低空高光谱遥感技术帮助小麦“抗癌”

MEMS 2024-06-13 00:01

正是麦收时节。麦浪翻滚、麦香飘至的前提是小麦的健康成长,这不仅关乎农民的收入,更关乎国家粮食安全问题。一直以来,被称为小麦“癌症”的条锈病对小麦的健康成长造成了极大的威胁。如今,这种情况在得到根本性的改变,济南一位归国院士研究的低空高光谱遥感技术,能够帮助小麦有效“抗癌”。

随季节迁徙的病菌孢子

近日,在山东深蓝智谱数字科技有限公司,董事长宋志华首先向记者介绍了小麦“癌症”的危害所在。

条锈病是世界范围内小麦重大病害之一。国内一些产量大、品质好的小麦抗病性较差,难以抵御条锈病的危害。小麦条锈病的病菌会随着季节的变化而迁徙,每年四五月份会来到北方附着在麦叶上。这时正是小麦成长过程中最为关键的时期——灌浆期,一旦发现和治疗晚了就会导致小麦大量减产。

传统的防治方法是“带药侦查”,经常是“发现一片,控制全田”,或者根据发病规律在不同的时间段进行喷药消杀,有病没病都要打三遍药。“这些做法存在两个危害,一是一旦操作不及时容易耽误病情防治,一是农药喷洒到其他农作物或植物上造成一定的危害。”宋志华说,这两年发生的一些纠纷增加了政府防治小麦病害的成本,比如农药喷洒到桑叶上造成养蚕农民的损失要赔偿。

深蓝智谱低空高光谱遥感技术是在病菌孢子刚刚附着到叶面3—6天,尚未真正危害小麦生长的时间内,发现并定点消杀病菌孢子。宋志华说这个时期的病菌孢子是人的肉眼所不能看到的,“我们依靠的是无人机高光谱成像,目前建立了国内首个小麦条锈病光谱数据库。”

识别万物的“指纹”

深蓝智谱的小麦条锈病光谱数据库建设,花费了1年多时间,采集了4000多张高光图谱,包括不同时间、不同天气条件等情况下拍摄的图像。

光谱被看作是辨别万物的“指纹”,地球上不同的元素及其化合物都有着不同的光谱特征。“虽然无人机低空飞行解决了光谱照片分辨率的问题,但上千亩麦田飞过一遍后采集的数据资料十分庞大,传输、存储和计算分析处理都不是一件容易的事。”

深蓝智谱的这项农业高光谱遥感技术的核心是:利用高光谱相机获取农田图像,基于光谱能量分布特征的识别算法,通过云端服务器进行实时数据处理、数据挖掘和数据建模,能够快速识别大面积作物的病虫害、墒情、长势、农药残留、作物划分及产品溯源等数据。

“我们数据分析的速度只需要20分钟,这在国内是领先的。”宋志华说,现在有些公司的产品也能够进行低空拍摄获得高光谱图像,但要在几天之后才能分析出结果来,这显然难以满足小麦病虫害的及时防治。“除小麦之外,这项技术还应用到了玉米、水稻、果树、黄瓜、西红柿等病虫害的防治。”

老骥伏枥的归国院士

让深蓝智谱技术填补国内空白的,是归国院士张立人及其团队。

张立人生于1949年,父母都是山东大学的教师。他曾在花园庄小学、济南一中、山东省实验中学就读,从山东工学院电子工程专业毕业后留校任教,后赴澳大利亚留学。2010年,张立人获选澳大利亚科学技术与工程院院士。他在超宽带技术、多元低空遥感技术、大数据分析和人工智能等领域的研究超过15年,具有多项核心技术可以成果转换,并开发出多个具有国际先进水平的产品。

2017年退休后,张立人第一时间回到济南为母亲尽孝,并希望发挥余热为家乡作些贡献。在济南市领导积极邀请下,张立人踏上了创新创业的新征程。2019年,张立人获第二届中国济南新动能国际高层次人才创新创业大赛一等奖,参赛团队被评为“亿元团队”,估值1.49亿元。为支持其创新创业,山东财金集团旗下的财金资本公司去年还通过省级财政股权投资1000万元,该投资资金成本相对较低,还让企业在股东层面获得国企的信用背书。另外,在省市相关部门的支持下,张立人先后建立了“山东省院士工作站”“济南市院士专家工作站”。如今,核心团队已达82人。

据了解,张立人团队还打算开发微型高光谱测量仪,在深蓝智谱微型高光谱检测技术研究项目基础上,让高光谱产品走进千家万户。“普通人可以拿着设备,测量食品添加剂的含量,酒的真假,蔬菜的农药残留等。”宋志华说。

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