甜菜杂草目标检测数据集（猫脸码客第278期）

甜菜杂草检测

一、甜菜田杂草种类

甜菜田中常见多种杂草，以下为你详细介绍几种典型杂草：

稗草

• 植物属性：一年生草本植物，外形与稻子极为相似。
• 形态特征：秆直立，表面光滑无毛。圆锥花序主轴带有角棱，质地粗糙；小穗密集生长在穗轴的一侧，几乎无柄或仅有极短柄。
• 生长习性：花果期在 7 - 10 月，常生长于稻田、沼泽、沟渠旁以及低洼荒地等区域。

狗尾草

• 别称：又叫莠，因其穗形酷似狗尾巴而得名。
• 形态特征：秆疏丛生，直立或者基部膝曲上升。叶片呈条状披针形，叶鞘松弛且光滑，鞘口有毛；叶舌为毛状。圆锥花序呈圆柱状，直立或者稍微弯垂，刚毛颜色为绿色或变为紫色。
• 生长习性：在夏、秋季节采收，晒干保存。常生长在麦田、谷子、玉米、棉花、豆类、花生、薯类、蔬菜、甜菜、马铃薯、苗圃、果树等各类农作物田中。

芦苇

• 植物属性：多年生禾本科芦苇属植物，又名苇、葭、芦竹、蒲苇、苇子草等。
• 形态特征：根状茎十分发达。秆直立，高度在 1 - 3 米之间，具有 20 多节，节下被腊粉覆盖。叶鞘下部比上部短，且长于其节间；叶舌边缘密生一圈长约 1 毫米的短纤毛，两侧缘毛容易脱落；叶片呈披针状线形。圆锥花序大型，分枝众多，着生着稠密下垂的小穗。
• 生长习性：花果期为 8 - 11 月，生长在各种有水源的空旷地带，如湖泊、浅水洼地、河流沟渠沿岸等地。

灰藜

• 植物属性：藜科藜属植物，别名灰藋、灰菜。
• 形态特征：一年生草本植物，植株高度在 30 - 150 厘米。茎直立且粗壮，具有条棱。叶片呈菱状卵形至宽披针形，上面通常无粉，有时嫩叶的上面有紫红色粉，下面多少有粉，边缘具有不整齐锯齿。花为两性，花簇于枝上部排列成或大或小的穗状圆锥状或圆锥状花序；花被裂片呈宽卵形至椭圆形。
• 生长习性：花果期在 5 - 10 月，生于路旁、荒地及田间，是一种很难除掉的杂草。

二、目标检测方法

（一）基于深度学习和图像处理的方法

1. 基于蔬菜苗田杂草检测的改进方法
   • 流程：在蔬菜大棚内采集大量不同生长阶段的蔬菜苗田内蔬菜与主要杂草的 RGB 三通道图片。经过数据标注、图像预处理和数据增强建立图像数据集，并将其划分为训练集、测试集和验证集。接着在采集的甜菜与杂草图片数据集上训练卷积神经网络得到网络预权重，通过迁移学习和网络冻结的方式在训练集上训练杂草目标检测卷积神经网络模型，利用测试集进行精度测试。将待检测图像输入网络模型中进行推理，可在待检图像中生成杂草目标检测框、杂草类别和杂草目标置信度得分。最后利用非极大值抑制算法从检测框中筛选出对应种类局部置信度极大值检测框，作为当前杂草目标检测真值框；在杂草目标检测框采用超绿图像特征结合 OTSU 自适应阈值分割算法分割当前区域图像，得到更加精准的目标图像质心坐标位置和外接矩形框。
   • 优势：能够快速对蔬菜苗田中的作物和杂草目标进行准确识别和定位。
2. 基于多尺度融合模块和特征增强的杂草检测方法
   • 流程：将轻量网络 MobileNet 作为 SSD 模型的特征提取网络，并设计了一种多尺度融合模块。将浅层特征图先通过通道注意力机制增强图像中的关键信息，再将特征图经过不同膨胀系数的扩张卷积扩大感受野，最后将两条分支进行特征融合。对于检测小目标的浅层特征图，在包含较多小目标细节信息的同时，还包含丰富的语义信息。在此基础上对输出的 6 个特征图经过通道注意力机制进行特征增强。
   • 效果：在自然环境下甜菜与杂草图像数据集中，平均检测精度可达 88.84%，参数量减少 57.09%，检测速度提高 88.44%，同时模型对小目标作物与杂草以及叶片交叠情况的检测能力均有提高。
3. 基于深度学习的农作物行检测方法
   • 流程：在多个作物季节收集独特的甜菜作物行图像数据集，代表不同的生长阶段、光照水平、不同的杂草密度、弯曲的作物行和不连续性。提出一种新颖的作物行选择算法，利用作物行分割掩码，在任何田间条件下都能准确预测中央作物行。使用综合性能指标评估不同田间条件下的作物行检测性能，在现实模拟中测试基于视觉伺服的作物行导航算法，以评估方法的视觉伺服性能。
   • 应用：可用于农业机器人的田间导航，从而实现对甜菜杂草的检测。

