林业病虫害监测预警方面的研究范文

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摘要：对林业病虫害监测预警能够对病虫害进行有效的预防，在林业生产上有较为重要的应用价值。主要从林业病虫害监测预警的方法、无人机航空影像在林业有害生物监测预警的应用等方面进行阐述，对存在的问题以及未来发展进行分析展望。

关键词：林业；病虫害；监测预警；技术

1林业病虫害监测预警的重要性

林业常发的病虫害发生范围、危害程度以及病虫的数量种群变化情况，一方面受生物学和生态学的相关影响，另一方面也受整个生态系统中自然因素和人类活动的共同影响。这些影响因素在不同时期、不同地区以不同的方式作用于森林的病虫害，产生不同程度的影响，且林业病虫大多具有繁衍速度快的特点，若未能及时发现隐患并采取措施，极有可能在短时间内大面积爆发，影响到大片林业地区，届时再进行治理就相对困难[1]。在这样的背景下，如若我们缺乏对林业病虫害发生现状及影响范围的全面了解，缺乏对病虫害发生演变规律的掌握，就无法对其进行动态预测，也无法针对性的制定防治措施和开展森林检疫工作，因此，林业健康状况和病虫害的监测预警就显得尤为重要。林业病虫害监测预警的实施目的在于：全面查清病虫种类、数量及其确切的分布区域、危害程度等状况，更好的确定防治目标，编制适宜的防治计划，为有效防治提供基本信息资料；直接为控制森林病虫害提供决策依据。对森林病虫害的预防和治理以及森林的有效管理与维护都具有举足轻重的意义和影响。

2监测预警的主要方法

2.1检测技术

2.1.1地面检测技术1）诱捕法调查监测技术根据害虫的生理特征和分布规律，制定合适的方法进行诱捕，目前主要的诱捕法分为性诱围捕法、光亮围捕法、食物诱惑围捕法等。2）地面远程监测技术主要是通过雷达技术，对害虫施行动态监控和追踪，并将监测结果通过网络直接传输到视频设备中，进行直观的动态呈现，直接通过视频播放就可观测害虫迁飞的全过程，并通过传感器对监测区域的林木生长情况进行信息搜集和分析，以此作为林木健康现状的凭证。3）地面自动监测技术通过害虫监测报警灯、地面生物捕捉器等工具，对林业的地面情况进行实施监测，通过远程技术，对地面病虫的移动、繁衍等状况进行实时监测。4）GPS与GIS技术的应用利用全球定位系统（GlobalPositioningSystem,GPS）和地理信息系统（GeographicInformationSystem,GIS），对森林的病虫害现状情况进行调查和监测，并在此基础上对监测结果进行数据分析，监测结果数据化，便于更直观更准确的掌握森林的病虫害情况[2]。

2.1.2遥感监测技术林业病虫害的爆发会导致树木叶子中的活性细胞含量、水分储存量、叶绿素含量等元素的减少，同时使得整个林木群所具有的光谱特性减弱，尤其是对光线和温度的吸收强度和反射强度，大大减少了林木对阳光中所含蓝光、红光、红外波等的吸收和反射性能，这些变化都会直接反映在无人机航拍影像中。利用遥感技术感知这一系列变化，直接反映在航拍影像上，再通过图像处理和分析技术，运用地理学和植物学知识，达到对林业病虫害进行监测的目的。1）空基平台遥感监测无人机航空拍摄和遥感监测技术主要包括航空目视勾绘、航空拍摄和影像生成等内容，随着航空技术的发展和成本的降低，目视勾绘技术已经过时，新的信息技术已被运用于无人机航拍遥感中，例如GIS和GPS技术，大大提高了无人机刚拍制动测绘的性能和效率，使得信息的生成和提取更加快速，进一步降低了航拍遥感在林业病虫害监测中的成本。2）天基平台遥感监测所谓的天基平台遥感监测就是利用卫星技术，对地球上的资源状况进行拍照记录，并通过对卫星生成照片中的树林冠顶的光谱分布和变化情况进行对照比较，得出分析结论。随着科学技术的发展，遥感技术中的分辨率越来越高，拍摄中的图片也越来越清晰。除此之外，还有光谱分析技术、参数成图技术、数学技术、图像处理与识别分析技术以及大家比较熟知的GIS的广泛应用，使得人类对森林病虫害的遥感监测变得越来越容易实现，图片分辨率的提升和识别技术的发展也使得卫星拍摄图片的分析结果越来越准确，对森林病虫害情况的掌握也就越来越精准。3）地基平台遥感监测除了远程视频监测之外，雷达遥感对害虫的迁徙途径进行监测，获得令人满意的监测结果[3-4]。

