阅读说明：本技术 一种昆虫发生态势采集系统及方法 (Insect occurrence situation acquisition system and method ) 是由 张瑞瑞 陈立平 陈梅香 丁晨琛 伊铜川 冯帅辉 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供一种昆虫发生态势采集系统及方法,该系统包括计数模块、信号处理模块和数据服务器,其中：计数模块,用于获取线性阵列硅光电池产生的昆虫穿越响应信号；昆虫穿越响应信号是通过薄面激光发射模组向线性阵列硅光电池的表面持续发射薄面激光,昆虫在下落过程中对薄面激光进行遮挡,使得线性阵列硅光电池的电压发生变化生成的；信号处理模块,用于对昆虫穿越响应信号进行信号调理处理,得到昆虫计数数据；数据服务器,用于根据昆虫类型和环境地理信息,对昆虫计数数据进行处理分析,得到昆虫发生态势数据。本发明实施例基于光电效应对昆虫进行计数,避免了外界环境因素对昆虫计数的干扰,能够准确高效的实现昆虫计数。(The embodiment of the invention provides a system and a method for collecting insect occurrence situations, wherein the system comprises a counting module, a signal processing module and a data server, wherein: the counting module is used for acquiring insect crossing response signals generated by the linear array silicon photocell; the insect crossing response signal is generated by continuously emitting thin-surface laser to the surface of the linear array silicon photocell through the thin-surface laser emitting module, and the insect shields the thin-surface laser in the falling process so that the voltage of the linear array silicon photocell is changed; the signal processing module is used for carrying out signal conditioning processing on the insect crossing response signal to obtain insect counting data; and the data server is used for processing and analyzing the insect counting data according to the insect types and the environment geographic information to obtain the insect occurrence situation data. According to the embodiment of the invention, the insects are counted based on the photoelectric effect, so that the interference of external environmental factors on the insect counting is avoided, and the insect counting can be accurately and efficiently realized.)

一种昆虫发生态势采集系统及方法

技术领域

本发明涉及虫情监测技术领域，尤其涉及一种昆虫发生态势采集系统及方法。

背景技术

在农业和林业的植保领域中，对田间害虫的发生和病虫灾害的预测预报工作是一项非常重要的工作，通过统计单位时间内捕捉到害虫的数量，有助于了解害虫消长情况，为害虫防治提供有效参考。同时，害虫预测预报工作也是一项非常艰巨、繁重和复杂的任务，尤其是在田间和林间的昆虫调查工作，需要耗费大量的人力和财力。

传统统计捕捉害虫数量的方法，一般采用的是人工统计法，即人工将所捕害虫从诱捕容器中倒出，进行人工计数，不仅误工费时，而且数量统计时也容易出错。

近年来，红外发射二极管在昆虫记数上得到了广泛应用，在一定程度上提高了统计效率，节约了资源。但是，红外光极易受到外界因素干扰，装置本身受到震动以及田间林间环境因素变化，都有可能导致计数发生错误，出现漏计或者多计的情况。因此，现在亟需一种昆虫发生态势采集系统及方法来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种昆虫发生态势采集系统及方法。

第一方面，本发明实施例提供了一种昆虫发生态势采集系统，包括计数模块、信号处理模块和数据服务器，其中：

所述计数模块包括薄面激光发射模组和线性阵列硅光电池，用于获取所述线性阵列硅光电池产生的昆虫穿越响应信号，并将所述昆虫穿越响应信号发送到所述信号处理模块；所述昆虫穿越响应信号是通过所述薄面激光发射模组向所述线性阵列硅光电池的表面持续发射薄面激光，昆虫在下落过程中对所述薄面激光进行遮挡，使得所述线性阵列硅光电池的电压发生变化生成的；

