沈俊峰，吳玲麗，陳勃生，劉成棟，孫愛(ài)軍，張大羽，

（1.浙江鼎昆環(huán)境科技有限公司，314500，桐鄉(xiāng)；2.浙江農(nóng)林大學(xué)，311300，杭州；3.水利部大壩安全管理中心，210000，南京；4.浙江省余姚市水利局，315400，余姚）

一、堤壩白蟻危害及綜合治理方法

1.土棲白蟻生物特性

危害堤壩的主要白蟻種類為土白蟻屬和大白蟻屬，不同區(qū)域的危害優(yōu)勢(shì)種有所差異，其中黑翅土白蟻危害最為嚴(yán)重，占比高達(dá)95%。堤壩土棲白蟻具有畏光、趨光（繁殖蟻）、群棲、好斗、護(hù)群、喜濕怕水、喜溫怕冷、喜愛(ài)整潔的特性，流動(dòng)性強(qiáng)，在一個(gè)取食點(diǎn)停留時(shí)間短，敏感性強(qiáng)，受驚擾散開(kāi)后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)回到原地點(diǎn)。

2.堤壩白蟻危害的產(chǎn)生和形成

我國(guó)地處亞熱帶、溫帶地區(qū)，屬于季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，優(yōu)越的自然環(huán)境給白蟻棲息、生存和繁衍提供了良好的條件。2022年，我國(guó)完成《斯德哥爾摩公約》全面淘汰20種類持久性有機(jī)污染物的履約任務(wù)，以后可使用的新藥物均為非持久藥物。我國(guó)大多數(shù)江河堤防、水庫(kù)大壩的填筑材料為黏性土，若周邊存在蟻源區(qū)，則白蟻易通過(guò)堤壩兩側(cè)山體進(jìn)入堤壩背水坡，并選為筑巢位點(diǎn)。白蟻在堤壩內(nèi)密集營(yíng)巢，菌圃星羅棋布，四通八達(dá)的蟻路貫通堤壩內(nèi)外坡，使堤壩內(nèi)部形成許多空腔。

3.堤壩白蟻綜合治理的方法

綜合治理是依據(jù)相關(guān)環(huán)境和害蟲(chóng)種群動(dòng)態(tài)，協(xié)調(diào)采用多種技術(shù)和方法，將害蟲(chóng)的種群控制在經(jīng)濟(jì)閾值之下的害蟲(chóng)管理方式。為有效控制白蟻危害，同時(shí)避免大量使用化學(xué)藥劑對(duì)環(huán)境造成的污染，我國(guó)確立以白蟻監(jiān)測(cè)控制為主的蟲(chóng)害綜合管理（IPM）模式。白蟻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是國(guó)外科學(xué)家近年在白蟻防治領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的一種新型白蟻 IPM 防治技術(shù)，具有循環(huán)監(jiān)測(cè)、連續(xù)使用的效果，大大減少了化學(xué)農(nóng)藥的使用。IPM 防治技術(shù)的關(guān)鍵是通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)白蟻活體，使用少量藥物實(shí)現(xiàn)白蟻活體相互傳染，從而達(dá)到棲生白蟻種群覆滅的效果。

二、白蟻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)變遷

1.初代白蟻誘集裝置

20世紀(jì)初期，就已經(jīng)有研究人員開(kāi)始采用混合了糖和砷粉、氯丹等有毒化合物的毒餌來(lái)誘殺白蟻。20世紀(jì)80年代美國(guó)開(kāi)始綠色化學(xué)革命，白蟻誘集裝置應(yīng)用增多；90 年代后，作為商品推廣應(yīng)用的白蟻誘殺裝置多采用松木誘集。初代裝置需要人工拆解觀測(cè)誘捕效果，本質(zhì)上是我國(guó)傳統(tǒng)的白蟻誘殺坑技術(shù)的產(chǎn)品化，一般稱為傳統(tǒng)白蟻監(jiān)測(cè)裝置。目前美國(guó)、澳大利亞、日本等國(guó)白蟻預(yù)防治理主要采用此裝置。

