基于AI技術(shù)松材線蟲病智能識(shí)別方案-飛燕遙感林區(qū)普查

松樹是當(dāng)今我國(guó)推進(jìn)美麗中國(guó)和生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)程中，眾多重要生態(tài)區(qū)、自然保護(hù)地的主要樹種。但我國(guó)多達(dá)9億畝的松科植物資源目前正遭受著體長(zhǎng)約1毫米、肉眼看不見的松材線蟲的威脅和危害。被松材線蟲感染后的松樹，針葉黃褐色或紅褐色，萎蔫下垂，樹脂分泌停止，整株干枯死亡，最終腐爛。

松材線蟲病具有致病力強(qiáng)、傳播快、治理難度大的特征，一旦松林感染，將造成毀滅性打擊。因此，松材線蟲病被列為國(guó)際性檢疫對(duì)象之一。2021年 7月國(guó)家林業(yè)和草原局《全國(guó)松材線蟲病疫情防控五年攻堅(jiān)行動(dòng)計(jì)劃（2021-2025）》，2022年9月國(guó)家林業(yè)和草原局發(fā)布了《松材線蟲病防治技術(shù)方案（2022年版）》，指導(dǎo)各地科學(xué)精準(zhǔn)系統(tǒng)做好松材線蟲病疫情防控工作。為此，飛燕遙感推出了基于AI技術(shù)松材線蟲病智能識(shí)別方案。

一、AI松材線蟲病智能識(shí)別方案

(一)AI智能識(shí)別設(shè)計(jì)

利用無人機(jī)、大飛機(jī)等監(jiān)測(cè)平臺(tái)采集林區(qū)數(shù)據(jù)，依托自主研發(fā)識(shí)別AI算法，構(gòu)建人工智能數(shù)據(jù)樣本庫，覆蓋多時(shí)期、多樹種多脅迫等樣本數(shù)據(jù)，以支撐高性能算法模型的訓(xùn)練和識(shí)別。

(二)AI智能識(shí)別流程

1.上傳數(shù)據(jù)，上傳待識(shí)別區(qū)域正射影像數(shù)據(jù)，上傳完成后分割處理多幅圖像。

2.識(shí)別處理，設(shè)置處理參數(shù)（模型權(quán)重、置信度），對(duì)模型權(quán)重初始化，調(diào)整置信度的值；設(shè)置完成后開始進(jìn)行自動(dòng)化識(shí)別處理。

3.成果導(dǎo)出，AI松材線蟲病識(shí)別完成后生成帶標(biāo)識(shí)成果圖和疑似疫木坐標(biāo)表。

二、AI智能識(shí)別方案特點(diǎn)

松材線蟲病死樹出現(xiàn)的高峰期在每年的8—10月份，一株松樹感染松材線蟲病最快40天左右就會(huì)死亡。飛燕遙感AI智能識(shí)別方案具有監(jiān)測(cè)速度快、識(shí)別準(zhǔn)確率高、實(shí)施成本低的特點(diǎn)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)松樹異常情況，確保疫情早發(fā)現(xiàn)、早除治。

(一)監(jiān)測(cè)速度快

空域協(xié)調(diào)能力強(qiáng)。飛燕遙感在航空領(lǐng)域深耕20年，開創(chuàng)了一套獨(dú)有的實(shí)施方案——評(píng)估-規(guī)劃-實(shí)施-監(jiān)控-總結(jié)，能夠及時(shí)抓住可飛天氣，在有效時(shí)間內(nèi)進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)和秋季專項(xiàng)調(diào)查，航飛效率提升30%。

航攝設(shè)備先進(jìn)，數(shù)據(jù)采集效率高。飛燕遙感擁有10臺(tái)先進(jìn)航攝設(shè)備及多套旋翼和固定翼無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)，其中大幅面高精度UCE相機(jī)像素達(dá)2.6億；全國(guó)僅有的2臺(tái)RIEGL1560i，發(fā)射頻率2000Hz，30個(gè)激光點(diǎn)/平方米；自主研發(fā)AIMS多模態(tài)航攝儀，一次性采集多源數(shù)據(jù)（下視影像2.8億像素、傾斜影像8.8億像素、點(diǎn)云數(shù)據(jù)200萬點(diǎn)/秒、高光譜影像分辨率5nm），完全滿足各種場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)采集要求......