所述信号处理模块，用于对所述昆虫穿越响应信号进行信号调理处理，以根据调理处理后的昆虫穿越响应信号对昆虫进行计数，得到昆虫计数数据；

所述数据服务器，用于根据昆虫类型和环境地理信息，对所述昆虫计数数据进行处理分析，得到昆虫发生态势数据。

进一步地，所述计数模块还包括入虫口、集成电路板和下虫口，其中：

所述入虫口设置有昆虫信息素诱芯，用于吸引昆虫进入所述计数模块，以使得昆虫穿过所述薄面激光发射模组和所述线性阵列硅光电池之间的薄面激光到达所述下虫口；

所述集成电路板上设置有脉冲调制电路，用于调制所述薄面激光发射模组发射薄面激光；

所述下虫口设置在所述入虫口下方，并且所述薄面激光发射模组和所述线性阵列硅光电池设置在所述入虫口和所述下虫口之间，用于使穿越薄面激光后的昆虫落出所述计数模块。

进一步地，所述计数模块中的薄面激光发射模组和线性阵列硅光电池为两组，其中，第一组的薄面激光发射模组发射的薄面激光，和第二组的薄面激光发射模组发射的薄面激光水平垂直。

进一步地，所述薄面激光发射模组的发射端设置有滤光片，所述线性阵列硅光电池的接收端设置有光栅。

进一步地，所述信号处理模块包括隔直通交处理单元、双极放大处理单元、半波整流处理单元、电压比较单元和单稳态触发单元，其中：

所述隔直通交处理单元，用于消除所述线性阵列硅光电池在常态下的偏置电压；

所述双极放大处理单元，用于对所述昆虫穿越响应信号进行放大处理，得到对应的饱和双极性信号；

所述半波整流处理单元，用于对所述饱和双极性信号进行半波整流处理，以滤除负向电压；

所述电压比较单元，用于将波整流处理后的饱和双极性信号转换成昆虫穿越响应方波信号；

所述单稳态触发单元，用于根据所述昆虫穿越响应方波信号生成对应的昆虫穿越响应规整方波信号，以作为外部中断源进行昆虫计数。

进一步地，所述入虫口下端导管的内径为所述薄面激光的激光面内对应的内切圆直径。

进一步地，所述系统包括监测模式控制模块，用于根据昆虫活动特性和环境地理信息，生成对应的昆虫发生态势监测方案。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于第一方面所述昆虫发生态势采集系统的昆虫发生态势采集方法，包括：

根据昆虫穿越薄面激光时产生的电压变化信息，获取对应的昆虫穿越响应信号；

对所述昆虫穿越响应信号信息信号调理处理，得到昆虫计数数据；

根据昆虫类型和环境地理信息，对所述昆虫计数数据进行处理分析，得到昆虫发生态势数据。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第二方面所提供的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第二方面所提供的方法的步骤。

本发明实施例提供的昆虫发生态势采集系统及方法，基于光电效应对昆虫进行计数，避免了外界环境因素对昆虫计数的干扰，能够准确高效的实现昆虫计数，提高了虫情监测的准确性，有利于虫情防治的实施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的昆虫发生态势采集系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的计数模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的薄面激光发射模组和线性阵列硅光电池的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的计数模块中薄面激光平面的示意图；

图5为本发明实施例提供的昆虫发生态势采集方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的电子设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的昆虫发生态势采集系统的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种昆虫发生态势采集系统，包括计数模块101、信号处理模块102和数据服务器103，其中：

所述计数模块101包括薄面激光发射模组和线性阵列硅光电池，用于获取所述线性阵列硅光电池产生的昆虫穿越响应信号，并将所述昆虫穿越响应信号发送到所述信号处理模块102；所述昆虫穿越响应信号是通过所述薄面激光发射模组向所述线性阵列硅光电池的表面持续发射薄面激光，昆虫在下落过程中对所述薄面激光进行遮挡，使得所述线性阵列硅光电池的电压发生变化生成的；