2.第二代白蟻誘集裝置

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，研究人員開(kāi)始將多種傳感器設(shè)置于白蟻誘集裝置之中，由此形成了能夠監(jiān)控裝置狀態(tài)的第二代誘集裝置。與初代誘集裝置相比，第二代裝置能通過(guò)內(nèi)置探測(cè)器感知白蟻活動(dòng)，可視為白蟻監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)傳感器觸發(fā)技術(shù)種類的不同，監(jiān)控系統(tǒng)可分為兩類。

（1）基于傳感器進(jìn)行環(huán)境因子收集和判斷技術(shù)的白蟻監(jiān)控系統(tǒng)

①聲波監(jiān)測(cè)白蟻監(jiān)控系統(tǒng)。利用聲波監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)控木制結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)出的聲信號(hào)，以此初步判斷材料內(nèi)部是否存在白蟻活動(dòng)的跡象。Rosa 團(tuán)隊(duì)采用了一種新的小波包分型算法對(duì)采集到的白蟻活動(dòng)聲信號(hào)進(jìn)行濾波和降噪處理，初步解決了白蟻聲信號(hào)的高信噪比問(wèn)題。Nanda等對(duì)轉(zhuǎn)化后的聲信號(hào)使用支持向量機(jī)（Support Vector Machine，SVM）法進(jìn)行訓(xùn)練和分類，將聲波監(jiān)測(cè)白蟻裝置的準(zhǔn)確率提高至91.88%。

②光線、氣溫和溫度信息感測(cè)白蟻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。近20 年來(lái)，研究人員使用多種傳感器針對(duì)白蟻活動(dòng)區(qū)域內(nèi)的環(huán)境特征進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)。Oliver-Villanueva等使用LED光傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)白蟻的監(jiān)控。Lax等利用白蟻巢穴及白蟻活動(dòng)區(qū)域會(huì)散發(fā)獨(dú)特的氣味這一特征，訓(xùn)練犬類協(xié)助尋找白蟻。Kirkpatrick 等結(jié)合聲信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)和氣味收集及鑒定系統(tǒng)，設(shè)置了一個(gè)白蟻監(jiān)測(cè)基站，能夠根據(jù)收集的聲信號(hào)和環(huán)境氣味判斷白蟻的活動(dòng)情況。

基于傳感器進(jìn)行環(huán)境因子收集和判斷技術(shù)的白蟻監(jiān)測(cè)裝置建造復(fù)雜，費(fèi)用昂貴，防水能力弱，無(wú)法持久用于地下監(jiān)測(cè)，大多用于白蟻探測(cè)儀。該系列白蟻探測(cè)儀運(yùn)用了雷達(dá)探測(cè)、激光熱度感應(yīng)、濕度感應(yīng)、光學(xué)感知分辨等技術(shù)，美國(guó)、澳大利亞研究較多，主要用于白蟻防治公司提供服務(wù)的探測(cè)工具。

（2）基于環(huán)路電流通斷判斷技術(shù)的白蟻監(jiān)控系統(tǒng)

利用環(huán)路電流通斷原理判斷有無(wú)白蟻是一種較為普遍而廉價(jià)的技術(shù)（簡(jiǎn)稱環(huán)路技術(shù)）。Su 基于環(huán)路電流通斷原理開(kāi)發(fā)了一款裝置，利用導(dǎo)電材料在木板上繪制環(huán)路并外接電源，正常情況下電路處于閉合狀態(tài)。若白蟻被誘集到裝置中啃食木板，會(huì)損壞木板上電流回路，導(dǎo)致整個(gè)電路斷開(kāi)。鑒于金屬性質(zhì)的導(dǎo)電材料容易被腐蝕，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)導(dǎo)電材料進(jìn)行了改良，研究開(kāi)發(fā)了炭環(huán)路技術(shù)、石墨環(huán)路技術(shù)和紅外線發(fā)收環(huán)路技術(shù)等。

相比利用傳感器監(jiān)測(cè)白蟻的裝置，該技術(shù)類型的裝置對(duì)白蟻的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率較為穩(wěn)定，在野外實(shí)驗(yàn)中初始階段監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率最高能達(dá)到87%，但經(jīng)過(guò)6 個(gè)月以上的使用后，其準(zhǔn)確率會(huì)降至40%甚至更低。由于報(bào)警準(zhǔn)確率不足、保質(zhì)期較短等問(wèn)題，該類裝置在國(guó)外市場(chǎng)逐漸被淘汰。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主要應(yīng)用于新建房屋白蟻預(yù)防領(lǐng)域。

