在田間地頭拍蟲子的，居然是“程序猿”？探秘神奇的“蟲臉識別”

我們在上一篇文章《害蟲：咋吃個飯還能暴露身份證號呢》中介紹了“蟲臉識別”的原理，在這篇文章中，我們將繼續(xù)探秘“蟲臉識別”，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?？你?yīng)該猜到了，他們就是研究“蟲臉識別”的科學(xué)家。

這些人幾乎全都是研究人工智能的專家，在剛開始研究這項技術(shù)時，由于實驗數(shù)據(jù)極少，他們都會走進水稻田，戴著草帽，穿著長袖、長褲和雨靴，埋頭拍攝。這一拍，就是整整三年。他們一頭扎進田間，冬天寒風(fēng)刺骨，夏天烈陽高照，他們無一例外都在田間工作。

科學(xué)家們在田間采集數(shù)據(jù) （圖片來源：作者）

直到最后一年，當(dāng)數(shù)據(jù)量足夠時，科學(xué)家們才開始進行大規(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?；诉@么多年，他們的付出終于有了收獲。

筆者就是這個團隊的一員，從人臉識別到“蟲臉識別”，筆者的選擇源于對病蟲害智能識別領(lǐng)域的興趣，更源于用技術(shù)為農(nóng)業(yè)乃至社會做貢獻的使命。我國的第二、第三產(chǎn)業(yè)的智能化已經(jīng)達到了很高的水平，但是我國作為農(nóng)業(yè)大國，在第一產(chǎn)業(yè)上，智能化、信息化水平還在很初級的階段。研發(fā)“蟲臉識別”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。

聽我說謝謝你，因為有你，害蟲都現(xiàn)形

“蟲臉識別”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。他們因為常年耕作，也能夠識別一些害蟲，但識別的種類很有限。“蟲臉識別”技術(shù)能夠幫助他們識別不認識的害蟲，告訴他們蟲害在什么時候可能發(fā)生，在什么情況下需要防治等。這樣一來，他們就可以做到及時、精準的施藥，避免延誤最佳用藥時間或是出現(xiàn)盲目用藥的情況，對保障糧食安全及保護土壤都有很大的好處。

其次就是植物保護專家。植物保護專家是由專業(yè)人員組成的專家團隊，會周期性地對所管轄范圍內(nèi)的田地進行調(diào)查工作，上報當(dāng)前地區(qū)的作物是否出現(xiàn)嚴重的病害蟲害，是否有可能會導(dǎo)致傳染的遷飛性害蟲出現(xiàn)，及時對當(dāng)前管轄區(qū)域內(nèi)的作物的情況進行評估以及對周邊進行預(yù)警。

當(dāng)前的田間測報工作，主要是由他們親自下田去完成。我們國家田間專業(yè)人員的數(shù)量相比于廣闊的種植面積而言極其稀少，因此這是一項人力成本特別高且效率特別低下的工作，“蟲臉識別”技術(shù)能夠提高植物保護人員田間調(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)模與級別，從而進行合理的、全局的判斷。

專業(yè)人員在進行害蟲信息采集 （圖片來源：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。因此對田間病蟲害的調(diào)查是貫穿作物生長始終的，從莊稼播種那一刻起，就要開始進行田間調(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)常下雨就可能會引發(fā)蟲害，干旱則蟲害相對較少，臺風(fēng)天有可能會出現(xiàn)遷飛性害蟲……而病害更需要關(guān)注的是作物的生長周期，因為病害一般會發(fā)生在某些關(guān)鍵的周期，在這個窗口期內(nèi)需不需了解病害發(fā)生程度以確定是否要防治，植物保護專家就要借助“蟲臉識別”技術(shù)給出具體的建議。

“蟲臉識別”技術(shù)當(dāng)前最主要的應(yīng)用是在安徽省。從2016年開始，由全國農(nóng)業(yè)推廣中心聯(lián)合安徽省植保總站向全國4個省市進行推廣應(yīng)用，在2018年擴大到6個省市（安徽省、江西省、河南省、湖南省、湖北省、山東?。虼?，這是一項惠及全國的人工智能技術(shù)。

大仙算命不可信，“機器算蟲”快來了

預(yù)測蟲害這件事，在做，未來還會更好。

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機械研究所與其他機構(gòu)合作，研發(fā)測報裝置，現(xiàn)在最成功的案例就是田間的固定式害蟲測報燈。它相當(dāng)于在田間安放了光誘燈，用光把害蟲誘來后，自動對捕獲到的害蟲進行周期性拍照，并使用人工智能技術(shù)對圖像進行識別，遠程確認害蟲的種類與數(shù)量。測報燈的重點害蟲識別率能達到75%~80%，對于非常重要的害蟲可能可以達到90%。

測報燈下的害蟲 （圖片來源：作者）

除了這類即時的預(yù)測，科學(xué)家們正在向更長期的預(yù)測這個方向努力?；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)建模型測算、人工進行模型補充與維護的工作，未來將通過無人設(shè)備或者是更加智能化的輔助設(shè)備來完成。那時再利用先進的人工智能技術(shù)，就可以實現(xiàn)自動化的快速迭代害蟲發(fā)生預(yù)測模型，幫助科學(xué)家們更快更準確地預(yù)測病蟲害。

相信不久的將來，人工智能就可以根據(jù)已經(jīng)識別的數(shù)據(jù)，真正做到對田間蟲害或病害進行中、短期預(yù)測，針對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)民們提前準備，保護農(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臺階。

“黑科技”來啦，不再“汗滴禾下土”！

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

在信息收集方面，通過空、天、地三方協(xié)同來進行整體的農(nóng)業(yè)綜合信息收集?！跋x臉識別”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對田間苗情進行監(jiān)測，判斷當(dāng)前作物的長勢、生長期和周圍雜草的生長情況。在“天”方面，主要是遙感氣象以及對整個作物生長全局上的大尺度判斷。

在土壤檢測方面，以往的土壤檢測都需要人工挖土，送到檢測中心，經(jīng)過一周的時間來檢測土壤中的有機質(zhì)以及有害的重金屬含量，依據(jù)檢測結(jié)果來指導(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，如快速高通量測土機器人等，能完全模擬人的檢測動作，實現(xiàn)幾十種樣本的同時檢測，提高檢測效率。另外還有快速檢測設(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成分的含量。這兩項技術(shù)都服務(wù)于廣大農(nóng)民，能夠極大降低土壤檢測成本，為精準施肥提供重要的參考。

測土機器人 （圖片來源：中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機械研究所官網(wǎng)）

在后期工作上，有課題組也在做農(nóng)殘檢測的研究。通過一張試紙，在短短幾分鐘以內(nèi)就可以知道這批水果和蔬菜里面有沒有農(nóng)殘超標，能在生產(chǎn)端為整個市場提供更加安全的食品保障。

結(jié)語

從“蟲臉識別”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，用堅忍不拔的科學(xué)精神克服一個個困難，為農(nóng)民、農(nóng)業(yè)乃至社會貢獻了科技力量。相信在不久的將來，科學(xué)家們會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

本文來源于“科學(xué)大院“公眾號，轉(zhuǎn)載請注明公眾號出處