所述信号处理模块102，用于对所述昆虫穿越响应信号进行信号调理处理，以根据调理处理后的昆虫穿越响应信号对昆虫进行计数，得到昆虫计数数据；

所述数据服务器103，用于根据昆虫类型和环境地理信息，对所述昆虫计数数据进行处理分析，得到昆虫发生态势数据。

在本发明实施例中，计数模块101中的薄面激光发射模组垂直向对面设置的线性阵列硅光电池发射薄面激光，在昆虫进入计数模块101之前，由于薄面激光持续保持照射在线性阵列硅光电池的表面，线性阵列硅光电池两端的电压保持相对稳定的状态；当昆虫落入到计数模块101之后，会对薄面激光进行遮挡，从而改变照射在线性阵列硅光电池表面的光强度，进而使得线性阵列硅光电池两端的电压发生变化，产生对应的电压变化信息，并将该电压变化信息作为昆虫穿越响应信号发送到信号处理模块102。进一步地，信号处理模块102在接收到昆虫穿越响应信号之后，对该昆虫穿越响应信号进行信号调理处理，在本发明实施例中，信号调理处理包括消抖、滤波、保护、电平转换或隔离等，从而将昆虫穿越响应信号转化为标准信号，以作为单片机的外部中断源对进入计数模块101的昆虫进行计数，并将得到的昆虫计数数据发送到数据服务器103。最后，数据服务器103对昆虫计数数据进行存储和统计，并结合环境地理信息(例如，气象信息、地理区域信息或温湿度信息等)和昆虫类型进行融合处理分析，从而形成昆虫发生态势数据，并通过显示终端对昆虫计数数据和昆虫发生态势数据进行展示。

本发明实施例提供的昆虫发生态势采集系统，基于光电效应对昆虫进行计数，避免了外界环境因素对昆虫计数的干扰，能够准确高效的实现昆虫计数，提高了虫情监测的准确性，有利于虫情防治的实施。

在上述实施例的基础上，图2为本发明实施例提供的计数模块的结构示意图，可参考图2所示，在本发明实施例中，所述计数模块还包括入虫口201、集成电路板202和下虫口203，其中：

所述入虫口201设置有昆虫信息素诱芯，用于吸引昆虫进入所述计数模块，以使得昆虫穿过所述薄面激光发射模组204和所述线性阵列硅光电池205之间的薄面激光到达所述下虫口203；

所述集成电路板202上设置有脉冲调制电路，用于调制所述薄面激光发射模组204发射薄面激光；

所述下虫口203设置在所述入虫口201下方，并且所述薄面激光发射模组204和所述线性阵列硅光电池205设置在所述入虫口201和所述下虫口203之间，用于使穿越薄面激光后的昆虫落出所述计数模块。

在本发明实施例中，集成电路板202上的脉冲调制电路通过调制薄面激光发射模组204发射薄面激光，以使得昆虫被昆虫信息素诱芯吸引到入虫口201后，通过入虫口201下落至薄面激光发射模组204和线性阵列硅光电池205之间的薄面激光层，最终通过下虫口203从计数模块中落出。当昆虫经过薄面激光层时，会将照射到线性阵列硅光电池205的薄面激光遮挡，改变了线性阵列硅光电池205表面的光强度，使得线性阵列硅光电池205两端的电压随之发生变化，从而得到用于昆虫计数的电压变化信息，在本发明实施例中，电压信号的变化一直伴随着昆虫从进入到离开薄面激光层的整个过程，定义为穿越响应。

进一步地，可参考图2所示，本发明实施例中，所述计数模块还包括锂电池206、电路板定位柱207、液晶显示屏208、外壳209、电源指示灯210和电源开关211。其中，液晶显示屏208、电源指示灯210和电源开关211设置在外壳209外壁，锂电池206用于对计数模块进行供电，电路板定位柱207用于将集成电路板202固定在外壳209内壁。当开启电源开关211后，计数模块开始计数，当用于为集成电路板202供电的锂电池206处于低电量时，电源指示灯210显示为红色，以用于提醒操作人员及时更换锂电池206；液晶显示屏208可独立进行开关操作，为了节省功耗，可将液晶显示屏208单独关闭，当操作人员需要查询昆虫计数信息时，可随时开启液晶显示屏208，液晶显示屏208可显示计数开始时间、当前时间和累积虫数等，另外，操作人员也可手动查询某个时间段的计数情况。优选地，在本发明实施例中，薄面激光发射模组204的发射端设置有滤光片212，使得产生的薄面激光稳定在特定波段，同时避免外界光源产生的影响，减少干扰；线性阵列硅光电池205的表面设置有光栅213，从而滤除外界的干扰光，使得线性阵列硅光电池205的接收端只接收到相应波段的光源。

