在田間地頭拍蟲子的，居然是“程序猿”？探秘神奇的“蟲臉識(shí)別”

我們?cè)谏弦黄恼隆逗οx：咋吃個(gè)飯還能暴露身份證號(hào)呢》中介紹了“蟲臉識(shí)別”的原理，在這篇文章中，我們將繼續(xù)探秘“蟲臉識(shí)別”，探尋科學(xué)家們的趣味故事，并且為你解讀更多有意思的“黑科技”。

在田間地頭拍蟲子的，居然是“程序猿”？

有一群“程序猿”，他們不在電腦面前敲代碼，卻在田間地頭拍蟲子，每天研究這些蟲子的形態(tài)。他們?yōu)楹文菢樱磕銘?yīng)該猜到了，他們就是研究“蟲臉識(shí)別”的科學(xué)家。

這些人幾乎全都是研究人工智能的專家，在剛開(kāi)始研究這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)極少，他們都會(huì)走進(jìn)水稻田，戴著草帽，穿著長(zhǎng)袖、長(zhǎng)褲和雨靴，埋頭拍攝。這一拍，就是整整三年。他們一頭扎進(jìn)田間，冬天寒風(fēng)刺骨，夏天烈陽(yáng)高照，他們無(wú)一例外都在田間工作。

科學(xué)家們?cè)谔镩g采集數(shù)據(jù) （圖片來(lái)源：作者）

直到最后一年，當(dāng)數(shù)據(jù)量足夠時(shí)，科學(xué)家們才開(kāi)始進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)分析、整理以及算法和模型的研發(fā)。僅僅在一年之內(nèi)，他們就產(chǎn)出了大量高質(zhì)量的學(xué)術(shù)成果。花了這么多年，他們的付出終于有了收獲。

筆者就是這個(gè)團(tuán)隊(duì)的一員，從人臉識(shí)別到“蟲臉識(shí)別”，筆者的選擇源于對(duì)病蟲害智能識(shí)別領(lǐng)域的興趣，更源于用技術(shù)為農(nóng)業(yè)乃至社會(huì)做貢獻(xiàn)的使命。我國(guó)的第二、第三產(chǎn)業(yè)的智能化已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，但是我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，在第一產(chǎn)業(yè)上，智能化、信息化水平還在很初級(jí)的階段。研發(fā)“蟲臉識(shí)別”等技術(shù)，助力第一產(chǎn)業(yè)的智能化建設(shè)，是科研人員的責(zé)任。

聽(tīng)我說(shuō)謝謝你，因?yàn)橛心?，害蟲都現(xiàn)形

“蟲臉識(shí)別”技術(shù)能夠服務(wù)的人群很廣泛。

首先就是農(nóng)民和種糧大戶。他們因?yàn)槌Ｄ旮?，也能夠識(shí)別一些害蟲，但識(shí)別的種類很有限?！跋x臉識(shí)別”技術(shù)能夠幫助他們識(shí)別不認(rèn)識(shí)的害蟲，告訴他們蟲害在什么時(shí)候可能發(fā)生，在什么情況下需要防治等。這樣一來(lái)，他們就可以做到及時(shí)、精準(zhǔn)的施藥，避免延誤最佳用藥時(shí)間或是出現(xiàn)盲目用藥的情況，對(duì)保障糧食安全及保護(hù)土壤都有很大的好處。

其次就是植物保護(hù)專家。植物保護(hù)專家是由專業(yè)人員組成的專家團(tuán)隊(duì)，會(huì)周期性地對(duì)所管轄范圍內(nèi)的田地進(jìn)行調(diào)查工作，上報(bào)當(dāng)前地區(qū)的作物是否出現(xiàn)嚴(yán)重的病害蟲害，是否有可能會(huì)導(dǎo)致傳染的遷飛性害蟲出現(xiàn)，及時(shí)對(duì)當(dāng)前管轄區(qū)域內(nèi)的作物的情況進(jìn)行評(píng)估以及對(duì)周邊進(jìn)行預(yù)警。

當(dāng)前的田間測(cè)報(bào)工作，主要是由他們親自下田去完成。我們國(guó)家田間專業(yè)人員的數(shù)量相比于廣闊的種植面積而言極其稀少，因此這是一項(xiàng)人力成本特別高且效率特別低下的工作，“蟲臉識(shí)別”技術(shù)能夠提高植物保護(hù)人員田間調(diào)查病害蟲害的效率，讓他們快速獲得田間病蟲害的信息，以此快速推斷蟲害的規(guī)模與級(jí)別，從而進(jìn)行合理的、全局的判斷。

專業(yè)人員在進(jìn)行害蟲信息采集 （圖片來(lái)源：作者）

病蟲害的發(fā)生是跟節(jié)氣、氣候相關(guān)的，每種蟲害發(fā)生的時(shí)間不一樣，比如有些蟲害在小麥上可能只有在五、六月發(fā)生，有些蟲害可能只在七、八月發(fā)生。因此對(duì)田間病蟲害的調(diào)查是貫穿作物生長(zhǎng)始終的，從莊稼播種那一刻起，就要開(kāi)始進(jìn)行田間調(diào)查工作，一直到收割完，調(diào)查工作才算結(jié)束。

天氣是引發(fā)蟲害的重要因素。經(jīng)常下雨就可能會(huì)引發(fā)蟲害，干旱則蟲害相對(duì)較少，臺(tái)風(fēng)天有可能會(huì)出現(xiàn)遷飛性害蟲……而病害更需要關(guān)注的是作物的生長(zhǎng)周期，因?yàn)椴『σ话銜?huì)發(fā)生在某些關(guān)鍵的周期，在這個(gè)窗口期內(nèi)需不需了解病害發(fā)生程度以確定是否要防治，植物保護(hù)專家就要借助“蟲臉識(shí)別”技術(shù)給出具體的建議。