高光譜遙感以其強(qiáng)大的光譜敏感性(納米級(jí)的窄通道）能夠探測(cè)到植被在病蟲害侵害早期與健康植被的細(xì)微光譜差異，為森林病蟲害的早期監(jiān)測(cè)預(yù)警提供了可能。通過AIMS多模態(tài)航攝儀獲取高分辨率的影像數(shù)據(jù)、多光譜數(shù)據(jù)及點(diǎn)云數(shù)據(jù)，時(shí)空同步的多源數(shù)據(jù)融合，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)，利用林業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)庫進(jìn)行訓(xùn)練，可以做到單木級(jí)別的松材線蟲染病樹木的自動(dòng)化提取?；跇颖菊{(diào)查、目視解譯、圖像識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等方法解決林業(yè)病蟲害方面的需求。

(二)識(shí)別準(zhǔn)確率高

1.豐富的樣本庫

樣本是松材線蟲精準(zhǔn)識(shí)別重要的一環(huán)，樣本采集除了參考了樣本分類標(biāo)準(zhǔn)收集松樹的各個(gè)時(shí)期樣本（健康狀態(tài)、初期狀態(tài)、中期狀態(tài)、晚期狀態(tài)）外，還充分考慮樹種（黑松、馬尾松等）、其它病蟲害、脅迫等因素。

2.先進(jìn)的識(shí)別模型

飛燕AI識(shí)別診斷模型，聚焦于中后期松材線蟲病的識(shí)別。采用先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)算法開發(fā)松材線蟲病害智能識(shí)別模型，通過大量樣本學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)松材線蟲病害樹木的快速、準(zhǔn)確識(shí)別，同時(shí)利用邊緣計(jì)算等算法確定病樹位置，從而提高松材線蟲病害防治效率和精準(zhǔn)度。

(三)實(shí)施成本低

傳統(tǒng)松材線蟲害防治工作，以人工地面普查為主，大范圍的林區(qū)普查需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。飛燕智能識(shí)別診斷平臺(tái)依托飛燕的采集優(yōu)勢(shì)，對(duì)林區(qū)數(shù)據(jù)定期采集，同時(shí)利用遙感解譯、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，高效識(shí)別、定位病木位置分布，為林區(qū)工作人員疫木除治提供依據(jù)。

得益于獲取多角度的傾斜影像，樹木在房屋遮擋的位置也可以提取

三、應(yīng)用場(chǎng)景案例

(一)林區(qū)重點(diǎn)區(qū)域巡查監(jiān)測(cè)預(yù)警

2022版松材線蟲病防治技術(shù)方案明確要求對(duì)林區(qū)重點(diǎn)區(qū)域應(yīng)該加強(qiáng)巡查頻次。根據(jù)文件要求飛燕遙感提出“無人機(jī)機(jī)巢+識(shí)別算法+平臺(tái)”一體化智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)的解決方案。通過無人機(jī)巡查監(jiān)測(cè)的方式，實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)展示，做到早發(fā)現(xiàn)早處置，最大程度降低人力成本，提升巡檢效率。

福建某地區(qū)智能識(shí)別監(jiān)測(cè)成果

(二)林區(qū)大范圍的專項(xiàng)普查

普查工作對(duì)全域的松林以及松木加工企業(yè)、木材市場(chǎng)、在建工地和設(shè)備包裝物棄放地、單位和居民住所周邊以及人為活動(dòng)頻繁的林地等區(qū)域進(jìn)行全面調(diào)查。通過大飛機(jī)優(yōu)勢(shì)大范圍高效采集、智能識(shí)別診斷及時(shí)全面掌握疫情發(fā)生情況和防控成效，為科學(xué)決策和制定下一年度防治方案提供支撐。

PWD（松材線蟲病）在0.5以上，基本可以確定是染病樹木