在上述实施例的基础上，图3为本发明实施例提供的薄面激光发射模组和线性阵列硅光电池的结构示意图，可参考图3所示，所述计数模块中的薄面激光发射模组和线性阵列硅光电池为两组，其中，第一组的薄面激光发射模组发射的薄面激光，和第二组的薄面激光发射模组发射的薄面激光水平垂直。

在上述实施例的基础上，所述薄面激光发射模组的发射端设置有滤光片，所述线性阵列硅光电池的接收端设置有光栅。

在本发明实施例中，采用了两组线性阵列硅光电池和薄面激光发射模组，采集昆虫下落时产生的两个电压值变化，从而得到更为精确的计数效果，并且，每组线性阵列硅光电池和薄面激光发射模组均设置有对应的光栅和滤光片。具体地，可参考图3所示，第一组为第一薄面激光发射模组301和第一线性阵列硅光电池302组成，其中，第一薄面激光发射模组301上设置有第一滤光片303，第一线性阵列硅光电池302上设置有第一光栅304；第二组为第二薄面激光发射模组305和第二线性阵列硅光电池306组成，其中，第二薄面激光发射模组305上设置有第二滤光片307，第二线性阵列硅光电池306上设置有第二光栅308。两组薄面激光发射模组发射的薄面激光光路水平垂直，并且，第一组的第一薄面激光发射模组301和第一线性阵列硅光电池302之间的距离，和第二组的第二薄面激光发射模组305和第二线性阵列硅光电池306之间的距离相等。进一步地，通过计数模块的集成电路板上搭载的脉冲调制电路，调节两个薄面激光发射模组分别产生两个不同波段的薄面激光，使得两组之间的信号发射和接收互不干扰，提高准确性。

进一步地，在上述实施例的基础上，当虫子穿越薄面激光层时，照射到第一线性阵列硅光电池302和第二线性阵列硅光电池306上的光强发生变化，从而产生两个变化的电压值U1和U2，结合两组薄面激光发射模组和线性阵列硅光电池对应的虫子下落时间t1和t2进行积分运算，从而估算昆虫的虫体形状大小θ，公式为：

在上述实施例的基础上，还可根据昆虫进出薄面激光层的时间差△t和虫子初始下落位置距离薄面激光层的高度△h，建立与虫体形状大小θ的关系模型，公式为：

θ＝f(Δt，Δh)；

通过计算虫体形状大小θ值，可以初步估计昆虫的虫体大小，从而为虫情发送态势的监测提供更多信息。

在上述实施例的基础上，所述信号处理模块包括隔直通交处理单元、双极放大处理单元、半波整流处理单元、电压比较单元和单稳态触发单元，其中：

所述隔直通交处理单元，用于消除所述线性阵列硅光电池在常态下的偏置电压，并使常态电压归零，以便后续仅对昆虫穿越响应信号进行放大处理，同时可以消除因长时间工作，硅光电池表面的浮尘对偏置电压的影响；

所述双极放大处理单元，用于对所述昆虫穿越响应信号进行放大处理，得到对应的饱和双极性信号，以使得放大电路能够适应所有昆虫穿越响应信号的放大要求，从而将所有微小信号全部放大至饱和状态；

所述半波整流处理单元，用于对所述饱和双极性信号进行半波整流处理，以滤除负向电压，保留正向电压；

所述电压比较单元，用于将波整流处理后的饱和双极性信号转换成昆虫穿越响应方波信号；

所述单稳态触发单元，用于根据所述昆虫穿越响应方波信号生成对应的昆虫穿越响应规整方波信号，以作为外部中断源进行昆虫计数，其中，昆虫穿越响应规整方波信号为时长可调节的规整方波信号。

在上述实施例的基础上，所述入虫口下端导管405的内径为所述薄面激光的激光面内对应的内切圆直径。

图4为本发明实施例提供的计数模块中薄面激光平面的示意图，可参考图4所示，薄面激光发射模组401的发射端通过滤光片402，向对面的线性阵列硅光电池404的中心位置发射薄面激光，优选地，线性阵列硅光电池404表面设置有光栅403，薄面激光发射模组401的照射范围和线性阵列硅光电池404形成了一个三角形区域的激光面(反射端的发射角度为a)，在本发明实施例中，将入虫口下端导管405的内径设置为激光面内对应的内切圆直径R，使得昆虫穿越该直径的导管之后，能被计数模块检测到。

