宋偵東陳美云管云許益鐫李慎磊張明亮

(1.廣州瑞豐生物科技有限公司，廣東 廣州 510663；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)紅火蟻研究中心，廣東 廣州 510642；3.深圳市農(nóng)業(yè)科技促進(jìn)中心，廣東 深圳 518172)

紅火蟻(Solenopsis invictaBuren)是全國(guó)農(nóng)林業(yè)植物檢疫對(duì)象[1]，也是世界公認(rèn)的百種最具危險(xiǎn)性入侵物種之一，先后入侵了美國(guó)、澳大利亞、中國(guó)、日本等國(guó)家[2]。自2004年入侵我國(guó)大陸后，已對(duì)我國(guó)南方大部分地區(qū)的居民生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物多樣性和公共設(shè)施造成較大威脅[3]。紅火蟻的擴(kuò)散蔓延受自身生物學(xué)、適生環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等綜合因素的影響[4]，因此隨著國(guó)內(nèi)貿(mào)易的增加，紅火蟻隨苗木和草坪等帶土植物的運(yùn)輸頻繁地進(jìn)行遠(yuǎn)距離擴(kuò)散[5,6]。目前，隨著我國(guó)生態(tài)、環(huán)境建設(shè)快速發(fā)展，攜帶紅火蟻傳播途徑的相關(guān)產(chǎn)業(yè)也迅速發(fā)展[4]，因此準(zhǔn)確和快速地對(duì)紅火蟻的發(fā)生情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)對(duì)于其早期根除和區(qū)域防控具有重要意義[1,7]。

傳統(tǒng)的紅火蟻監(jiān)測(cè)主要通過(guò)目視法調(diào)查蟻丘數(shù)和通過(guò)餌劑誘集檢測(cè)紅火蟻工蟻數(shù)量[5]。作業(yè)人員需要用紙質(zhì)的表格對(duì)紅火蟻數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，再將紙質(zhì)版數(shù)據(jù)輸入電腦，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析。數(shù)據(jù)分析時(shí)，由數(shù)據(jù)錄入人員填寫(xiě)到電子表格中，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出紅火蟻發(fā)生面積、發(fā)生程度，同時(shí)需要將紅火蟻活蟻巢定位信息(經(jīng)度和緯度信息)錄入到專業(yè)的地圖軟件，最終形成紅火蟻發(fā)生分布圖。然而這種做法需要耗費(fèi)大量的人力和物力，并且對(duì)于發(fā)生面積計(jì)算難度大，且數(shù)據(jù)零散，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性也難以反映紅火蟻發(fā)生動(dòng)態(tài)，同時(shí)也不便于管理部門(mén)監(jiān)督。

針對(duì)以上問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了“紅火蟻云采集”，一款基于位置的服務(wù)(Location Based Service,LBS)和移動(dòng)智能終端的用于紅火蟻數(shù)據(jù)智能采集和分析的微信小程序，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、便捷、可視化地開(kāi)展紅火蟻監(jiān)測(cè)普查(發(fā)生面積、發(fā)生等級(jí)、精準(zhǔn)定位、疫情評(píng)估)、防控?fù)錃?防控跟蹤、效果評(píng)價(jià)、防控監(jiān)理、藥劑溯源)、隨手拍(全民參與、責(zé)任分工、防控反饋、紅包獎(jiǎng)勵(lì))、宣傳培訓(xùn)等工作，運(yùn)用該系統(tǒng)還可開(kāi)展紅火蟻監(jiān)測(cè)和防控的網(wǎng)格化管理，確保紅火蟻監(jiān)測(cè)到位、防控到位。

1 材料與方法

1.1 基本原理和主要組成部分

紅火蟻云采集系統(tǒng)通過(guò)微信小程序采集數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)到服務(wù)器中，再經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)云計(jì)算，數(shù)據(jù)結(jié)果可在紅火蟻云采集微信小程序和網(wǎng)頁(yè)端顯示，見(jiàn)圖1。

