CN103518686A - 滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法，包括以下步骤：⑴、获取滴灌棉田棉蚜数量，同时获取滴灌棉田气候情况；⑵、根据步骤⑴的滴灌棉田气候，观察连续五日的变化情况，与前3～10年同一期间的气候变化情况进行对比，若两者一致，观察前3～10年同一期间的后期棉蚜发展状况，若棉蚜生长趋势增长，发出报警信息。充分利用现代信息技术进行数据的采集和传输，不但节省了大量的人工，而且提高了棉蚜监测预警的时效性。

Description

滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法

技术领域

本发明涉及棉田监测技术领域，尤其是一种滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法。

背景技术

棉花是我国最重要的经济作物，而在棉花苗期会发生棉蚜害虫，影响棉花生长。现在防治棉蚜的方式，主要是以被动防治为主，即哪里出现了害虫再采取被动的防御式措施。这种方式不但不经济，而且不科学，无法实现精准防治，产生大量的资源浪费。

虽然也有类似预测棉蚜的技术报道，如中国专利申请201210518102.3，“一种短期预测棉蚜种群数量的方法”，公开了一种短期预测棉蚜种群数量的方法，该方法在田间实地调查数据的基础上，根据不同温度的棉蚜种群生命表，建立温度和棉蚜种群增长的函数关系；在田间棉蚜种群调查的基础上，通过递推计算方式，采用指数增长的方法可以预测下一时间段(5天左右)棉蚜种群数量的变化，从而达到对棉蚜种群的短期数量预测，提高棉蚜种群预测准确度，有利于生产上对棉蚜的生态防治和科学管理，为管理部门科学决策防治措施提供依据，为棉花生产提供保障。

无论是上述专利技术报道还是现有常规被动防治，都存在以下缺陷：

①现有棉蚜预警技术仍然采用传统的人工调查棉田棉蚜数量，人为处理分析调查数据等传统方式，这就导致不但工作量极大，而且数据调查费时费力。

②现有棉蚜预警技术时效性较差，等棉田棉蚜小面积爆发以后，才通过人为的调查提出被动的防治决策，导致棉蚜预警的滞后性，未能实现棉蚜的快速监测预警，在棉花实际生产中未起到主动防治的效果。

③现有棉蚜预警技术未能建立完整的联网预警决策系统，其数据处理与传输等过程均未采用现有先进的信息技术。其次，气象条件（降雨量、温湿度、风速等）是棉蚜发生发展的主要影响因子，而以上技术预警模型调用的参数较少，即模型运算方程的系数少，模型简单，其准确性难以保证。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法，采用信息化的预警系统，来防治棉花病虫害，准确可靠简便。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法，包括以下步骤：

⑴、获取滴灌棉田棉蚜数量：每天在6:00～22:00时间段每半个小时采集棉蚜数量；同时获取滴灌棉田气候情况：监测田间降雨量、温度、湿度、风速、风向和土壤温湿度；

⑵、根据步骤⑴的滴灌棉田气候，观察连续五日的变化情况，与前3～10年同一期间的气候变化情况进行对比，若两者一致，观察前3～10年同一期间的后期棉蚜发展状况，若棉蚜生长趋势增长，发出报警信息。

进一步地，将步骤⑴获得的滴灌棉田棉蚜数量和滴灌棉田气候情况，经无线传输农田联网系统基站。

进一步地，步骤⑴中获取滴灌棉田棉蚜数量的装置包括支架、框架、高清无线网络摄像机和透明薄玻璃，所述框架架设在所述支架上；所述框架上部为方形漏斗状，下部为密封箱体，两部分固定连接；所述箱体上侧面中央处设有通孔；所述高清无线网络摄像机设在所述箱体内；所述透明薄玻璃与所述方形漏斗上侧边密封连接。

进一步地，所述方形漏斗内侧面喷涂有柠檬黄层。

进一步地，所述高清无线网络摄像机包括摄像装置和无线传输装置。

进一步地，该监测装置还包括与无线传输装置配套的接收装置，以及控制装置和报警装置；所述接收装置依次与所述控制装置、所述报警装置连接。

进一步地，所述框架上方开口尺寸为300mm×300mm，下方箱体为200mm×200mm×200mm。

进一步地，在所述箱体内固定一个100mm×100mm×100mm的小箱体，所述小箱体上表面与所述箱体的内上表面固定连接；所述高清无线网络摄像机固定在所述小箱体内。

进一步地，所述透明薄玻璃尺寸为310mm×310mm。

进一步地，所述支架为伸缩杆结构。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

①本发明采用自主开发研制的滴灌棉田棉蚜数量快速获取装置，代替了传统的人为调查，实现了棉田棉蚜数量动态参数的快速获取；同时结合棉田气象资料监测收集装置集成一套完整的滴灌棉田棉蚜快速监测预警监测设备，通过远程无线传输及时将棉蚜动态照片和气象资料等田间信息传输到数据处理终端。充分利用现代信息技术进行数据的采集和传输，不但节省了大量的人工，而且提高了棉蚜监测预警的时效性。