在上述实施例的基础上，所述系统包括监测模式控制模块，用于根据昆虫活动特性和环境地理信息，生成对应的昆虫发生态势监测方案。

在本发明实施例中，昆虫发生态势采集系统设置有普通监测模式和虫情探测模型，通过监测模式控制模块进行控制。具体地，当昆虫发生态势采集系统处于普通监测模式下时，该系统一直处于计数状态，有虫即计数；当昆虫发生态势采集系统需要转换为虫情探测模式时，该系统可根据所监测昆虫活动特性和环境地理信息，通过监测模式控制模块制定对应的昆虫发生态势监测方案，从而有选择性地开关计数模块，规避因外在环境变化干扰计数的代表性。例如，对于夜行性昆虫，夜间开启计数，白天则停止计数；当光敏传感器检测到的光强度达到一定程度，系统关闭计数；当温湿度传感器检测到空气湿度达到某一阈值或有降雨等，系统关闭计数等。

在上述实施例的基础上，昆虫发生态势采集系统还包括风速风向传感器、环境温湿度传感器和光照传感器等，并通过在昆虫发生态势采集系统中设置无线通信模块，实现将昆虫发生态势数据实时发送到数据服务器。

图5为本发明实施例提供的昆虫发生态势采集方法的流程示意图，如图5所示，本发明实施例提供了一种昆虫发生态势采集方法，包括：

步骤501，根据昆虫穿越薄面激光时产生的电压变化信息，获取对应的昆虫穿越响应信号；

步骤502，对所述昆虫穿越响应信号信息信号调理处理，得到昆虫计数数据；

步骤503，根据昆虫类型和环境地理信息，对所述昆虫计数数据进行处理分析，得到昆虫发生态势数据。

在本发明实施例中，首先，计数模块中的薄面激光发射模组垂直向对面设置的线性阵列硅光电池发射薄面激光，在昆虫进入计数模块之前，由于薄面激光持续保持照射在线性阵列硅光电池的表面，线性阵列硅光电池两端的电压保持相对稳定的状态；当昆虫落入到计数模块之后，会对薄面激光进行遮挡，从而改变照射在线性阵列硅光电池表面的光强度，进而使得线性阵列硅光电池两端的电压发生变化，产生对应的电压变化信息，从而根据昆虫穿越薄面激光时产生的电压变化信息，获取对应的昆虫穿越响应信号；然后，将该昆虫穿越响应信号进行信号调理处理，在本发明实施例中，信号调理处理包括消抖、滤波、保护、电平转换或隔离等，从而将昆虫穿越响应信号转化为标准信号，以作为单片机的外部中断源对昆虫进行计数，得到昆虫计数数据；最后，对昆虫计数数据进行存储和统计，并结合环境地理信息(例如，气象信息、地理区域信息或温湿度信息等)和昆虫类型进行融合处理分析，从而形成昆虫发生态势数据。

本发明实施例提供的昆虫发生态势采集方法，基于光电效应对昆虫进行计数，避免了外界环境因素对昆虫计数的干扰，能够准确高效的实现昆虫计数，提高了虫情监测的准确性，有利于虫情防治的实施。

图6为本发明实施例提供的电子设备结构示意图，参照图6，该电子设备可以包括：处理器(processor)601、通信接口(Communications Interface)602、存储器(memory)603和通信总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过通信总线604完成相互间的通信。处理器601可以调用存储器603中的逻辑指令，以执行如下方法：根据昆虫穿越薄面激光时产生的电压变化信息，获取对应的昆虫穿越响应信号；对所述昆虫穿越响应信号信息信号调理处理，得到昆虫计数数据；根据昆虫类型和环境地理信息，对所述昆虫计数数据进行处理分析，得到昆虫发生态势数据。

此外，上述的存储器603中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的昆虫发生态势采集方法，例如包括：根据昆虫穿越薄面激光时产生的电压变化信息，获取对应的昆虫穿越响应信号；对所述昆虫穿越响应信号信息信号调理处理，得到昆虫计数数据；根据昆虫类型和环境地理信息，对所述昆虫计数数据进行处理分析，得到昆虫发生态势数据。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。