測(cè)過(guò)程中，將目標(biāo)對(duì)象的形態(tài)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字圖像信息轉(zhuǎn)型，利用圖像顏色、亮度及像素等對(duì)圖片病害情況了解掌握，達(dá)到目標(biāo)特征獲取與識(shí)別的目的[2]。

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建及資料整理

蘋果病害監(jiān)測(cè)模式數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建至關(guān)重要。數(shù)據(jù)庫(kù)可對(duì)相關(guān)圖像信息及采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過(guò)資料庫(kù)為監(jiān)測(cè)管理者提供相關(guān)資料，操作者只要輸入信息并搜索即可獲取相關(guān)資料內(nèi)容，可快速掌握蘋果病害種類及問(wèn)題所在。數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建過(guò)程中，可用S2SH整合開(kāi)發(fā)技術(shù)，利用My SQL數(shù)據(jù)庫(kù)、Tomcat服務(wù)器，構(gòu)建蘋果病害預(yù)測(cè)與防治決策支持系統(tǒng)。

3.4 人機(jī)互動(dòng)及界面平臺(tái)

蘋果病害監(jiān)測(cè)模型對(duì)人機(jī)互動(dòng)及界面平臺(tái)進(jìn)行了最大限度優(yōu)化，提升了人機(jī)互動(dòng)的便捷性，簡(jiǎn)化了較為繁瑣的果樹(shù)監(jiān)測(cè)管理流程。界面平臺(tái)主要由系統(tǒng)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、資料搜索模塊、圖像對(duì)比模塊、安全管理模塊等組成，其中：系統(tǒng)設(shè)置模塊的功能是監(jiān)測(cè)平臺(tái)的功能設(shè)置、參數(shù)設(shè)定；數(shù)據(jù)分析模塊是對(duì)采集的病害數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷；資料搜索模塊是果樹(shù)病害種類數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)病害關(guān)鍵信息集中存儲(chǔ)；圖像對(duì)比模塊是對(duì)采集的不同病害圖像進(jìn)行比照、分析；安全管理模塊是對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行安全管控、病毒防范等[3]。

4 蘋果病害監(jiān)測(cè)及精準(zhǔn)噴施技術(shù)應(yīng)用分析

4.1 蘋果病害監(jiān)測(cè)技術(shù)

通過(guò)圖像分析技術(shù)對(duì)蘋果樹(shù)葉進(jìn)行采集，圖1、圖2為蘋果葉部病害彩色圖像，通過(guò)圖像內(nèi)容及病害特征分析，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析及資料搜索，確定其為斑點(diǎn)落葉病、花葉病。以此為例，對(duì)蘋果病害監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用做如下分析。①圖像數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在自然生長(zhǎng)環(huán)境中，該蘋果葉片形狀十分規(guī)則，并發(fā)現(xiàn)不同部位葉片生長(zhǎng)角度差異性較大；②分析發(fā)現(xiàn)，病害葉片中的病斑范圍與其無(wú)病區(qū)域存在顏色差異；③該蘋果葉片在生長(zhǎng)過(guò)程中受到遮擋，且存在不同程度的卷曲情況，導(dǎo)致病害葉片的形狀不健全，遮擋區(qū)域的主要邊緣不清晰，無(wú)法對(duì)病害圖像進(jìn)行分割；④圖像中綠色雜草較多，與蘋果葉片顏色較為一致，容易對(duì)病葉特征信息提取造成阻礙，分析發(fā)現(xiàn)，雜草范圍同葉片不在同一焦平面中，且為模糊區(qū)域；⑤其他復(fù)雜背景如枝干、土壤等，與蘋果葉片存在較明顯區(qū)別[4]。

4.2 噴霧機(jī)風(fēng)送精準(zhǔn)噴施技術(shù)

果樹(shù)精準(zhǔn)噴施技術(shù)的應(yīng)用主體為自動(dòng)履帶風(fēng)送式噴霧機(jī)，該裝置噴霧效果較好，從管路中噴射大量霧滴，通過(guò)風(fēng)機(jī)氣流對(duì)噴射目標(biāo)進(jìn)行發(fā)射，具有較高的精準(zhǔn)性。風(fēng)送裝置為噴霧機(jī)核心裝置，主要包括汽油機(jī)、傳動(dòng)系、風(fēng)機(jī)及相應(yīng)導(dǎo)風(fēng)結(jié)構(gòu)等（圖3）。

對(duì)噴霧機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，其在實(shí)際運(yùn)行中極易發(fā)生傳動(dòng)帶失效故障，主要原因如下。一是單次長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)造成皮帶升溫過(guò)高，導(dǎo)致傳動(dòng)丟轉(zhuǎn)過(guò)多，引起風(fēng)機(jī)出風(fēng)不足；二是使用者不按照操作規(guī)程進(jìn)行保養(yǎng)，造成“V”形帶失效，導(dǎo)致風(fēng)送裝置無(wú)法工作。分析后發(fā)現(xiàn)，故障的發(fā)生與養(yǎng)護(hù)操作不合理緊密相關(guān)，實(shí)際應(yīng)用中要對(duì)噴霧機(jī)風(fēng)送裝置狀態(tài)參數(shù)值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免上述故障發(fā)生[5]。

此外，在噴霧機(jī)風(fēng)送噴射技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，一定要采用“人為+技術(shù)”相結(jié)合的方式，以提高噴射精準(zhǔn)性。先明確噴射目標(biāo)，再將感應(yīng)器植入噴霧裝置，與病害監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)可視化噴霧作業(yè)，平臺(tái)監(jiān)測(cè)器中會(huì)呈現(xiàn)噴射圖像，噴霧機(jī)前方微型攝像頭會(huì)將畫面進(jìn)行呈現(xiàn)，以現(xiàn)場(chǎng)操作、平臺(tái)監(jiān)測(cè)的雙重形式有效提升精準(zhǔn)噴霧質(zhì)量。經(jīng)過(guò)測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，噴霧機(jī)通過(guò)風(fēng)送形式使霧滴全面覆蓋蘋果樹(shù)枝葉，霧化作用好，覆蓋層面大，滿足密集型蘋果樹(shù)噴霧需求，可有效防治蘋果病害，為提升蘋果產(chǎn)量及品質(zhì)打下基礎(chǔ)。