林草有害生物信息系統(tǒng)研發(fā)的背景

林草有害生物是指對森林（林木）和草原有害的任何植物、動(dòng)物或者病原體的種、株（品系）或生物型，包括害蟲、病原微生物、害鼠（兔）和有害植物。多年來，林草有害生物的發(fā)生和危害日趨嚴(yán)重，已經(jīng)成為影響生態(tài)文明建設(shè)的重要制約因子之一，被稱為“不冒煙的森林火災(zāi)”。

做好林草有害生物的防控工作，監(jiān)測預(yù)報(bào)是基礎(chǔ)和關(guān)鍵。利用計(jì)算機(jī)設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、軟件和地理信息技術(shù)構(gòu)建林草有害生物監(jiān)測預(yù)報(bào)防治系統(tǒng)可以更快捷高效的報(bào)送數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確及時(shí)的分析林草有害生物的發(fā)生情況，利用這些數(shù)據(jù)是制定防控預(yù)案的基礎(chǔ)，也是進(jìn)行林草有害生物綜合治理的先決條件。

標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是測報(bào)防治信息資源共享業(yè)務(wù)協(xié)同的基礎(chǔ)和前提

林草有害生物包括害蟲等四個(gè)大分類，每個(gè)分類又都由不同的種類構(gòu)成。首先要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行具體分類，可以參考《GBT 15628.1—2009 中國動(dòng)物分類代碼 第1部分：脊椎動(dòng)物》、《GBT 15775-2011 森林植物害蟲分類與代碼》、《GB/T 15161-94 林業(yè)資源分類與代碼林木病害》、《GB/T 14467-93 中國植物分類與代碼》對具體病蟲進(jìn)行編碼。其他元數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)也應(yīng)參考相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如《GB/T2260-2007 中華人民共和國行政區(qū)劃代碼》、《GB/T10114-2003縣以下行政區(qū)劃代碼編制規(guī)則》、《LY/T 2516-2015 林業(yè)有害生物監(jiān)測預(yù)報(bào)技術(shù)規(guī)范》、《LY/T 1681-2006 林業(yè)有害生物發(fā)生及成災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)》等。通過標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的基礎(chǔ)庫，可以規(guī)范后續(xù)的業(yè)務(wù)和報(bào)表工作，也為以后多信息系統(tǒng)之間進(jìn)行信息資源共享、業(yè)務(wù)對接協(xié)同提供了可能，避免成為一個(gè)個(gè)的信息孤島。

引入空間數(shù)據(jù)加強(qiáng)測報(bào)防治和指揮決策工作的直觀性

林草有害生物監(jiān)測預(yù)報(bào)防治空間數(shù)據(jù)包括幾種，一是基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，包括行政區(qū)劃、地名、河流、道路等基礎(chǔ)信息。二是業(yè)務(wù)空間及屬性數(shù)據(jù)，包括林地、草地地塊位置，林班、小班區(qū)域，林地類型、樹種、樹齡等屬性信息和林地（草地）的影像圖片信息。以及發(fā)生病蟲的地塊位置區(qū)域，發(fā)生的面積、病蟲種類，嚴(yán)重程度、損失情況等屬性信息。

通過對空間數(shù)據(jù)的引入，一方面可以更直觀的填報(bào)和查看的病蟲害發(fā)生的實(shí)時(shí)情況，另外也方便對區(qū)域病蟲害和林草數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和報(bào)表，對防治工作進(jìn)行計(jì)劃和調(diào)度。另一方面也可以通過長時(shí)間積累的數(shù)據(jù)，進(jìn)行時(shí)空演變分析林草發(fā)展的趨勢、動(dòng)態(tài)和病蟲害防治成效，指導(dǎo)制定相應(yīng)的決策，對未來林草的發(fā)展有著重要的指導(dǎo)意義。

通過無人機(jī)低空航拍為系統(tǒng)提供更加清晰、動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)

引入空間數(shù)據(jù)后，可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等AI算法對空間地物及動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行識(shí)別。雖然智能模型算法可以通過不斷輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬學(xué)習(xí)訓(xùn)練，提高識(shí)別準(zhǔn)確率。但是衛(wèi)星影像和高空航空影像圖片精度不夠會(huì)影像智能模型對地物的識(shí)別，需要低空無人機(jī)航拍提供更清晰的影像圖片以獲取準(zhǔn)確度更高的結(jié)果。另外季節(jié)不同的圖片地面目標(biāo)也會(huì)產(chǎn)生不同的變化，也需要無人機(jī)低空拍攝不同時(shí)期的圖片，對影像數(shù)據(jù)庫進(jìn)行補(bǔ)充。

