白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)在父子嶺水庫白蟻防治中的應(yīng)用

摘 要：白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)具有實時高效、綠色環(huán)保且可持續(xù)的特點，已經(jīng)成為白蟻危害防治工作中的重要措施。介紹了當(dāng)前白蟻智能監(jiān)測技術(shù)的原理架構(gòu)和特點，以父子嶺水庫為例，闡述了白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)的實施工藝和應(yīng)用效果，并分析了白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展前景。相關(guān)成果可為水利工程白蟻的監(jiān)測預(yù)警和危害防治工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：白蟻防治；智能監(jiān)測；監(jiān)測預(yù)警；水利工程

中圖分類號：TV698.2" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

水利工程白蟻防治是一項重要的工作。白蟻對大堤的危害具有隱蔽性、反復(fù)性和長期性[1-2]，極易誘發(fā)工程滲漏、管涌、跌窩，甚至垮壩、崩堤等險情[3-4]，是影響水庫大壩、堤防等水利工程安全的重要隱患[5]。近幾十年來，我國水利工程白蟻防治經(jīng)歷了藥物滅蟻法[6-8]、毒餌誘殺滅蟻[9-10]、“三環(huán)節(jié)八程序”[11-12]、白蟻綜合治理[13-16]4個階段。白蟻監(jiān)測是白蟻綜合治理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是精準(zhǔn)高效滅治白蟻的重要前提。吳有民等[17]對白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測距離和環(huán)境耐用范圍進(jìn)行了測試，結(jié)果表明，該系統(tǒng)在監(jiān)測樁1.5 m范圍內(nèi)，高濕度、高溫和低溫條件下均可以正常工作，且監(jiān)測效果可達(dá)到95%以上。楊楠等[18]在共青城漿潭聯(lián)圩部分堤段開展了白蟻智能監(jiān)測試驗，應(yīng)用效果良好。Nanda等[19]利用支持向量分類和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法構(gòu)建了一種基于聲溫信號的白蟻識別檢測系統(tǒng)，用以檢測白蟻和估計白蟻數(shù)量。此外，一些學(xué)者對白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，開發(fā)出了基于“電磁感應(yīng)非環(huán)路通斷”技術(shù)[20]、Zigbee[21]、GIS[22]和Boruta包[23]的白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)雖然在監(jiān)測試驗和軟件開發(fā)上有較好的表現(xiàn)，但易受極端天氣的影響，且在應(yīng)用上還處于起步階段，亟需在實際工程應(yīng)用中檢測其效果。

1 白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)

目前，白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)主要采用傳感器、無線通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理算法等技術(shù)手段。其中，傳感器可以安裝在水利工程中白蟻可能出現(xiàn)的通道上，用于感知白蟻的活動情況；無線通信技術(shù)可以將傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器進(jìn)行處理和分析；數(shù)據(jù)處理算法則可以根據(jù)實時監(jiān)測結(jié)果生成預(yù)警信息，提醒用戶采取相應(yīng)的防治措施。智能傳感器主要有兩種傳感方法：一種是利用白蟻取食餌料的習(xí)性，在餌料內(nèi)設(shè)置電路，若電路遭到破壞則表明有白蟻；另一種則是監(jiān)測空氣中二氧化碳體積分?jǐn)?shù)的變化，若二氧化碳體積分?jǐn)?shù)增加，則說明附近有白蟻[24]。

白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)的原理是選擇白蟻喜食的食物及“滅殺餌劑”作為誘餌，將其埋入地下，一旦白蟻取食，即可通過交哺行為的傳播達(dá)到殺滅整巢白蟻的目的。白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)主要包括具有強引誘效果的中空木棒和放置在中空處的“滅殺餌劑”，將二者組合的餌劑棒固定在監(jiān)測誘殺裝置內(nèi)，按要求安裝在水利堤壩的需保護(hù)區(qū)域。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，工作人員可利用移動監(jiān)測設(shè)備實時查看各個監(jiān)測點的白蟻活動情況，根據(jù)不同情況采取具體的白蟻防治措施。

白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)的架構(gòu)主要由前端誘集監(jiān)測部分、中間傳輸存儲部分和中心處理警示部分組成，具體架構(gòu)見圖1。

（1）前端誘集監(jiān)測部分。一般設(shè)置在白蟻危害區(qū)域，包括誘集檢測單元和監(jiān)測單元。前者主要利用誘餌引誘白蟻，并監(jiān)測集群白蟻的干擾信號；后者主要對該信號進(jìn)行傳輸和處理。

（2）中間傳輸存儲部分。主要用來連接前端誘集監(jiān)測部分和中心處理警示部分，負(fù)責(zé)傳輸實地監(jiān)測的干擾信號，并保存和備份相關(guān)的信號數(shù)據(jù)。

