基于AI技術松材線蟲病智能識别方案-飛(fēi)燕遙感林(lín)區(qū)普查

發布日期：2023-09-12 09:44 浏覽量：4303

松樹是當今我國推進美(měi)麗中國和(hé)生态文明(míng)建設進程中，衆多(duō)重要生态區(qū)、自然保護地的(de)主要樹種。但我國多(duō)達9億畝的(de)松科植物(wù)資源目前正遭受著(zhe)體長(cháng)約1毫米、肉眼看不見的(de)松材線蟲的(de)威脅和(hé)危害。被松材線蟲感染後的(de)松樹，針葉黃(huáng)褐色或紅褐色，萎蔫下(xià)垂，樹脂分(fēn)泌停止，整株幹枯死亡，最終腐爛。

松材線蟲病具有緻病力強、傳播快(kuài)、治理(lǐ)難度大(dà)的(de)特征，一旦松林(lín)感染，将造成毀滅性打擊。因此，松材線蟲病被列爲國際性檢疫對(duì)象之一。2021年 7月(yuè)國家林(lín)業和(hé)草(cǎo)原局《全國松材線蟲病疫情防控五年攻堅行動計劃（2021-2025）》，2022年9月(yuè)國家林(lín)業和(hé)草(cǎo)原局發布了(le)《松材線蟲病防治技術方案（2022年版）》，指導各地科學精準系統做(zuò)好松材線蟲病疫情防控工作。爲此，飛(fēi)燕遙感推出了(le)基于AI技術松材線蟲病智能識别方案。

一、AI松材線蟲病智能識别方案

(一)AI智能識别設計

利用(yòng)無人(rén)機、大(dà)飛(fēi)機等監測平台采集林(lín)區(qū)數據，依托自主研發識别AI算(suàn)法，構建人(rén)工智能數據樣本庫，覆蓋多(duō)時(shí)期、多(duō)樹種多(duō)脅迫等樣本數據，以支撐高(gāo)性能算(suàn)法模型的(de)訓練和(hé)識别。

(二)AI智能識别流程

1.上傳數據，上傳待識别區(qū)域正射影(yǐng)像數據，上傳完成後分(fēn)割處理(lǐ)多(duō)幅圖像。

2.識别處理(lǐ)，設置處理(lǐ)參數（模型權重、置信度），對(duì)模型權重初始化(huà)，調整置信度的(de)值；設置完成後開始進行自動化(huà)識别處理(lǐ)。

3.成果導出，AI松材線蟲病識别完成後生成帶标識成果圖和(hé)疑似疫木(mù)坐(zuò)标表。

二、AI智能識别方案特點

松材線蟲病死樹出現的(de)高(gāo)峰期在每年的(de)8—10月(yuè)份，一株松樹感染松材線蟲病最快(kuài)40天左右就會死亡。飛(fēi)燕遙感AI智能識别方案具有監測速度快(kuài)、識别準确率高(gāo)、實施成本低的(de)特點，能夠及時(shí)發現松樹異常情況，确保疫情早發現、早除治。

(一)監測速度快(kuài)

空域協調能力強。飛(fēi)燕遙感在航空領域深耕20年，開創了(le)一套獨有的(de)實施方案——評估-規劃-實施-監控-總結，能夠及時(shí)抓住可(kě)飛(fēi)天氣，在有效時(shí)間内進行日常監測和(hé)秋季專項調查，航飛(fēi)效率提升30%。

航攝設備先進，數據采集效率高(gāo)。飛(fēi)燕遙感擁有10台先進航攝設備及多(duō)套旋翼和(hé)固定翼無人(rén)機傾斜攝影(yǐng)系統，其中大(dà)幅面高(gāo)精度UCE相機像素達2.6億；全國僅有的(de)2台RIEGL1560i，發射頻(pín)率2000Hz，30個(gè)激光(guāng)點/平方米；自主研發AIMS多(duō)模态航攝儀，一次性采集多(duō)源數據（下(xià)視影(yǐng)像2.8億像素、傾斜影(yǐng)像8.8億像素、點雲數據200萬點/秒、高(gāo)光(guāng)譜影(yǐng)像分(fēn)辨率5nm），完全滿足各種場(chǎng)景下(xià)的(de)數據采集要求......