研發(fā)預(yù)測模型是利用測報(bào)數(shù)據(jù)為病蟲害防治工作提供更好的支持

預(yù)測是在林草有害生物發(fā)生前，準(zhǔn)確地推測其未來一定時(shí)期發(fā)生的可能性和發(fā)展趨勢。包括對林草有害生物發(fā)生期預(yù)測、發(fā)生量預(yù)測和維護(hù)程度及發(fā)生范圍測試三個(gè)方面。發(fā)生期預(yù)測主要包括生物學(xué)方法（發(fā)育進(jìn)度、有效積溫）、物理方法（燈誘技術(shù)）和化學(xué)方法（信息素誘測、趨性誘測）、物候?qū)W方法（流行的季節(jié)變化、流行年份的變化）等。發(fā)生量預(yù)測主要包括有效蟲口基數(shù)、生物氣候圖、經(jīng)驗(yàn)指數(shù)、昆蟲形態(tài)指標(biāo)等方法。一般通過對歷史數(shù)據(jù)的掌握加上影響因子的不斷積累。使用經(jīng)驗(yàn)公式、時(shí)間序列、多元回歸、馬爾可夫鏈、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)學(xué)方法結(jié)合林草有害生物業(yè)務(wù)歷史數(shù)據(jù)、影響因子進(jìn)行預(yù)測工作，生成預(yù)測結(jié)果指導(dǎo)林草有害生物制定防治計(jì)劃和防治實(shí)施工作。

利用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備積累蟲情數(shù)據(jù)，提高自動(dòng)化水平

隨著現(xiàn)代化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的發(fā)展，部分工作可以通過聯(lián)網(wǎng)設(shè)備自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)程序接口進(jìn)行匯總和歸類，代替人工的調(diào)查、錄入和數(shù)據(jù)整理工作。例如病蟲害預(yù)測模型需要?dú)庀髷?shù)據(jù)的支持，可以通過氣象站百葉箱、多要素小型氣象站自動(dòng)采集必要的氣象數(shù)據(jù)，作為病蟲害預(yù)測的因子數(shù)據(jù)。病蟲害發(fā)生期預(yù)測需要不同時(shí)期的蟲情數(shù)據(jù)的支持，可以通過聯(lián)網(wǎng)誘蟲燈、蟲情測報(bào)燈等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。利用這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以有效減少人工調(diào)查工作量，同時(shí)為未來病蟲害的研究和預(yù)測積累了大量的歷史數(shù)據(jù)，奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

可視化分析是測報(bào)防治和指揮決策的工作手段

日常采集林草病蟲害發(fā)生防治數(shù)據(jù)和林草地塊影像圖的變化，可以通過軟件技術(shù)進(jìn)行表格化和數(shù)字化。對于這些工作成果，需要認(rèn)真研究、科學(xué)分析、積極主動(dòng)加以應(yīng)對，形成科學(xué)有效、系統(tǒng)規(guī)范的林草有害生物防治管理體系?？梢暬兄诎褮v年復(fù)雜、繁瑣的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、歸納總結(jié)，形成直觀可視的成果。利用計(jì)算機(jī)算法代替人工整理、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)工作，并按業(yè)務(wù)需求分析病蟲害構(gòu)成情況、發(fā)生趨勢、發(fā)生面積、擴(kuò)散地域、防治效果、成災(zāi)情況等專題。為林草病蟲害防控工作的計(jì)劃、組織、指揮、協(xié)調(diào)提供決策參考?？刂屏植莶∠x害發(fā)生的面積、發(fā)生的區(qū)域，減輕危害程度，避免嚴(yán)重的林草自然災(zāi)害應(yīng)急狀況的發(fā)生。

信息安全是系統(tǒng)運(yùn)行和持續(xù)發(fā)展的重要保障

信息系統(tǒng)在提供林草有害生物測報(bào)防治工作的同時(shí)，積累了大量的信息資源，信息資源作為一種重要的生產(chǎn)要素和無形資產(chǎn)，也存在信息安全方面的風(fēng)險(xiǎn)。信息安全主要包括三個(gè)要素，一是保密性，確保信息在存儲(chǔ)、使用、傳輸過程中不會(huì)泄漏給非授權(quán)用戶或?qū)嶓w。 二是完整性，確保信息在存儲(chǔ)、使用、傳輸過程中不會(huì)被非授權(quán)篡改，防止非授權(quán)用戶或?qū)嶓w不恰當(dāng)?shù)匦薷男畔?，保持信息?nèi)部和外部的一致性。三是可用性，確保授權(quán)用戶或?qū)嶓w對信息及資源的正常使用不會(huì)被異常拒絕，允許其可靠而及時(shí)地訪問信息及資源。系統(tǒng)運(yùn)行除了要做好設(shè)備維護(hù)、軟件運(yùn)維、數(shù)據(jù)安全備份外，也要防范來自于病毒、黑客等方面的侵襲和攻擊，保護(hù)計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)不因偶然和惡意的原因而遭到破壞、更改和泄露。可以在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采用身份認(rèn)證、密碼管理、設(shè)備備份、冗余存儲(chǔ)、容災(zāi)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)加密、升級(jí)系統(tǒng)補(bǔ)丁、訪問權(quán)限控制、病毒木馬監(jiān)控等技術(shù)手段進(jìn)行防控，避免造成信息安全事故。