“蟲臉識(shí)別”技術(shù)當(dāng)前最主要的應(yīng)用是在安徽省。從2016年開(kāi)始，由全國(guó)農(nóng)業(yè)推廣中心聯(lián)合安徽省植?？傉鞠蛉珖?guó)4個(gè)省市進(jìn)行推廣應(yīng)用，在2018年擴(kuò)大到6個(gè)省市（安徽省、江西省、河南省、湖南省、湖北省、山東?。?，因此，這是一項(xiàng)惠及全國(guó)的人工智能技術(shù)。

大仙算命不可信，“機(jī)器算蟲”快來(lái)了

預(yù)測(cè)蟲害這件事，在做，未來(lái)還會(huì)更好。

中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機(jī)械研究所與其他機(jī)構(gòu)合作，研發(fā)測(cè)報(bào)裝置，現(xiàn)在最成功的案例就是田間的固定式害蟲測(cè)報(bào)燈。它相當(dāng)于在田間安放了光誘燈，用光把害蟲誘來(lái)后，自動(dòng)對(duì)捕獲到的害蟲進(jìn)行周期性拍照，并使用人工智能技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別，遠(yuǎn)程確認(rèn)害蟲的種類與數(shù)量。測(cè)報(bào)燈的重點(diǎn)害蟲識(shí)別率能達(dá)到75%~80%，對(duì)于非常重要的害蟲可能可以達(dá)到90%。

測(cè)報(bào)燈下的害蟲 （圖片來(lái)源：作者）

除了這類即時(shí)的預(yù)測(cè)，科學(xué)家們正在向更長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)這個(gè)方向努力?；蛟S現(xiàn)在需要人工在田間采集樣本、使用數(shù)學(xué)回歸算法構(gòu)建模型測(cè)算、人工進(jìn)行模型補(bǔ)充與維護(hù)的工作，未來(lái)將通過(guò)無(wú)人設(shè)備或者是更加智能化的輔助設(shè)備來(lái)完成。那時(shí)再利用先進(jìn)的人工智能技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的快速迭代害蟲發(fā)生預(yù)測(cè)模型，幫助科學(xué)家們更快更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)病蟲害。

相信不久的將來(lái)，人工智能就可以根據(jù)已經(jīng)識(shí)別的數(shù)據(jù)，真正做到對(duì)田間蟲害或病害進(jìn)行中、短期預(yù)測(cè)，針對(duì)明后天或是下周可能出現(xiàn)的害蟲，提前發(fā)出災(zāi)害預(yù)警，更好地服務(wù)于農(nóng)民們提前準(zhǔn)備，保護(hù)農(nóng)業(yè)作物免受病蟲害影響，讓農(nóng)產(chǎn)品的食品安全再上一個(gè)臺(tái)階。

“黑科技”來(lái)啦，不再“汗滴禾下土”！

中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機(jī)械研究所在智慧農(nóng)業(yè)這個(gè)命題上，做到了全方位的“黑科技”覆蓋。

在信息收集方面，通過(guò)空、天、地三方協(xié)同來(lái)進(jìn)行整體的農(nóng)業(yè)綜合信息收集?！跋x臉識(shí)別”等技術(shù)偏向于“地”，而在“空”中，當(dāng)前的技術(shù)已經(jīng)可以用空間的多光譜來(lái)對(duì)田間苗情進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷當(dāng)前作物的長(zhǎng)勢(shì)、生長(zhǎng)期和周圍雜草的生長(zhǎng)情況。在“天”方面，主要是遙感氣象以及對(duì)整個(gè)作物生長(zhǎng)全局上的大尺度判斷。

在土壤檢測(cè)方面，以往的土壤檢測(cè)都需要人工挖土，送到檢測(cè)中心，經(jīng)過(guò)一周的時(shí)間來(lái)檢測(cè)土壤中的有機(jī)質(zhì)以及有害的重金屬含量，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果來(lái)指導(dǎo)農(nóng)民如何施肥。

現(xiàn)在已經(jīng)有一些比較成型的設(shè)備，如快速高通量測(cè)土機(jī)器人等，能完全模擬人的檢測(cè)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)幾十種樣本的同時(shí)檢測(cè)，提高檢測(cè)效率。另外還有快速檢測(cè)設(shè)備，只要在田間采集一些土壤，就可以快速地檢查土壤重點(diǎn)成分的含量。這兩項(xiàng)技術(shù)都服務(wù)于廣大農(nóng)民，能夠極大降低土壤檢測(cè)成本，為精準(zhǔn)施肥提供重要的參考。

測(cè)土機(jī)器人 （圖片來(lái)源：中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機(jī)械研究所官網(wǎng)）

在后期工作上，有課題組也在做農(nóng)殘檢測(cè)的研究。通過(guò)一張?jiān)嚰垼诙潭處追昼娨詢?nèi)就可以知道這批水果和蔬菜里面有沒(méi)有農(nóng)殘超標(biāo)，能在生產(chǎn)端為整個(gè)市場(chǎng)提供更加安全的食品保障。

結(jié)語(yǔ)

從“蟲臉識(shí)別”到全方位的智慧農(nóng)業(yè)，科學(xué)家們把汗水揮灑在田間地頭，用堅(jiān)忍不拔的科學(xué)精神克服一個(gè)個(gè)困難，為農(nóng)民、農(nóng)業(yè)乃至社會(huì)貢獻(xiàn)了科技力量。相信在不久的將來(lái)，科學(xué)家們會(huì)為我們推出具有更多功能的“黑科技”，讓我們拭目以待！

作者：杜健銘

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