三、白蟻監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)的突破及監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用

2015 年5 月，本項(xiàng)目組研究團(tuán)隊(duì)基于電磁感應(yīng)非環(huán)路（DEMINL）技術(shù)，研發(fā)了新一代白蟻監(jiān)測(cè)誘集裝置，其監(jiān)測(cè)體與被監(jiān)測(cè)體之間通過(guò)電磁感應(yīng)的方式形成非電環(huán)路，依據(jù)被監(jiān)測(cè)體的磁量變化判斷有無(wú)白蟻。該技術(shù)解決了環(huán)路電流白蟻監(jiān)測(cè)技術(shù)中存在的兩大難題：涉電部件不防水和觸發(fā)機(jī)制需帶電監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)裝置的電子模塊可獨(dú)立封裝防護(hù)，提升了報(bào)警的準(zhǔn)確率和設(shè)備的耐久性。

電磁感應(yīng)非環(huán)路技術(shù)突破了白蟻誘集觸發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，解決了困擾白蟻電子監(jiān)測(cè)研究多年的環(huán)路技術(shù)難題。2018年3月，在第十二屆環(huán)太平洋白蟻大會(huì)上，電磁感應(yīng)非環(huán)路技術(shù)得到與會(huì)專家學(xué)者的肯定，被認(rèn)為是白蟻監(jiān)測(cè)技術(shù)里程碑式的進(jìn)步。目前，電磁感應(yīng)非環(huán)路技術(shù)分別在中國(guó)、美國(guó)、日本、澳大利亞、馬來(lái)西亞注冊(cè)并取得了發(fā)明證書(shū)，并通過(guò)科技成果技術(shù)鑒定。環(huán)路技術(shù)與非環(huán)路技術(shù)對(duì)比見(jiàn)圖1、表1。

表1 環(huán)路技術(shù)與非環(huán)路技術(shù)的對(duì)比研究

圖1 環(huán)路技術(shù)與非環(huán)路技術(shù)對(duì)比

1.研發(fā)歷程

基于電磁感應(yīng)非環(huán)路技術(shù)，研究人員在2015 年10 月推出了通過(guò)RFID 檢測(cè)的半自動(dòng)白蟻監(jiān)測(cè)手持儀；2016 年年底，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)出首個(gè)遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)；2021 年，突破超低功耗技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)白蟻進(jìn)入觸發(fā)后的即時(shí)報(bào)警，真正實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為用藥傳染滅殺白蟻爭(zhēng)取了寶貴的活體停留時(shí)間。2021 年年底，基于電磁感應(yīng)非環(huán)路技術(shù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)管數(shù)字模塊在浙江省數(shù)字化改革白蟻監(jiān)測(cè)預(yù)警處置賽道“揭榜掛帥”，2023 年年初順利通過(guò)驗(yàn)收，正式上線。

2.系統(tǒng)組成

白蟻遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)由自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)站、PC 端管理軟件及手機(jī)App 等幾部分組成。硬件包括殼體模塊、誘集觸發(fā)模塊、信號(hào)采集模塊、信號(hào)集中與傳輸模塊。軟件包括堤壩白蟻監(jiān)測(cè)預(yù)警查看操作旬區(qū)管理系統(tǒng)和堤壩白蟻監(jiān)測(cè)預(yù)警處置監(jiān)管系統(tǒng)，如圖2。

圖2 白蟻遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)組成

自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀中的監(jiān)測(cè)體與被監(jiān)測(cè)體為非線接觸結(jié)構(gòu)，均能采用外露非金屬材料，并實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)、組裝，各零部件獨(dú)立運(yùn)作，確保所有監(jiān)測(cè)部件在潮濕環(huán)境和酸性土壤中長(zhǎng)久性正常運(yùn)作，使得監(jiān)測(cè)產(chǎn)品從裝置上升到了儀器。

3.配套技術(shù)

白蟻遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)有四項(xiàng)配套技術(shù)，包括軟件基礎(chǔ)核心技術(shù)、通信技術(shù)、封裝技術(shù)以及低功耗技術(shù)。

（1）軟件基礎(chǔ)核心技術(shù)