2.1.3监测数据处理技术就传统的林业有害生物监测的数据处理技术而言，大多是采用统计学方法，将搜集到的数据进行集中分析和处理。但随着数学研究的深入和科学技术的发展，在林业病虫害监测中，对数据分析和处理又相继引入了聚类分析、实践序列分析、灰色分析、神经网络分析等方法，相较于前者而言，方法更全面。再将计算机网络技术与数据分析处理相结合，实行自动化分析，大大提高了病虫害监测数据的时效性。目前，我国林业局已完成了对林业病虫害信息数据库和处理系统的开发，实实在在的解决了基层监测单位数据处理和查看利用的难题。1）国家级中心测报点基础数据库在我国目前建立的基于WebGIS的数据库基础上，国家中心测报点将通过网络将其他测报点基本信息集中，随着数据库的扩展、相应的应用开发以及森林医院网站的建设，还可实现远程咨询，培训，诊断和其他功能。2）森林病虫害信息处理系统随着科学技术的发展，国家林业局也顺应科技潮流趋势，运用网络信息技术建立了专门用于森林病虫害监测、防治和管理的信息系统，主要由森林病虫害管理软件和病虫害防治信息中心处理网站两部分组成。从而使得森林病虫害监测情况的传达和治理工作的开展更加有效率。通过将所有数据上载到统一的平台，实现资源共享，大大提升了森林病虫害监测和防治工作的智能化、自动化和信息化水平。3）研制监测预报工具软件国家林业局结合网络信息技术建立的病虫害监测汇报软件和相关网络系统平台已成为森林病虫害监测预报最主要的工具软件。各个地区将监测到数据及时上传到数据库，国家级研究中心可以在数据库中查找到最新数据，从而对森林病虫害的实际情况进行分析，得出的结论为相关管理单位做出正确的治理和改进措施提供了必要支撑。而网络信息化及时的使用也大大缩减了各地区呈报数据的周期，加快了病虫害结果的产生时效，提高病虫害监测治理工作的效率和质量。

2.1.4监测技术的集成传统森林病虫害监测预报主要依据地面人力调查，技术手段落后，劳动强度大，效率和预测精度不高。现代森林病虫害监测调查，在积极利用遥感技术的同时，也整合了自动化工厂提出的地学监测调查，性信息素圈闭监测调查技术，以及GPS和GIS技术，我国也在利用“森林病虫害预报软件”进行综合监测信息处理推广，大大提高了森林病虫害监测预警水平。

2.2预警技术

2.2.1预报技术随着科学及时的日新月异，尤其是信息网络技术的发展和普及，使得林业的病虫害监测预警工作已经初步实现了网络化。但部分欠发达地区依然存在存在传统的电视预报和纸质预报等方式，网络与计算机的使用程度较低。对此，我国于2006年组建了“林业生物灾害监测预报专家咨询组”，主要针对我国目前的林业病虫害监测预警工作中存在问题进行改进，力求建立完善的监测预报机制，普及相关监测技术，确保在重大事故面前能快速做出准确有效的科学决策。从2007年以来，国家林业局建立与气象局的合作，共同推广“林业生物灾害预警信息”，向社会公众大力宣传林业灾害的预警服务。2009年建立了专门用于森林病虫害防治服务工作的网络平台———森林医院（NEHN），为全国各地如何开展病虫害监测预警、森林健康检疫、灾难防治等工作的应急处理进行统一指导，有效推进了林业病虫害防治工作的顺利开展。

2.2.2预警技术所谓的预警即在对当前的森林病虫害情况监测的基础上，根据一定的规律对病虫未来可能产生的危害和影响范围等信息进行预判预报的一种技术。预警对于林业的灾害管理而言，具有非常重要的作用。对病虫害的潜在威胁做出预警，有利于林业管理部门及时建立科学的应急预案和工作决策，规范林业管理工作[5-7]。2.3精细化监测预报技术2006年,张国庆提出了生物灾害“双精”管理（PrecisionMonitor,PrecisionManagement，2P）理论，2010年张国庆又在《生物灾害管理理论研究与生物灾害精确管理》和《生物灾害学》等文中，将“双精”管理理论提升为精确管理理论，其中就包括了森林病虫害的精密监测，也即森林病虫害的精细化监测预报[8-11]。对林业所产生病虫害的监测预报，需要一定的生物学和生态学理论基础，通过对长期监测数据的整合，结合不同病虫害的种类和生物特性，构建森林病虫害变化发展情况与环境各项因素之间相互影响的关系模型，从而对森林的病虫害情况进行预测预警。针对林业的病虫害监测预警，既要做到“精”，也要做到“细”。具体而言，即在对病虫害数据进行准确监测的基础上，还需要对监测时间、地域范围等方面进行精确的分析和判断，最大程度的满足森林病虫害防治工作的需要。