（3）中心處理警示部分。此部分是整個智能監(jiān)測的終端系統(tǒng)，負(fù)責(zé)接收和轉(zhuǎn)換干擾信號，及時預(yù)警集群白蟻的動態(tài)，提前采取相應(yīng)防治措施。

圖2為白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)組成。為應(yīng)對雷暴雨天氣的影響，本次使用的白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)在原有智能監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入了防雷設(shè)備。同時，蓄電池和太陽能電池板極大地增強了電池續(xù)航能力，提高了監(jiān)測系統(tǒng)的持久性。另外，系統(tǒng)采用電磁感應(yīng)非環(huán)路通斷技術(shù)和遙感GPS定位技術(shù)，不僅具備良好的防水性（IP68等級）和抗干擾性，還可以在后臺衛(wèi)星圖上定位，自動監(jiān)測，提供精確完整、實時的蟻情數(shù)據(jù)，在實際工程項目應(yīng)用中具有良好的發(fā)展前景。

2 實際應(yīng)用

父子嶺水庫位于湖北省黃岡市浠水縣，是一座以灌溉為主的?。?）型水庫。總庫容291.34萬m3，設(shè)計灌溉面積6 700畝。在湖北省2022年小型水庫安全監(jiān)測能力提升試點項目的指導(dǎo)下，針對白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)在白蟻危害監(jiān)測和防治安全的應(yīng)用開展相應(yīng)的研究。

2.1 實施工藝

白蟻智能檢測系統(tǒng)的實施主要包括監(jiān)測點的布局設(shè)計、誘集檢測單元的安裝布置以及移動終端的連接等。監(jiān)測點主要設(shè)置在水庫大壩坡面以及蟻源區(qū)等易出現(xiàn)白蟻的地方。誘集檢測單元包括誘集監(jiān)測管和誘集檢測件：①誘集監(jiān)測管由監(jiān)測管外層、內(nèi)層和頂蓋組成，其中外層使用誘集物引誘白蟻，內(nèi)層和頂蓋使用餌劑誘殺白蟻，并搭配誘集監(jiān)測件進(jìn)行監(jiān)測。4%克蟻星粉劑和0.03%克蟻星毒餌按1∶1.5～1∶3.3的比例配制餌劑藥物，兩者有效成分均為伊維菌素。②誘集檢測件由檢測棒和檢測儀組成，前者可引誘白蟻并通過導(dǎo)電粉末材料層產(chǎn)生異動電信號，后者可將異動電信號傳輸給監(jiān)測單元。工作人員在移動終端的幫助下，可以實時查看各個監(jiān)測單元傳來的信息，判斷白蟻活動情況。

圖3為誘集監(jiān)測管示意圖。外殼以圓筒狀為主，管壁一般設(shè)有取食孔，便于管內(nèi)檢測棒（或餌劑）發(fā)揮效用以及工作人員的日常檢查。不同的監(jiān)測管產(chǎn)品主要在外殼容積和取食孔形狀上有所差異，本項目監(jiān)測管尺寸為130 mm×180 mm，外形圓筒型，底部為圓錐形。當(dāng)工作人員日常檢查發(fā)現(xiàn)白蟻時，可直接在內(nèi)層放入餌劑，避免操作監(jiān)測管外層而驚擾白蟻的行為，從而使白蟻餌劑更好地發(fā)揮傳播和滅殺功能。

2.2 應(yīng)用效果

為了探究白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)的實際應(yīng)用效果，父子嶺水庫管理單位在水庫大壩背水面、迎水面等常見白蟻活動區(qū)域安裝了相應(yīng)的白蟻誘集監(jiān)測裝置，共設(shè)置100個監(jiān)測點，具體布置如圖4所示（見圖4中紅點）。在每個監(jiān)測點位置，需開挖深25 cm、寬20 cm的凹槽，布設(shè)監(jiān)測管。監(jiān)測管一般平行于壩軸線布設(shè)，間距設(shè)為5～10 m，需布置2排以上時，采用梅花型布置。

2023年6月，白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)投入運行，開始進(jìn)行白蟻實時監(jiān)測，每周上傳一次數(shù)據(jù)供相關(guān)人員分析。除去誤報漏報情況，系統(tǒng)已接收水庫監(jiān)測裝置上報數(shù)據(jù)69個，監(jiān)測準(zhǔn)確率達(dá)90%以上。如白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)于2023年7月27日在1#-4#監(jiān)測裝置附近發(fā)現(xiàn)白蟻信號，現(xiàn)場勘測發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有被白蟻啃食痕跡，且有大量白蟻活動跡象。工作人員迅速采取相應(yīng)措施，進(jìn)行滅蟻防治處理，預(yù)防了白蟻入侵。另外，監(jiān)測裝置運行1個月實際耗電量在10%以內(nèi)，具備良好的續(xù)航能力?？梢?，該系統(tǒng)作為白蟻智能監(jiān)測數(shù)據(jù)管理平臺的主要感知手段，能為及時監(jiān)測和防治白蟻提供有力保障。