白蟻遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術(shù)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)狀態(tài)顯示及計(jì)算方法的發(fā)明與運(yùn)用，監(jiān)測(cè)點(diǎn)狀態(tài)包括初始、有蟻、滅殺中、已滅殺、移位、失聯(lián)和丟失七種，實(shí)現(xiàn)了白蟻監(jiān)測(cè)點(diǎn)在物聯(lián)網(wǎng)層面的直觀展示和白蟻防治技術(shù)的動(dòng)態(tài)痕跡化科學(xué)管理，是白蟻監(jiān)測(cè)結(jié)果用于監(jiān)測(cè)設(shè)備后續(xù)維護(hù)操作和層級(jí)監(jiān)管的基礎(chǔ)。

（2）通信技術(shù)

白蟻遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)解決了空對(duì)地信號(hào)采集難題，實(shí)現(xiàn)白蟻監(jiān)測(cè)點(diǎn)各種狀態(tài)信息的及時(shí)上傳和通信的全天候穩(wěn)定性。研究團(tuán)隊(duì)先后基于NB和CAT1兩種通信技術(shù)打造公網(wǎng)信息傳輸系統(tǒng)，基于LoRa 和UNB兩種通信技術(shù)打造自建基站的自主網(wǎng)信息傳輸系統(tǒng)。信號(hào)穿透性能得到提升，可以穿透2~3 cm的土層和積水。該技術(shù)對(duì)無(wú)人看管的江堤、海塘和山塘（小型水庫(kù)）的監(jiān)測(cè)防治具有重要的推廣作用。

（3）封裝技術(shù)

涉電元件持續(xù)的IP68級(jí)防水防護(hù)是電器設(shè)備地下運(yùn)用的必要條件，封裝技術(shù)可減少因水、水汽進(jìn)入電子元件帶來(lái)的短路或電波影響，提高暴露在地下自然環(huán)境中各模塊的防腐蝕能力，盡量避免各種元件非正常觸發(fā)。白蟻遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)涉電元件的防水由四道干燥和封裝程序組成，能保證在夏季地表70°C高溫和冬季北方－20°C低溫條件下經(jīng)受熱脹冷縮和溫度變化的長(zhǎng)時(shí)間考驗(yàn)，并通過(guò)元件表面固化防腐延長(zhǎng)設(shè)備和耗品的使用壽命。

（4）低功耗技術(shù)

白蟻遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)由低功耗電能管理技術(shù)及電源穩(wěn)定安全管理技術(shù)構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)白蟻監(jiān)測(cè)持久性要求。目前公網(wǎng)通信技術(shù)運(yùn)用中，監(jiān)測(cè)儀電池實(shí)現(xiàn)了實(shí)用環(huán)境的3+1（年）；自主網(wǎng)通信技術(shù)運(yùn)用中，監(jiān)測(cè)儀電池實(shí)現(xiàn)了實(shí)用環(huán)境的6+1（年），并且電能耗盡前系統(tǒng)會(huì)提示更換電池。

四、水利工程應(yīng)用實(shí)踐

基于DEMINL技術(shù)的白蟻監(jiān)控系統(tǒng)具備報(bào)警精確度高、耐久性好、即時(shí)報(bào)警的優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)土棲白蟻的生物特性，尤其適用于堤壩白蟻防控應(yīng)用。該系統(tǒng)目前已經(jīng)正式應(yīng)用于浙江四明湖水庫(kù)、安徽沙河集水庫(kù)（見(jiàn)圖3），開(kāi)展為期3年的白蟻防治，并在重慶馬耳壩水庫(kù)、福建過(guò)溪水庫(kù)、湖北枝江火山口水庫(kù)和浙江康門(mén)水庫(kù)、浙江鹽官海塘等堤壩上進(jìn)行了測(cè)試應(yīng)用。