手機(jī)微信小程序同時(shí)作為數(shù)據(jù)采集端口和數(shù)據(jù)結(jié)果顯示端口，在整個(gè)系統(tǒng)中起到重要作用。由于微信的功能豐富，溝通方式更靈活和智能，微信用戶基數(shù)大，使紅火蟻云采集系統(tǒng)的目標(biāo)用戶覆蓋更廣泛，而本小程序簡(jiǎn)單便捷的設(shè)計(jì)，使得普通群眾也可以開(kāi)展紅火蟻的監(jiān)測(cè)普查和防控記錄等工作。

圖1 紅火蟻云采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.2 數(shù)據(jù)采集

當(dāng)用戶進(jìn)入紅火蟻云采集微信小程序后，小程序會(huì)自動(dòng)記錄用戶的位置信息。開(kāi)展紅火蟻監(jiān)測(cè)任務(wù)時(shí)，操作者需要選擇調(diào)查的生態(tài)環(huán)境、實(shí)地尋找活蟻巢并定位、上傳現(xiàn)場(chǎng)照片。如未能找到活蟻巢，則使用誘集瓶誘集紅火蟻工蟻，并在小程序上填寫(xiě)每個(gè)誘集瓶誘集到的工蟻數(shù)，同時(shí)填寫(xiě)生境等信息。

1.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

為了保證數(shù)據(jù)查詢和分析的速度，通過(guò)紅火蟻云采集小程序采集的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)到服務(wù)器中。為確保各地紅火蟻疫情數(shù)據(jù)的安全性，根據(jù)各地紅火蟻防控部門(mén)的需要，還可配置多個(gè)獨(dú)立的服務(wù)器。

1.4 數(shù)據(jù)結(jié)果展示

系統(tǒng)將服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，并將數(shù)據(jù)分析結(jié)果在紅火蟻微信小程序端和網(wǎng)頁(yè)端進(jìn)行展示，用戶可以對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行查看和下載。

小程序端的數(shù)據(jù)結(jié)果展示，讓用戶不受時(shí)間和位置限制，可以隨時(shí)隨地查看紅火蟻發(fā)生情況和防控情況；網(wǎng)頁(yè)端的數(shù)據(jù)結(jié)果則更多的以圖表的形式展現(xiàn)，可以讓用戶更直觀地查看數(shù)據(jù)結(jié)果。系統(tǒng)可以根據(jù)需要對(duì)用戶進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，使得一些用戶可以查看區(qū)域所有的或者部分紅火蟻數(shù)據(jù)，而一些用戶只能查看自己的數(shù)據(jù)，權(quán)限設(shè)置也決定了用戶下載紅火蟻數(shù)據(jù)的數(shù)量和范圍。為確保數(shù)據(jù)的安全性，系統(tǒng)對(duì)所有用戶的下載情況都做了記錄。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

參考粵農(nóng)[2013]25號(hào)文件對(duì)紅火蟻發(fā)生面積計(jì)算設(shè)置。以活蟻巢外緣10m為半徑，其圓的面積為該發(fā)生點(diǎn)紅火蟻發(fā)生面積。當(dāng)2個(gè)蟻巢外緣距離小于40m時(shí)，視為同一個(gè)發(fā)生點(diǎn)；當(dāng)有效蟻巢外緣距離大于等于40m時(shí)，視為獨(dú)立發(fā)生點(diǎn)[9]。

S=N×π×r2

式中，S為發(fā)生面積；單個(gè)蟻巢發(fā)生點(diǎn)r=10m；2個(gè)蟻巢外緣距離在40m以內(nèi)的，r為2個(gè)蟻巢最外緣距離的1/2；N為發(fā)生點(diǎn)個(gè)數(shù)或外緣距離≥40m蟻巢數(shù)。對(duì)于較獨(dú)立或首次發(fā)現(xiàn)紅火蟻的地區(qū)，N=1，r=100m。

1.6 紅火蟻發(fā)生等級(jí)評(píng)定方法

參考農(nóng)技植保函[2021]6號(hào)文對(duì)紅火蟻調(diào)查記錄調(diào)查時(shí)間、調(diào)查經(jīng)緯度、環(huán)境類型、蟻巢數(shù)量和發(fā)生等級(jí)等設(shè)置[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅火蟻為害程度調(diào)查

