在山東一片開闊農(nóng)田上，兩架無人機(jī)協(xié)同懸吊著一只昆蟲緩緩升空，地面雷達(dá)即刻對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，展開精準(zhǔn)探測(cè)與信號(hào)捕捉……這是北京理工大學(xué)“蟲口奪糧”科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)采集遷飛害蟲數(shù)據(jù)的一幕大學(xué)。所謂遷飛害蟲，是指不固定棲息、可借助季風(fēng)氣流跨區(qū)域遠(yuǎn)距離遷徙的農(nóng)業(yè)害蟲，其幼蟲大規(guī)?？惺侈r(nóng)作物，對(duì)糧食生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
這支以電子信息工程專業(yè)學(xué)生為核心的團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)多年攻關(guān)，成功將微波雷達(dá)探測(cè)技術(shù)應(yīng)用于遷飛害蟲監(jiān)測(cè)防治，實(shí)現(xiàn)了從理論研究、技術(shù)研發(fā)到田間實(shí)用設(shè)備的跨越大學(xué)。他們用實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的蟲情預(yù)報(bào)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)筑起一道堅(jiān)實(shí)的“空中防線”，用實(shí)際行動(dòng)踐行著青年科研人把論文寫在祖國大地上的追求。
01 雷達(dá)破局大學(xué)：
讓遷飛害蟲軌跡“顯形”
提起害蟲，人們多會(huì)想到田間啃食作物的蟲子，而遷飛性害蟲的威脅遠(yuǎn)超田間常見的蟲害：它們借季風(fēng)、氣流完成數(shù)百至上千公里跨區(qū)域遷飛，成蟲雖不直接啃食作物，卻單只可產(chǎn)卵數(shù)百至數(shù)千粒，孵化后的幼蟲大量取食農(nóng)作物，往往造成嚴(yán)重減產(chǎn)大學(xué)。
2018年，草地貪夜蛾（遷飛蟲的一種）入侵我國后，2019年便波及22個(gè)省份，危害面積超200萬畝；另據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心出具的一組數(shù)據(jù)：2023年更新并公布的最新一版《一類農(nóng)作物病蟲害名錄》共計(jì)囊括10種（類）害蟲，其中有7種（類）都具備遠(yuǎn)距離遷飛的能力，2021至2024年間年均危害糧田12.5億畝次，潛在糧食損失達(dá)2943萬噸大學(xué)。
“很多時(shí)候，都是農(nóng)作物已經(jīng)受損后，才采取相應(yīng)措施大學(xué)?！北本├砉ご髮W(xué)博士生李佳祎道出了過去遷飛害蟲監(jiān)測(cè)的困境——長(zhǎng)期處于“被動(dòng)響應(yīng)”狀態(tài)：空中靠遙感監(jiān)測(cè)植被受損，地面靠誘蟲燈、蟲網(wǎng)捕捉成蟲判斷蟲情，不僅增加農(nóng)戶種植成本，還易造成土壤、水體污染。
而雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)恰好能彌補(bǔ)這一短板：既能全天候不間斷觀測(cè)（即便夜間也能通過電磁波探測(cè)），又能遠(yuǎn)距離、大范圍實(shí)時(shí)捕捉高空蟲群動(dòng)態(tài)大學(xué)。為破解這一農(nóng)業(yè)難題，北京理工大學(xué)一支以青年師生為核心的團(tuán)隊(duì)，開啟了用雷達(dá)技術(shù)“蟲口奪糧”的科研攻關(guān)之路。
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團(tuán)隊(duì)成員在云南江城進(jìn)行外場(chǎng)試驗(yàn)大學(xué)，操作雷達(dá)
實(shí)際上，早在上世紀(jì)七八十年代，跟蹤雷達(dá)的概念就已出現(xiàn)，但當(dāng)時(shí)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的雷達(dá)，只能粗略監(jiān)測(cè)到蟲群存在，無法解析昆蟲種類、判斷遷飛規(guī)模與遷飛態(tài)勢(shì)，甚至難以有效探測(cè)昆蟲這類微小目標(biāo)，應(yīng)用十分有限大學(xué)。
如何將先進(jìn)雷達(dá)技術(shù)與前沿算法深度融合，應(yīng)用到農(nóng)業(yè)遷飛害蟲監(jiān)測(cè)與防控領(lǐng)域？帶著這樣的思考，2018年，依托國家自然科學(xué)基金重大科研儀器研制項(xiàng)目的支持，北京理工大學(xué)相關(guān)導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)組建了一支以青年學(xué)生為骨干的科研團(tuán)隊(duì)大學(xué)。
