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浅谈构建基于GIS的林草有害生物监测预报防治信息系统的几点思路

2021-10-27 16:39:15 32 发布:中科北纬


林草有害生物信息系统研发的背景

林草有害生物是指对森林(林木)和草原有害的任何植物、动物或者病原体的种、株(品系)或生物型,包括害虫、病原微生物、害鼠(兔)和有害植物。多年来,林草有害生物的发生和危害日趋严重,已经成为影响生态文明建设的重要制约因子之一,被称为“不冒烟的森林火灾”。

做好林草有害生物的防控工作,监测预报是基础和关键。利用计算机设备、监测设备、网络、软件和地理信息技术构建林草有害生物监测预报防治系统可以更快捷高效的报送数据,更准确及时的分析林草有害生物的发生情况,利用这些数据是制定防控预案的基础,也是进行林草有害生物综合治理的先决条件。



标准化基础数据是测报防治信息资源共享业务协同的基础和前提

林草有害生物包括害虫等四个大分类,每个分类又都由不同的种类构成。首先要按照相关标准进行具体分类,可以参考《GBT 15628.1—2009 中国动物分类代码 第1部分:脊椎动物》、《GBT 15775-2011 森林植物害虫分类与代码》、《GB/T 15161-94 林业资源分类与代码林木病害》、《GB/T 14467-93 中国植物分类与代码》对具体病虫进行编码。其他元数据设计也应参考相应的国家标准或行业标准,例如《GB/T2260-2007 中华人民共和国行政区划代码》、《GB/T10114-2003县以下行政区划代码编制规则》、《LY/T 2516-2015 林业有害生物监测预报技术规范》、《LY/T 1681-2006 林业有害生物发生及成灾标准》等。通过标准化数据结构建立的基础库,可以规范后续的业务和报表工作,也为以后多信息系统之间进行信息资源共享、业务对接协同提供了可能,避免成为一个个的信息孤岛。



引入空间数据加强测报防治和指挥决策工作的直观性

林草有害生物监测预报防治空间数据包括几种,一是基础地理信息数据,包括行政区划、地名、河流、道路等基础信息。二是业务空间及属性数据,包括林地、草地地块位置,林班、小班区域,林地类型、树种、树龄等属性信息和林地(草地)的影像图片信息。以及发生病虫的地块位置区域,发生的面积、病虫种类,严重程度、损失情况等属性信息。

通过对空间数据的引入,一方面可以更直观的填报和查看的病虫害发生的实时情况,另外也方便对区域病虫害和林草数据进行汇总和报表,对防治工作进行计划和调度。另一方面也可以通过长时间积累的数据,进行时空演变分析林草发展的趋势、动态和病虫害防治成效,指导制定相应的决策,对未来林草的发展有着重要的指导意义。



通过无人机低空航拍为系统提供更加清晰、动态的基础空间数据

引入空间数据后,可以通过神经网络等AI算法对空间地物及动态变化进行识别。虽然智能模型算法可以通过不断输入数据进行模拟学习训练,提高识别准确率。但是卫星影像和高空航空影像图片精度不够会影像智能模型对地物的识别,需要低空无人机航拍提供更清晰的影像图片以获取准确度更高的结果。另外季节不同的图片地面目标也会产生不同的变化,也需要无人机低空拍摄不同时期的图片,对影像数据库进行补充。



研发预测模型是利用测报数据为病虫害防治工作提供更好的支持

预测是在林草有害生物发生前,准确地推测其未来一定时期发生的可能性和发展趋势。包括对林草有害生物发生期预测、发生量预测和维护程度及发生范围测试三个方面。发生期预测主要包括生物学方法(发育进度、有效积温)、物理方法(灯诱技术)和化学方法(信息素诱测、趋性诱测)、物候学方法(流行的季节变化、流行年份的变化)等。发生量预测主要包括有效虫口基数、生物气候图、经验指数、昆虫形态指标等方法。一般通过对历史数据的掌握加上影响因子的不断积累。使用经验公式、时间序列、多元回归、马尔可夫链、神经网络等数学方法结合林草有害生物业务历史数据、影响因子进行预测工作,生成预测结果指导林草有害生物制定防治计划和防治实施工作。



利用物联网监测设备积累虫情数据,提高自动化水平

随着现代化物联网设备的发展,部分工作可以通过联网设备自动采集数据,利用计算机程序接口进行汇总和归类,代替人工的调查、录入和数据整理工作。例如病虫害预测模型需要气象数据的支持,可以通过气象站百叶箱、多要素小型气象站自动采集必要的气象数据,作为病虫害预测的因子数据。病虫害发生期预测需要不同时期的虫情数据的支持,可以通过联网诱虫灯、虫情测报灯等设备进行数据收集。利用这些物联网设备可以有效减少人工调查工作量,同时为未来病虫害的研究和预测积累了大量的历史数据,奠定扎实的基础。



可视化分析是测报防治和指挥决策的工作手段

日常采集林草病虫害发生防治数据和林草地块影像图的变化,可以通过软件技术进行表格化和数字化。对于这些工作成果,需要认真研究、科学分析、积极主动加以应对,形成科学有效、系统规范的林草有害生物防治管理体系。可视化有助于把历年复杂、繁琐的数据进行统计分析、归纳总结,形成直观可视的成果。利用计算机算法代替人工整理、计算、统计工作,并按业务需求分析病虫害构成情况、发生趋势、发生面积、扩散地域、防治效果、成灾情况等专题。为林草病虫害防控工作的计划、组织、指挥、协调提供决策参考。控制林草病虫害发生的面积、发生的区域,减轻危害程度,避免严重的林草自然灾害应急状况的发生。



信息安全是系统运行和持续发展的重要保障

信息系统在提供林草有害生物测报防治工作的同时,积累了大量的信息资源,信息资源作为一种重要的生产要素和无形资产,也存在信息安全方面的风险。信息安全主要包括三个要素,一是保密性,确保信息在存储、使用、传输过程中不会泄漏给非授权用户或实体。 二是完整性,确保信息在存储、使用、传输过程中不会被非授权篡改,防止非授权用户或实体不恰当地修改信息,保持信息内部和外部的一致性。三是可用性,确保授权用户或实体对信息及资源的正常使用不会被异常拒绝,允许其可靠而及时地访问信息及资源。系统运行除了要做好设备维护、软件运维、数据安全备份外,也要防范来自于病毒、黑客等方面的侵袭和攻击,保护计算机硬件、软件、数据不因偶然和恶意的原因而遭到破坏、更改和泄露。可以在系统架构设计时,采用身份认证、密码管理、设备备份、冗余存储、容灾存储、数据加密、升级系统补丁、访问权限控制、病毒木马监控等技术手段进行防控,避免造成信息安全事故。


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