開(kāi)展紅火蟻疫情監(jiān)測(cè)，明確發(fā)生情況。可用于監(jiān)測(cè)人員開(kāi)展紅火蟻監(jiān)測(cè)任務(wù)，具有精準(zhǔn)定位蟻巢、便捷記錄工蟻數(shù)、一鍵上傳監(jiān)測(cè)照片，智能計(jì)算發(fā)生面積、科學(xué)分析發(fā)生程度、自動(dòng)生成發(fā)生分布圖、一鍵下載監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等功能；還可組團(tuán)開(kāi)展區(qū)域紅火蟻監(jiān)測(cè)普查，自動(dòng)匯總分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，明確區(qū)域紅火蟻發(fā)生情況，見(jiàn)圖2。紅火蟻發(fā)生分布圖中將顯示所有調(diào)查點(diǎn)，并用不同顏色顯示紅火蟻發(fā)生程度，見(jiàn)圖3。

圖2 紅火蟻云采集監(jiān)測(cè)普查功能流程圖

圖3 紅火蟻發(fā)生分布圖

業(yè)主和施工單位都可以在手機(jī)端和網(wǎng)頁(yè)端進(jìn)行實(shí)時(shí)查看紅火蟻監(jiān)測(cè)作業(yè)，包括作業(yè)人員調(diào)查面積與軌跡、采集的數(shù)據(jù)詳情(位置、上傳的蟻巢和工蟻數(shù)量、現(xiàn)場(chǎng)照片等)，實(shí)現(xiàn)業(yè)主對(duì)施工單位的實(shí)時(shí)監(jiān)督監(jiān)管，見(jiàn)圖4。

小程序可以對(duì)紅火蟻發(fā)生分布圖進(jìn)行網(wǎng)格化設(shè)置。可將監(jiān)測(cè)區(qū)域分割成若干個(gè)網(wǎng)格，對(duì)于已經(jīng)完成監(jiān)測(cè)的網(wǎng)格將顯示紅色。主管部門(mén)、施工單位可對(duì)火蟻監(jiān)測(cè)工作實(shí)現(xiàn)更有效監(jiān)管，及時(shí)處理漏監(jiān)測(cè)區(qū)域，確保監(jiān)測(cè)全面、到位；還可根據(jù)不同網(wǎng)格的紅火蟻發(fā)生情況，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行分類管理和科學(xué)防控，見(jiàn)圖5。

圖4 監(jiān)測(cè)作業(yè)軌跡圖

小程序還可自動(dòng)對(duì)所轄區(qū)域的紅火蟻發(fā)生面積、發(fā)生等級(jí)，不同生境發(fā)生等級(jí)和面積對(duì)比等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，見(jiàn)圖6。

2.2 防控進(jìn)度記錄

小程序可用于防控人員開(kāi)展紅火蟻防控作業(yè)，具有真實(shí)記錄防控作業(yè)軌跡、實(shí)時(shí)記錄藥劑使用情況、一鍵上傳防控作業(yè)照片、一鍵下載防控作業(yè)數(shù)據(jù)等功能，可用于管理部門(mén)監(jiān)督紅火蟻防控工作的實(shí)施情況，見(jiàn)圖7。

圖5 紅火蟻監(jiān)測(cè)網(wǎng)格化展示

圖6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖7 紅火蟻云采集防控記錄功能流程圖

開(kāi)展防控施藥時(shí)，作業(yè)人員只需打開(kāi)紅火蟻云采集，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)定位防控位置，生成防控地圖，記錄防控軌跡，作業(yè)人員錄入的防控面積、使用藥劑數(shù)量、滅殺蟻巢數(shù)量、現(xiàn)場(chǎng)防控照片等防控詳細(xì)信息，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存，見(jiàn)圖8。

圖8 防控點(diǎn)與防控作業(yè)軌跡圖

可以對(duì)防控地圖進(jìn)行網(wǎng)格化設(shè)置?？蓪⒎揽貐^(qū)域分割成若干個(gè)網(wǎng)格，已經(jīng)防控的網(wǎng)格將顯示藍(lán)色，主管部門(mén)、施工單位可對(duì)紅火蟻防控工作實(shí)現(xiàn)更有效監(jiān)管，及時(shí)處理漏防控區(qū)域，確保防控全面、到位，見(jiàn)圖9。