當(dāng)時(shí)還是本科生的李佳祎，受其本科班主任，也是如今的博士生導(dǎo)師胡程教授邀請(qǐng)加入團(tuán)隊(duì)大學(xué)。他們致力于突破傳統(tǒng)雷達(dá)的探測(cè)極限，讓空中遷飛的微小害蟲清晰“顯形”，用科技力量守護(hù)國家糧食安全。
02 薪火相傳大學(xué)：
精筑雷達(dá)識(shí)蟲“基石”
想要讓雷達(dá)通過算法“讀懂”蟲子，精準(zhǔn)完善的遷飛害蟲數(shù)據(jù)庫至關(guān)重要，這也是團(tuán)隊(duì)組建初期面臨的第一個(gè)難題大學(xué)。
與本地害蟲不同，多數(shù)遷飛害蟲難以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人工規(guī)?；曫B(yǎng)，因此團(tuán)隊(duì)的各類實(shí)驗(yàn)樣本，大多需要學(xué)生們親自深入野外采集獲取大學(xué)。而豐富遷飛害蟲數(shù)據(jù)庫這項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，從項(xiàng)目啟動(dòng)至今，始終在持續(xù)推進(jìn)、從未停歇。
云南江城當(dāng)?shù)剞r(nóng)民幫助團(tuán)隊(duì)架設(shè)“探蟲雷達(dá)”
電子與通信工程專業(yè)研究生一年級(jí)的嚴(yán)鋼仍記得，2019年夏天，他和團(tuán)隊(duì)攜帶雷達(dá)設(shè)備前往云南深山開展外場(chǎng)試驗(yàn)，一待就是8個(gè)月大學(xué)。實(shí)驗(yàn)點(diǎn)地處遠(yuǎn)離市區(qū)的山坳，從市區(qū)出發(fā)，先經(jīng)柏油路再轉(zhuǎn)土路，全程要顛簸四個(gè)多小時(shí)才能抵達(dá)。當(dāng)時(shí)，團(tuán)隊(duì)租住在山邊一處簡(jiǎn)易農(nóng)房。房屋條件簡(jiǎn)陋，白天被烈日暴曬后屋內(nèi)酷熱難耐，到了晚上，也難以阻擋山間的潮氣與蚊蟲侵?jǐn)_。
實(shí)驗(yàn)時(shí)間緊、任務(wù)重，團(tuán)隊(duì)分成兩組，輪班不間斷開展作業(yè)大學(xué)。“遷飛害蟲多在夜間活動(dòng)遷飛，因此一到晚上，我們就開展誘蟲采集工作。”嚴(yán)鋼回憶，山區(qū)夜間悶熱潮濕，大家身上的防靜電實(shí)驗(yàn)服很快就被汗水浸透，緊緊貼在皮膚上。即便涂抹驅(qū)蚊液、點(diǎn)上多盤蚊香，也難以抵擋蚊蟲叮咬，胳膊和腿上常常布滿紅腫的包。他們利用誘蟲燈一整晚采集蟲樣，蟲子會(huì)被專門的收集兜接住，第二天再由隊(duì)員們逐頭分揀、計(jì)數(shù)、鑒定，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供完整、完好的樣本。
捕捉到樣本后，更為關(guān)鍵的是對(duì)昆蟲特征進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量大學(xué)。不同昆蟲的振翅頻率、飛行姿態(tài)差異顯著，即使是同一物種，不同個(gè)體的體長(zhǎng)、體重等參數(shù)也各不相同，這些數(shù)據(jù)都需要逐一精確記錄。
團(tuán)隊(duì)成員在測(cè)量昆蟲體長(zhǎng)
為獲取貼近真實(shí)遷飛狀態(tài)的探測(cè)數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出并采用“雙無人機(jī)吊飛”實(shí)驗(yàn)方法：隊(duì)員將活體昆蟲輕柔固定在特制細(xì)線上，由兩架無人機(jī)協(xié)同懸吊，將其升至典型遷飛高度，再通過地面雷達(dá)開展精準(zhǔn)觀測(cè)大學(xué)。受實(shí)驗(yàn)條件限制，有時(shí)一整天僅能完成3—4只昆蟲的有效數(shù)據(jù)采集。
另一邊，“探蟲雷達(dá)”的參數(shù)調(diào)試與算法優(yōu)化工作同樣繁重大學(xué)。隊(duì)員們每天將柴油發(fā)電機(jī)、雷達(dá)樣機(jī)等設(shè)備裝載在車上，往返于山間開展測(cè)試。云南夏季陣雨頻發(fā)、天氣多變，給野外作業(yè)帶來不小挑戰(zhàn)。
雷達(dá)天線罩重達(dá)數(shù)十斤，通常需要兩三人協(xié)同搬運(yùn)，而山區(qū)降雨來得突然、雨勢(shì)急促，往往來不及等待支援大學(xué)。一次吊飛實(shí)驗(yàn)中，突遇強(qiáng)降雨，為保護(hù)雷達(dá)分機(jī)等精密儀器不受雨水損壞，嚴(yán)鋼將設(shè)備緊緊抱在懷中，蜷縮在雷達(dá)旁，用后背為設(shè)備遮擋風(fēng)雨。
一批又一批團(tuán)隊(duì)成員輪換駐守在云南、山東等主要遷飛蟲源地，歷經(jīng)長(zhǎng)期野外實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)積累，終于逐步建成包含20多種國內(nèi)主要遷飛害蟲的特征數(shù)據(jù)庫大學(xué)。