3无人机航空影像在林业有害生物发生危害方面的监测预警应用进展

中国内地无人机防治技术首先起步于农作物病虫害防治,并取得良好效果。截止目前，我国主要生产植物生态保护类无人机的企业达到数百家，未来还将逐步增多。无人机制造技术将更加先进，相关使用性能也将更加丰富，在林业保护中的运用也将更加密集和广泛。无人机测绘和病虫害监测技术，不仅能对森林进行实时监控和全面了解，还能加强对病虫害的防治和火灾监测的效率，极大的提高了树木的存活率，提高林业的经济效益。此外，无人机属于事先设定飞行路线的一种设备，具有自动化和远程控制功能[12]。与其他飞行器相比，无人机的远程侦测方法更安全、部署更弹性，成本也相对低一些，可以数十平方公里范围内工作。最近几年，随着科学技术的日新月异，无人机航拍遥感、地理测绘、田野实地调查的智能化和数据分析处理等技术也得到长足发展[13]。并在地理勘测、气象变化观测、自然灾害预警、民政救灾、林农业保护等方面得到广泛运用。单就林业而言，较多的运用于森林防火[14]、林业资源调查[15]和病虫害监测[16]，极大的提高了这些领域工作的专业性和完成效率，然而，当前我国的林业病虫害监测预警技术尚处于初级阶段，广东、天津、浙江等省份都先后引进了新的技术，相关专家学者也进行了专门的研究[17]。整合了无人机航空拍摄和遥感技术的各项优点，并将其与林业病虫害实际情况调查、数据搜集汇总、分析处理等工作要求密切联系，在此基础上提出自己的改进意见作为研究结论，力求对林业病虫害的监测更加精准，对枯死的树木位置进行准确定位。随着计算机网络技术的日渐发达和卫星航空技术的不断发展，无人机监测预警技术必将得到进一步飞跃式发展，运用也会更加广泛。

4存在问题

当前，我国对森林的病虫害监测预警水平虽然得到一定程度的发展，但监测预警工作仍然存在诸多问题。一是监测管理还不够规范，迟报、漏报现象时有发生，从而影响数据信息的汇总、分析[18]。二是在执行报告制度方面还存在不足，特别是在利用森林病虫害防治信息系统上报病虫情况时与上级的要求还存在差距[19]。三是测报经费严重不足，没有固定的投入渠道，尤其是没有列入森林生态效益补助经费的行政地区，测报工作易陷入瘫痪状态[20]。四是随着新的突发性病虫种类的不断增加，我国的森林病虫监测预警工作任务将越来越繁重。为此，需引起各级政府和林业主管部门的高度重视以保护林业健康发展。

5未来展望

第一，针对现有的监测预警技术，进一步研究和完善相关技术和设施设备的功能与作用，并在此基础上着重对病虫害的新增种类及其生态特性进行研究和分析，预测病虫害的影响范围，制定科学有效的监测机制，并选择合适的技术进行推广运用。要根据森林病虫害监测预警向多学科发展，加强生态学、生物学、环境学、植物学等跨学科合作，推动现有的监测预警技术由关注病虫个体向关注种群变化、系统生态等方向转变发展[21]。第二，在不可预估的未来，我国林业的病虫害监测预警工作开展的重点主要在于运用现代信息化基础，推动林业病虫害数字信息化监测预警平台的构建，实现监测预警工作的数字化和信息化，实时记录监测数据，形成病虫害数据库，为生态学、植物学等各类研究提供必要的数据支撑，也为林业监测预警技术的发展提供技术支持，为突发事件提供科学决策的必要依据，有效保障森林安全，实现生态系统的平衡[22]。第三，未来的研究重点还将集中在监测预警技术的研究，例如计算机和网络技术、3S技术、无人机航拍监测技术等，加强对病虫害地面信息和空中信息的搜集、分析的准确性，找准病因，才能对应正确的防治办法。目前，我国的无人机测绘技术尚处于初级阶段，如同嗷嗷待哺的幼儿，需要持续研究和不断完善。未来也将加大对无人机测绘技术的研究与开发，使其达到林业病虫害监测预警的实际要求，适应林业管理和维护的需要。为实现森林病虫害的可持续控灾提供科技支撑。

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作者：郭诗华1；黄梦琦2；李卓群2；李婧姝2 单位：1.千景空间科技有限公司，2.福建农林大学