防控?cái)?shù)據(jù)可被自動(dòng)匯總分析，明確防控情況。管理部門(mén)可明確防控總面積、人員投入、藥劑投入等請(qǐng)情況，見(jiàn)圖10。

圖9 防控地圖網(wǎng)格化展示

圖10 防控情況自動(dòng)匯總分析圖

管理部門(mén)可以進(jìn)一步線上查看所有防控?cái)?shù)據(jù)詳情和照片，對(duì)防控用藥是否規(guī)范、防控技術(shù)是否科學(xué)、防控范圍是否全面進(jìn)行遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)監(jiān)督，見(jiàn)圖11。

2.3 第三方監(jiān)理監(jiān)督功能

為確保紅火蟻防控效果，紅火蟻管理部門(mén)通常會(huì)邀請(qǐng)專業(yè)、權(quán)威的機(jī)構(gòu)對(duì)防控實(shí)施單位的防控作業(yè)和防控效果進(jìn)行監(jiān)督監(jiān)理。紅火蟻云采集系統(tǒng)可用于監(jiān)理單位對(duì)紅火蟻?lái)?xiàng)目的全程監(jiān)理，系統(tǒng)可真實(shí)記錄項(xiàng)目監(jiān)理方作業(yè)軌跡、上傳監(jiān)理照片、線上查看防控單位作業(yè)情況、監(jiān)理評(píng)價(jià)、下載項(xiàng)目數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)線上監(jiān)督監(jiān)理、線下跟蹤監(jiān)測(cè)，使項(xiàng)目監(jiān)理高效又全面，見(jiàn)圖12。

圖11 防控作業(yè)詳情展示

監(jiān)理單位可以通過(guò)紅火蟻云采集系統(tǒng)查看防控單位的防控信息，對(duì)防控方進(jìn)行線上、遠(yuǎn)程監(jiān)督和監(jiān)理，評(píng)價(jià)防控方防控技術(shù)、防控方法、防控面積、防控區(qū)域等是否合規(guī)或者符合合同要求。監(jiān)理單位可以通過(guò)紅火蟻云采集系統(tǒng)小程序，對(duì)防控區(qū)域的防效進(jìn)行線下調(diào)查，在防控區(qū)域設(shè)置調(diào)查點(diǎn)，定位活蟻巢、記錄誘集到的工蟻數(shù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算防控區(qū)域的紅火蟻發(fā)生等級(jí)，依次判斷防控單位的防控效果。監(jiān)理單位可以通過(guò)紅火蟻云采集系統(tǒng)小程序，提交監(jiān)理評(píng)價(jià)，包括藥劑評(píng)價(jià)、作業(yè)評(píng)價(jià)和總體評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)內(nèi)容會(huì)及時(shí)反饋到防控單位和管理單位，便于防控單位改進(jìn)和管理單位監(jiān)督，見(jiàn)圖13。

圖12 紅火蟻云采集跟蹤監(jiān)理功能流程圖

另外，管理單位可通過(guò)監(jiān)理單位上傳的照片、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)軌跡，遠(yuǎn)程監(jiān)督監(jiān)理單位的工作。

圖13 監(jiān)督監(jiān)理評(píng)價(jià)圖

2.4 隨手拍功能

紅火蟻云采集的隨手拍功能可讓普通民眾參與檢測(cè)紅火蟻，群眾拍攝紅火蟻活蟻巢照片并上傳提交，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)定位蟻巢位置，主管單位可根據(jù)蟻巢所處生境分配防控任務(wù)到責(zé)任單位(如林業(yè)局、教育局、水利局等)，責(zé)任單位組織開(kāi)展紅火蟻防控工作，防控作業(yè)經(jīng)主管部門(mén)審核后，將向群眾反饋，如圖14、圖15。

圖14 紅火蟻隨手拍功能流程圖

圖15 隨手拍作業(yè)詳情圖

2.5 紅火蟻云課堂云培訓(xùn)功能

加強(qiáng)紅火蟻培訓(xùn)工作，宣傳、培訓(xùn)紅火蟻防控技術(shù)，提高防控隊(duì)伍紅火蟻防控技術(shù)水平，是開(kāi)展紅火蟻防控必不可少的工作。