相比傳統(tǒng)白蟻餌站等防治系統(tǒng)，白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)大大減少了人工成本，提高了白蟻監(jiān)測效率，具有實時監(jiān)測、耗費人力少和滅蟻效率高的特點。在出現(xiàn)集群白蟻后，該系統(tǒng)監(jiān)測裝置可監(jiān)測白蟻異動電信號，經(jīng)傳輸器將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至平臺進(jìn)行報警，相關(guān)人員可以及時采取防治措施，避免錯過投放餌劑的最佳時間，從而更快速地滅殺白蟻，提高白蟻防治效率。

與傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方法相比，白蟻智能監(jiān)測應(yīng)用具有以下幾個優(yōu)勢。

（1）實時性強。通過傳感器采集數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)白蟻的活動情況，達(dá)到精準(zhǔn)監(jiān)測、高效環(huán)保的目的，切實提高水利工程的安全監(jiān)測能力。

（2）自動化程度高。整個監(jiān)測過程不需要人工干預(yù)，減少了人力成本和時間消耗，提高了水利工程的運行管理水平。

（3）可擴展性強?？梢愿鶕?jù)實際需求增加或減少傳感器數(shù)量和位置，靈活適應(yīng)不同的監(jiān)測場景，達(dá)到全方位、全覆蓋監(jiān)測。

（4）數(shù)據(jù)分析能力強。通過對大量數(shù)據(jù)的分析和挖掘，可以發(fā)現(xiàn)潛在的白蟻活動規(guī)律和趨勢，為防治工作提供科學(xué)依據(jù)。

3 結(jié)束語與展望

白蟻危害的隱蔽性、反復(fù)性和長期性導(dǎo)致水利工程白蟻防治任務(wù)障礙重重。白蟻防治將從以化學(xué)防治和人工監(jiān)測為主的傳統(tǒng)模式逐漸向白蟻綜合治理模式轉(zhuǎn)變。白蟻智能監(jiān)測控制技術(shù)具有實時高效、綠色環(huán)保的特點，可以綜合物理化學(xué)防治、生物防治等多種方法，結(jié)合具體場景和白蟻種類等，有針對性地配合使用，更有效地控制白蟻危害。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，白蟻智能監(jiān)測系統(tǒng)將會有更廣闊的應(yīng)用前景。具體來說，可以從以下幾個方面進(jìn)行展望：

（1）數(shù)據(jù)共享平臺建設(shè)。通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享平臺，將不同地區(qū)的白蟻監(jiān)測數(shù)據(jù)整合起來，形成全面的白蟻分布圖譜，為科學(xué)研究和政策制定提供支持。

（2）人工智能技術(shù)應(yīng)用。結(jié)合人工智能技術(shù)，實現(xiàn)更加精準(zhǔn)的白蟻識別和分類，提高監(jiān)測效率和準(zhǔn)確性。

（3）移動端應(yīng)用開發(fā)。隨著智能手機和平板電腦的普及，可以開發(fā)出專門的移動端應(yīng)用程序，方便用戶隨時隨地進(jìn)行監(jiān)測和管理。

（4）多層次防護(hù)體系構(gòu)建。除了針對建筑物本身的防治措施外，還可以從生態(tài)平衡、環(huán)境治理等多個層面入手，構(gòu)建起多層次的防護(hù)體系。

（5）結(jié)合“數(shù)字孿生”技術(shù)，構(gòu)建白蟻防治運行管理平臺，依靠一張底圖，擴展一個平臺，積累一庫數(shù)據(jù)，更加規(guī)范地開展防治工作。

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Application of Intelligent Termite Monitoring System in Termite Control

of Fuziling Reservoir

ZHANG Xu1，ZHANG Feng1，JIANG Lai2，LIU Luguang2，CHEN Longjia1

（1.Key Laboratory of Termite Control of Ministry of Water Resources，Dam Safety Monitoring and Termite Control Center of Hubei Provincial Department of Water Resources，Wuhan 430064，China；2. Hubei Water Resources and Hydropower Science and Technology Promotion Center，Hubei Water Resources Research Institute，Wuhan 430070，China）

Abstract：Intelligent termite monitoring system has gradually become an important tool in termite hazard control with its real-time efficiency，green and sustainable characteristics. This paper introduces the principle architecture and characteristics of intelligent termite monitoring system，illustrates the implementation process and application effect of intelligent termite monitoring system with the Fuziling Reservoir as an example. In addition，it analyzes the development prospects of intelligent termite monitoring system. Relevant results can serve as a reference for the monitoring，early warning，prevention and control of termite hazard in water conservancy projects.

Key words：termite control；intelligent monitoring；monitoring and early warning；Fuziling reservoir