高(gāo)光(guāng)譜遙感以其強大(dà)的(de)光(guāng)譜敏感性(納米級的(de)窄通(tōng)道）能夠探測到植被在病蟲害侵害早期與健康植被的(de)細微光(guāng)譜差異，爲森林(lín)病蟲害的(de)早期監測預警提供了(le)可(kě)能。通(tōng)過AIMS多(duō)模态航攝儀獲取高(gāo)分(fēn)辨率的(de)影(yǐng)像數據、多(duō)光(guāng)譜數據及點雲數據，時(shí)空同步的(de)多(duō)源數據融合，結合機器學習(xí)，利用(yòng)林(lín)業領域的(de)知識庫進行訓練，可(kě)以做(zuò)到單木(mù)級别的(de)松材線蟲染病樹木(mù)的(de)自動化(huà)提取。基于樣本調查、目視解譯、圖像識别、機器學習(xí)、深度學習(xí)等方法解決林(lín)業病蟲害方面的(de)需求。

(二)識别準确率高(gāo)

1.豐富的(de)樣本庫

樣本是松材線蟲精準識别重要的(de)一環，樣本采集除了(le)參考了(le)樣本分(fēn)類标準收集松樹的(de)各個(gè)時(shí)期樣本（健康狀态、初期狀态、中期狀态、晚期狀态）外，還(hái)充分(fēn)考慮樹種（黑(hēi)松、馬尾松等）、其它病蟲害、脅迫等因素。

2.先進的(de)識别模型

飛(fēi)燕AI識别診斷模型，聚焦于中後期松材線蟲病的(de)識别。采用(yòng)先進的(de)深度學習(xí)算(suàn)法開發松材線蟲病害智能識别模型，通(tōng)過大(dà)量樣本學習(xí)，從而實現對(duì)松材線蟲病害樹木(mù)的(de)快(kuài)速、準确識别，同時(shí)利用(yòng)邊緣計算(suàn)等算(suàn)法确定病樹位置，從而提高(gāo)松材線蟲病害防治效率和(hé)精準度。

(三)實施成本低

傳統松材線蟲害防治工作，以人(rén)工地面普查爲主，大(dà)範圍的(de)林(lín)區(qū)普查需要耗費大(dà)量的(de)人(rén)力、物(wù)力和(hé)财力。飛(fēi)燕智能識别診斷平台依托飛(fēi)燕的(de)采集優勢，對(duì)林(lín)區(qū)數據定期采集，同時(shí)利用(yòng)遙感解譯、大(dà)數據、人(rén)工智能等技術，高(gāo)效識别、定位病木(mù)位置分(fēn)布，爲林(lín)區(qū)工作人(rén)員(yuán)疫木(mù)除治提供依據。

得(de)益于獲取多(duō)角度的(de)傾斜影(yǐng)像，樹木(mù)在房(fáng)屋遮擋的(de)位置也(yě)可(kě)以提取

三、應用(yòng)場(chǎng)景案例

(一)林(lín)區(qū)重點區(qū)域巡查監測預警

2022版松材線蟲病防治技術方案明(míng)确要求對(duì)林(lín)區(qū)重點區(qū)域應該加強巡查頻(pín)次。根據文件要求飛(fēi)燕遙感提出“無人(rén)機機巢+識别算(suàn)法+平台”一體化(huà)智能監測平台的(de)解決方案。通(tōng)過無人(rén)機巡查監測的(de)方式，實時(shí)采集、實時(shí)分(fēn)析、實時(shí)展示，做(zuò)到早發現早處置，最大(dà)程度降低人(rén)力成本，提升巡檢效率。

福建某地區(qū)智能識别監測成果

(二)林(lín)區(qū)大(dà)範圍的(de)專項普查

普查工作對(duì)全域的(de)松林(lín)以及松木(mù)加工企業、木(mù)材市場(chǎng)、在建工地和(hé)設備包裝物(wù)棄放地、單位和(hé)居民住所周邊以及人(rén)爲活動頻(pín)繁的(de)林(lín)地等區(qū)域進行全面調查。通(tōng)過大(dà)飛(fēi)機優勢大(dà)範圍高(gāo)效采集、智能識别診斷及時(shí)全面掌握疫情發生情況和(hé)防控成效，爲科學決策和(hé)制定下(xià)一年度防治方案提供支撐。