紅火蟻云采集廣泛收集優(yōu)秀的防控技術(shù)視頻，制作成紅火蟻專業(yè)的培訓(xùn)視頻，開(kāi)放視頻播放端口(紅火蟻云課堂)，為廣大紅火蟻防控人員提供學(xué)習(xí)平臺(tái)。同時(shí)，可以用紅火蟻云培訓(xùn)功能，記錄紅火蟻培訓(xùn)信息，統(tǒng)計(jì)區(qū)域紅火蟻培訓(xùn)場(chǎng)次、培訓(xùn)人次。

圖16 紅火蟻云課程云培訓(xùn)

2.6 應(yīng)用情況

目前紅火蟻云采集系統(tǒng)在我國(guó)多個(gè)省份(廣東、廣西、湖南、湖北、云南、貴州、四川、重慶、浙江、福建、海南、江西)均有使用，其中廣東省作為最早發(fā)現(xiàn)紅火蟻的省份，已全面推廣使用紅火蟻云采集系統(tǒng)，并將紅火蟻云采集作為省級(jí)紅火蟻防控策略進(jìn)行實(shí)施，見(jiàn)圖17。

3 討論

近年來(lái)，基于LBS應(yīng)用的發(fā)展和移動(dòng)智能終端的普及應(yīng)用，為實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的時(shí)空數(shù)據(jù)采集提供了規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案[11]。“紅火蟻云采集”是一款基于LBS和智能終端定位、圖像采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸?shù)裙δ艿挠糜诩t火蟻數(shù)據(jù)智能采集和分析的微信小程序，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、便捷、可視化地展示紅火蟻監(jiān)測(cè)普查(發(fā)生面積、發(fā)生等級(jí)、精準(zhǔn)定位、疫情評(píng)估)、防控?fù)錃?防控跟蹤、效果評(píng)價(jià)、防控監(jiān)理、藥劑溯源)、隨手拍(全民參與、責(zé)任分工、防控反饋)等任務(wù)，運(yùn)用該系統(tǒng)還可開(kāi)展紅火蟻監(jiān)測(cè)和防控的網(wǎng)格化管理，確保紅火蟻監(jiān)測(cè)到位、防控到位。該系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化表單實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)調(diào)查的標(biāo)準(zhǔn)化，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、系統(tǒng)性，能準(zhǔn)確反映出紅火蟻發(fā)生區(qū)的真實(shí)情況，便于數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，準(zhǔn)確反映紅火蟻發(fā)生動(dòng)態(tài)的時(shí)效性，為政府管理部門(mén)防控決策提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)參考。小程序目前已在廣東、云南等12個(gè)省份被應(yīng)用，為我國(guó)紅火蟻防控工作發(fā)揮重要的作用。

圖17 云采集在廣東省的使用情況

微信是中國(guó)最受歡迎的社交媒體應(yīng)用，由騰訊開(kāi)發(fā)。自2011年推出以來(lái)，微信在全球擁有超過(guò)10億活躍用戶。由于小程序更容易訪問(wèn)，所以更容易普及和使用[12]。因此，公眾可以使用“紅火蟻云采集”報(bào)告其發(fā)現(xiàn)的任何地方的火蟻。此外，系統(tǒng)建立了嚴(yán)格的功能權(quán)限和分級(jí)管理，既能確保政府管理部門(mén)對(duì)轄區(qū)紅火蟻發(fā)生、防治等信息進(jìn)行管理，又保證數(shù)據(jù)安全。

“紅火蟻云采集”小程序已在紅火蟻的防控中被廣泛應(yīng)用，大大提升了工作效率。在實(shí)際工作中也發(fā)現(xiàn)小程序存在一些有待改進(jìn)和提升的空間，如在部分偏遠(yuǎn)的紅火蟻發(fā)生區(qū)域，由于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)差，導(dǎo)致紅火蟻蟻巢定位的精度下降；對(duì)于年齡偏大的防控人員使用智能軟件存在一定難度，未能將小程序的功能最大化。因此，今后擬對(duì)小程序不斷升級(jí)改進(jìn)，完善功能，優(yōu)化流程，使之在紅火蟻的監(jiān)測(cè)與防治中發(fā)揮更大作用。