（二）喹禾灵防除杂草试验

1. 试验背景：为明确 10%喹禾灵乳油对甜菜田杂草的防除效果及其对甜菜作物的安全性，1992 年在黑龙江北安市花园农场和内蒙古呼和浩特市郊进行了田间试验。
2. 试验结果：药后 10 天内目测甜菜生长正常，稗草和野燕麦的叶片褪绿，心叶卷曲，茎基部变褐，有些心叶已经枯死，并开始整株枯死。药后 30 天调查结果显示，喹禾灵对甜菜田稗草和野燕麦的防除效果随用量增加而提高，相同用量下比，喹禾灵的防效略低于禾草克。测产结果表明，4 个药剂处理区都比不除草对照区增产 37%以上。此外，还有多项研究也证实了喹禾灵在防除甜菜禾本科杂草方面的良好效果。

（三）超高效液相色谱—串联质谱检测方法

1. 甜菜中 4 种除草剂残留的检测
   • 方法：建立了超高效液相色谱—串联质谱（UPLC - MS/MS）同时测定甜菜中 4 种不同类型长效除草剂（氯嘧磺隆、嗪草酮、莠去津、咪唑乙烟酸）残留量的分析方法。样品经过甲醇提取，C18 前处理小柱净化处理，以 BEH C18 为色谱柱，0.1%（v/v）甲酸水溶液 - 0.1%（v/v）甲酸乙腈溶液为流动相梯度洗脱，电喷雾电离，在多反应监测（MRM）模式下测定。
   • 效果：该方法标准曲线的线性良好，R 值均大于 0.99。在添加水平在 0.01mg/kg 和 0.1mg/kg 条件下，4 种除草剂回收率为 72.1%～98.1%，相对标准偏差均小于 10%，说明检测方法可靠。
2. QuEChERS - 超高效液相色谱串联质谱法测定甜菜中 15 种除草剂
   • 方法：甜菜样品用乙腈提取，经 QuEChERS 方法净化后，在超高效液相色谱 - 串联质谱仪电喷雾正负离子在线切换多反应监测（MRM）模式下测定，外标法定量。
   • 效果：该方法高效、准确，灵敏度和精密度均满足甜菜多除草剂残留检测的要求。
3. 乙氧呋草黄和苯嗪草酮在甜菜中的残留和降解研究
   • 方法：建立了甜菜、植株及土壤中乙氧呋草黄和苯嗪草酮的残留分析方法，并采用田间试验方法研究了乙氧呋草黄和苯嗪草酮在甜菜植株和土壤中的消解动态及其在甜菜、甜菜植株和土壤中的残留规律。样品用乙腈 - 水溶液振荡提取，经分散固相萃取净化，超高效液相色谱 - 串联质谱测定。
   • 结果：乙氧呋草黄和苯嗪草酮在甜菜、甜菜植株和土壤中的平均回收率较高，变异系数较小，最低检测质量分数低。2016—2017 年在黑龙江省田间残留试验表明，乙氧呋草黄和苯嗪草酮在土壤中的半衰期较短，甜菜最终样品中残留量均小于最低检测质量分数。