03 從被動(dòng)應(yīng)對(duì)到主動(dòng)預(yù)警大學(xué)：
雷達(dá)“織就”害蟲防控網(wǎng)
僅有先進(jìn)算法還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，想要盡早監(jiān)測(cè)遷飛害蟲的入侵動(dòng)向，雷達(dá)必須布設(shè)在害蟲的關(guān)鍵遷飛通道上大學(xué)。而這些通道往往地處山間、田頭等復(fù)雜環(huán)境，對(duì)設(shè)備的部署條件提出極高要求。
“小型化，是雷達(dá)實(shí)現(xiàn)田間落地的關(guān)鍵大學(xué)?！崩罴训t介紹說，傳統(tǒng)科研雷達(dá)體積龐大、重量較重，難以在山區(qū)、農(nóng)田等復(fù)雜場(chǎng)景靈活布設(shè)。團(tuán)隊(duì)通過技術(shù)攻關(guān)，成功實(shí)現(xiàn)雷達(dá)裝備輕量化、小型化，設(shè)備探測(cè)半徑可達(dá)5公里，便于現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)與快速安裝。單臺(tái)雷達(dá)可對(duì)5公里范圍進(jìn)行精準(zhǔn)抽樣監(jiān)測(cè)，再通過數(shù)據(jù)分析推演100公里區(qū)域內(nèi)的蟲情動(dòng)態(tài)，能夠滿足大范圍遷飛害蟲監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求。
團(tuán)隊(duì)成員在云南江城進(jìn)行外場(chǎng)試驗(yàn)
在團(tuán)隊(duì)持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)下，2019年下半年，項(xiàng)目首臺(tái)雷達(dá)樣機(jī)在云南瀾滄順利完成外場(chǎng)試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)效果達(dá)到預(yù)期大學(xué)。這一成果得到當(dāng)?shù)刂脖２块T的高度認(rèn)可，中國農(nóng)科院植保所隨即與團(tuán)隊(duì)開展合作，將雷達(dá)設(shè)備布設(shè)到云南江城、尋甸等邊境重點(diǎn)區(qū)域，開啟了技術(shù)落地的實(shí)戰(zhàn)之旅。
團(tuán)隊(duì)的雷達(dá)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，最早從云南起步大學(xué)。除瀾滄外，中國農(nóng)科院植保所也將相關(guān)雷達(dá)設(shè)備部署到江城等地，共同筑牢西南邊境遷飛害蟲入境的監(jiān)測(cè)防線。整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)，聚焦我國邊境地區(qū)關(guān)鍵遷飛通道與入口，形成靠前監(jiān)測(cè)、提前預(yù)警的布局。
“探蟲雷達(dá)”的實(shí)戰(zhàn)價(jià)值，在一次次真實(shí)蟲情預(yù)警中得到充分驗(yàn)證大學(xué)。2020年，團(tuán)隊(duì)昆蟲雷達(dá)在云南普洱江城縣寶藏鎮(zhèn)成功監(jiān)測(cè)到草地貪夜蛾爆發(fā)性遷飛入境，并第一時(shí)間發(fā)出預(yù)警，為當(dāng)?shù)乜茖W(xué)防控爭(zhēng)取寶貴時(shí)間，幫助轄區(qū)減少蟲害損失約733萬元。2021年，全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心出具應(yīng)用證明，認(rèn)可昆蟲雷達(dá)可為保障我國糧食安全、生物安全提供重要科技支撐。
隨著技術(shù)不斷成熟，雷達(dá)布設(shè)范圍持續(xù)拓展大學(xué)。目前，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的監(jiān)測(cè)雷達(dá)已在云南、山東、浙江、廣東、河南等多地投入運(yùn)行，初步形成覆蓋全國主要農(nóng)業(yè)區(qū)、多點(diǎn)協(xié)同的遷飛害蟲監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。
如今，一臺(tái)臺(tái)雷達(dá)如同“空中哨兵”，24小時(shí)不間斷值守大學(xué)。依托實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的蟲情數(shù)據(jù)，農(nóng)業(yè)害蟲防治從以往的“被動(dòng)應(yīng)對(duì)”，轉(zhuǎn)向“主動(dòng)預(yù)警、精準(zhǔn)防控”，在有效控制蟲害的同時(shí)大幅減少農(nóng)藥使用量，既降低農(nóng)戶種植成本，又守護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。這種科技賦能的綠色防控新模式，正在成為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的新范式。