圖3 安徽沙河集水庫(kù)白蟻監(jiān)測(cè)報(bào)警后進(jìn)行藥物處理

1.技術(shù)性能

有蟻報(bào)警準(zhǔn)確率高。每個(gè)水庫(kù)大壩有蟻報(bào)警準(zhǔn)確率都在95%以上，未報(bào)警監(jiān)測(cè)點(diǎn)由人工每年開(kāi)蓋檢查，未發(fā)現(xiàn)受蟻酸影響導(dǎo)致承載物結(jié)塊但不報(bào)警的情況。監(jiān)測(cè)儀埋設(shè)在土層以下的項(xiàng)目（如枝江火山口水庫(kù)），未發(fā)現(xiàn)誤報(bào)。除耗件（誘集觸發(fā)模塊）外，所有部件均能使用3年以上。電池在3年左右進(jìn)行更換后，設(shè)備繼續(xù)正常使用。監(jiān)測(cè)儀的涉電元件IP68級(jí)防護(hù)也經(jīng)歷了考驗(yàn)和實(shí)證，各應(yīng)用項(xiàng)目歷經(jīng)3年四季溫度變化、熱脹冷縮，未發(fā)現(xiàn)進(jìn)水造成的影響。

2.應(yīng)用成效

（1）白蟻蟻情調(diào)查

土棲白蟻是一種隱蔽性生物，判斷堤壩是否有白蟻存在及其危害程度，通過(guò)傳統(tǒng)的蟻路泥被、區(qū)域內(nèi)植被咬食痕跡等相關(guān)現(xiàn)象并無(wú)法實(shí)現(xiàn)。2022年，在某省一水庫(kù)除險(xiǎn)加固提升項(xiàng)目中，為檢驗(yàn)其十余座堤壩的白蟻治理情況，使用本系統(tǒng)平均布設(shè)定量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，3個(gè)月內(nèi)，所有經(jīng)白蟻治理的項(xiàng)目都出現(xiàn)有蟻報(bào)警，開(kāi)蓋檢測(cè)，全部捕獲白蟻活體。

（2）存量白蟻消殺

監(jiān)測(cè)有蟻報(bào)警后，對(duì)監(jiān)測(cè)儀內(nèi)的白蟻活體施用少量藥物，通過(guò)取食白蟻帶入蟻巢相互傳染消滅種群。施藥方式主要有兩種：應(yīng)用前期以開(kāi)蓋后對(duì)捕獲的白蟻活體進(jìn)行噴粉處理為主，現(xiàn)場(chǎng)效果好，但由于土棲白蟻的敏感性強(qiáng)，開(kāi)蓋即散，且較長(zhǎng)時(shí)間不回到原點(diǎn)的生物習(xí)性，單次傳遞、傳染效果不好。在多次確認(rèn)報(bào)警沒(méi)有誤報(bào)的基礎(chǔ)上，后期滅殺處理嘗試在收到報(bào)警信息后，采取不開(kāi)蓋不驚動(dòng)白蟻的方法，圍繞報(bào)警點(diǎn)投放藥餌包，由白蟻主動(dòng)取食，多次取食傳染效果較好，經(jīng)2年滅殺，壩體已無(wú)有蟻報(bào)警。

（3）增量白蟻預(yù)防

白蟻監(jiān)測(cè)預(yù)警防線主要建立在堤壩和山體的接合部位以及堤壩鎮(zhèn)壓層，堤壩和山體的接合部位監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝距離為5 m，鎮(zhèn)壓層監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝的距離為10 m，多排布設(shè)錯(cuò)位排列。2年后主要在外圍防線上進(jìn)行報(bào)警處理，堤壩本體受到較好保護(hù)。

（4）蟻巢發(fā)現(xiàn)修復(fù)

在枝江火山口水庫(kù)的運(yùn)用中，每次監(jiān)測(cè)點(diǎn)有蟻報(bào)警后，研究人員在以報(bào)警點(diǎn)為中心5 m范圍內(nèi)進(jìn)行人工檢查，都能準(zhǔn)確無(wú)誤找到分飛孔，進(jìn)行少量挖掘（30 cm）后，用黃泥漿進(jìn)行3次灌注，取得較好效果。

（5）監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)管

監(jiān)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)一編號(hào)，生成衛(wèi)星顯示地圖，在白蟻入侵時(shí)第一時(shí)間自動(dòng)報(bào)警，顯示入侵位置并主動(dòng)推送信息提示。對(duì)有蟻報(bào)警和丟失報(bào)警的處理進(jìn)行閉環(huán)管理，以業(yè)主單位和監(jiān)管部門(mén)對(duì)白蟻防治服務(wù)企業(yè)的全流程監(jiān)管作為實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，既保證了設(shè)備的正常運(yùn)行，又做到足不出戶即可掌握真實(shí)數(shù)據(jù)。

3.典型案例