三、甜菜田除草剂的安全使用技术

（一）直播甜菜田

1. 播前或播后苗前土壤处理
   • 野麦畏
     • 防治对象：野燕麦、毒麦和一年生黑麦草。
     • 使用技术：播种前土壤处理，每公顷用有效量 960～1320g。
     • 注意事项：喷药后先用圆盘耙耙地，耙深 5～7cm，最好随喷药随耙地混土，然后播种。
   • 异丙甲草胺
     • 防治对象：稗草等一年生禾本科杂草和小粒种子的阔叶杂草。
     • 使用技术：播后苗前土壤处理，每公顷用有效量 1296～1728g。
   • 丁草胺
     • 防治对象：大多数一年生禾本科杂草及一些莎草科杂草和阔叶杂草，如稗草、马唐、千金子等。
     • 使用技术：播后苗前土壤处理，每公顷用有效量 900～1125g。
2. 苗后茎叶处理
   • 精喹禾灵、精吡氟禾草灵、精氟吡甲禾灵
     • 防治对象：一年生禾本科杂草，提高剂量时对多年生杂草也有效。
     • 使用技术：禾本科杂草 2～5 叶期茎叶处理，每公顷用有效量精喹禾灵 25.05～49.95g，精吡氟禾草灵 37.5～60g，精氟吡甲禾灵 40.5～64.8g。
     • 注意事项：使用时注意天气干旱或草龄较大时应增加药量，施药时注意风速、风向，防止药液飘移到附近禾本科作物田造成药害。
   • 烯禾定
     • 防治对象：稗草等一年生禾本科杂草，适当提高药剂用量可防治白茅等。
     • 使用技术：禾本科杂草 2～5 叶期茎叶处理，每公顷用有效量 255～420g。
   • 禾草灵
     • 防治对象：多种一年生禾本科杂草。
     • 使用技术：禾本科杂草 2～4 叶期茎叶处理，每公顷用有效量 810～1242g。
   • 甜菜宁
     • 防治对象：藜属等多种阔叶杂草。
     • 使用技术：甜菜苗后，杂草 2～4 叶期茎叶处理，每公顷用有效量 792～960g。
     • 注意事项：可进行一次喷施或间隔 7d 左右分两次喷施，施药时高温高湿有利于杂草叶片吸收与发挥药效，可与烯禾定等除草剂混用防除单、双子叶杂草。
   • 甜安宁
     • 防治对象：藜等阔叶杂草。
     • 使用技术：甜菜苗期，杂草 2～4 叶期茎叶处理。
     • 注意事项：可与烯禾定等除草剂混用防除单、双子叶杂草。

（二）育苗移栽甜菜田

育苗移栽甜菜田杂草的化学防除与直播田基本相同。

• 异丙甲草胺
  • 防治对象：稗草等一年生禾本科杂草和小粒种子的阔叶杂草。
  • 使用技术：移栽前土壤处理，每公顷用有效量 1296～1728g。
• 禾草丹
  • 防治对象：马唐等杂草。
  • 使用技术：移栽前土壤处理，每公顷用有效量 1050g。
  • 注意事项：挥发性强，施用后需混土。
• 丁草胺
  • 使用技术：移栽前土壤处理，每公顷用有效量 900～1125g。

（三）留种甜菜田

• 氟乐灵
  • 防治对象：对禾本科杂草及部分阔叶杂草有较好防除效果。
  • 使用技术：播种前土壤处理，每公顷用有效量 720g。
  • 注意事项：施药后应立即耙地混土，然后播种，且施用氟乐灵剂量要准确，用量偏少或漏喷的地块往往杂草丛生，用量过高或重喷的地块容易产生药害。

四、甜菜杂草检测重要性

甜菜杂草检测对于实现可持续农业意义重大。

（一）减少除草剂使用

传统的杂草控制方式是对整个田地均匀喷洒除草剂，这种做法不仅会对土壤、作物和环境造成负面影响，还可能危害人类健康。而通过精准检测杂草，可以选择性地喷洒不同的除草剂，或者采用机械、激光等物理方式除草，从而减少农用化学品的使用量，迈向可持续农业。

（二）提高甜菜产量

甜菜在生长前期植株较小、生长较慢，极易受杂草危害。如果能及时检测并清除杂草，可以为甜菜提供更好的生长环境，减少杂草与甜菜对水分、养分和光照资源的竞争，从而提高甜菜的产量和品质。

（三）无人飞行器的应用前景

无人飞行器在甜菜杂草检测中具有广泛的应用前景。配备不同传感器的无人机可以在相对较短的时间内覆盖较大的区域，快速获取耕地环境的详细信息。例如，通过安装在无人机上的摄像头，可以采集甜菜田的图像，利用基于深度学习和图像处理的方法，对图像中的甜菜和杂草进行分类检测。此外，无人机还可以结合近红外（NIR）图像等多源数据，提高检测的准确性和精度。

五、数据集

数据集地址可通过微信小程序猫脸码客获取。