團(tuán)隊(duì)成員在廣州進(jìn)行外場(chǎng)試驗(yàn)
04 不斷迭代大學(xué)：
青年力量守護(hù)糧食安全
如今，北京理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的遷飛害蟲監(jiān)測(cè)雷達(dá)已成為技術(shù)成熟的實(shí)用化裝備，不僅通過多項(xiàng)專業(yè)認(rèn)證，還斬獲多項(xiàng)重要榮譽(yù)：2025年，由北京理工大學(xué)牽頭、中國農(nóng)科院植保所作為主要完成單位的“昆蟲監(jiān)測(cè)雷達(dá)精細(xì)測(cè)量技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目，榮獲中國電子學(xué)會(huì)技術(shù)發(fā)明特等獎(jiǎng)；“蟲口奪糧”學(xué)生實(shí)踐團(tuán)獲評(píng)共青團(tuán)中央全國大學(xué)生社會(huì)實(shí)踐優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)大學(xué)。這些成果，標(biāo)志著團(tuán)隊(duì)在遷飛昆蟲監(jiān)測(cè)預(yù)警領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)突破，為保障國家糧食安全、筑牢生物安全屏障提供了創(chuàng)新可行的中國方案，也是對(duì)團(tuán)隊(duì)近八年科研攻堅(jiān)的最好認(rèn)可。
團(tuán)隊(duì)在山東東營進(jìn)行無人機(jī)吊飛昆蟲實(shí)驗(yàn)
更值得一提的是，這支團(tuán)隊(duì)始終保持著蓬勃的青春活力（目前團(tuán)隊(duì)中有50名學(xué)生），已形成“本科生—研究生—博士生”完整的人才梯隊(duì)模式大學(xué)。團(tuán)隊(duì)以信息與通信工程學(xué)科為核心，同時(shí)主動(dòng)拓展知識(shí)邊界，系統(tǒng)學(xué)習(xí)生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、作物學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)。他們通過文獻(xiàn)調(diào)研、與植保部門深度交流、田間實(shí)地驗(yàn)證，持續(xù)優(yōu)化技術(shù)方案，讓雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更貼合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用需求。
展望未來，團(tuán)隊(duì)的發(fā)展目標(biāo)愈發(fā)清晰大學(xué)。一方面，他們計(jì)劃將雷達(dá)設(shè)備布設(shè)至新疆等我國西部邊境關(guān)鍵遷飛通道入口，進(jìn)一步完善全國邊境遷飛害蟲監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，筑牢生物安全第一道防線；另一方面，還將持續(xù)推進(jìn)雷達(dá)全國組網(wǎng)，不斷提升蟲情預(yù)判的準(zhǔn)確性與時(shí)效性，為精準(zhǔn)防控提供更有力的科技支撐。
科研的價(jià)值，不只體現(xiàn)在論文數(shù)量上，更體現(xiàn)在解決實(shí)際問題、服務(wù)國家需求上大學(xué)。這支青年科研團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期圍繞遷飛害蟲監(jiān)測(cè)開展技術(shù)攻關(guān)，從云南山區(qū)的野外監(jiān)測(cè)，到實(shí)驗(yàn)室里的算法優(yōu)化，再到設(shè)備調(diào)試和田間預(yù)警應(yīng)用，逐步把雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)落到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一線，讓科研成果真正服務(wù)于糧食安全。
團(tuán)隊(duì)成員在云南瀾滄進(jìn)行外場(chǎng)試驗(yàn)
云南邊境的雷達(dá)依舊日夜運(yùn)轉(zhuǎn)，無形的電磁波穿越蒼穹，精準(zhǔn)捕捉著遷飛害蟲的每一絲蹤跡大學(xué)。而在北京理工大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里，新一批青年學(xué)子正圍著數(shù)據(jù)與樣本忙碌穿梭，他們接過前輩手中的科研接力棒，繼續(xù)在雷達(dá)與昆蟲的“無聲對(duì)話”中，深耕不輟、奮勇前行，書寫著屬于新時(shí)代青年一代的科研擔(dān)當(dāng)與奮斗故事。