②本发明建立开发出了完整的滴灌棉田棉蚜预警和决策系统，本系统包括历年气象资料、棉蚜防治决策等完整的数据库，通过对棉田数据进行相关分析后调用有关参数，利用已建立的棉蚜预警模型对棉蚜的发生发展趋势进行预测，并且提出相应的防治决策建议，打破了传统的人为田间调查建立预警模型的方式，结合现代信息技术实现了棉蚜快速监测预警的目的，为棉花实际生产中适时、适量喷药提供了保障，不但提高了生态效益，也提高了经济效益。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为监测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1所示的一种滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法，包括以下步骤：

①滴灌棉田棉蚜数量的快速获取：利用如图2所示的滴灌棉田棉蚜发生量快速监测装置快速获取棉田棉蚜数量动态，该装置是结合计算机图像识别技术和数字拍照技术，每天在6:00-22:00时间段每半个小时采集棉蚜数量动态的照片一次，并将照片信息传输到数据处理中心，然后在终端利用棉蚜数量统计软件对棉蚜数量进行计数处理，最终实现实时快速监测田间棉蚜数量。

②气象资料的获取：结合棉蚜数量快速获取装置，集成一套同时可以获取棉田小气候和棉蚜数量的设备，实现了快速获取田间降雨量、温度、湿度、风速、风向，土壤温湿度等参数因子，为棉蚜预警决策提供运用参数。

③远程无线传输技术：利用建设的农田联网系统基站，定时将田间棉蚜数量动态的照片和气象资料通过无线传输发送至处理中心进行数据分析，实现远程数据传输，建立一站多点发送快速响应机制。采用无线传输技术不仅增加了棉蚜预警的时效性，而且提高了数据整理分析的正确性。

④棉蚜预警决策系统：系统可以实现对田间采集的棉蚜照片进行软件计数处理，同时对气象资料的整理分析，调用历年气象资料数据库计算出预警模型所需要的气象参数（近五日平均温度、积温、最高温度，平均降雨量等）供模型调用。然后利用建立的棉蚜监测预警模型结合棉蚜数量和气象参数，进行棉蚜发生发展趋势进行预警，最后调用棉蚜防治预防策略数据库提出对应的防治措施供棉农参考。

计算机、图像处理和模式识别等技术和理论的飞速发展，为实现棉蚜自动识别与计数提供了基础，目前已经存在单纯基于图像的棉蚜自动识别与计数技术和软件，然而这项技术仅仅停留在室内的理论研究，并未结合棉蚜预警模型实现实际棉花生产中的棉蚜预警防治。其次，大量的棉花预警模型的建立也是单纯的基于大量的人工调查、历史资料的收集等，数据的获取时效性差，预测周期长，工作量极大，未能真正意义在棉花实际生产中起到快速实时监测预警的效果。

图2所示的的一种滴灌棉田棉蚜发生量快速监测装置，包括支架2、框架1、高清无线网络摄像机和透明薄玻璃3，所述框架1上部为方形漏斗11状，下部12为密封箱体，两部分固定连接；所述方形漏斗11架设在所述支架2上；所述箱体12上侧面中央处设有通孔，所述高清无线网络摄像机设在所述箱体12内，经所述通孔进行摄像；所述透明薄玻璃3与所述方形漏斗11上侧边密封连接。方形漏斗11内侧面喷涂有柠檬黄层。

本设备原理是利用棉蚜极强的趋黄性，对滴管棉田的有翅蚜进行诱导；结合高清自动拍照技术，对滴灌棉田棉蚜数量进行动态数据采集；然后采用无线网络传输技术将田间采集的照片定时发送到数据处理终端，进行计算机软件自动分析处理。

框架1采用2mm厚的不锈钢钢板制作而成，其内壁均使用柠檬黄自喷漆进行上色。其上端开口300mm×300mm依据棉蚜最佳监测黄板尺寸而制定；高度300mm依据网络摄像机的焦距、分辨率，以及黄色反射效果而定。其下端固定连接一个200mm×200mm×200mm的正方体箱子12，主要起到保护摄像机、无线传输设备等核心部件。在该正方体箱子12的中心是一个较小的100mm×100mm×100mm的正方体箱子121，其主要作用是固定拍照设备，其次起到核心部件的双层保护，避免雨水的淋蚀和灰尘的侵入对核心部件破坏。

高清无线网络摄像机，至少包括摄像装置和无线传输装置，实现按需求每天在6:00-22:00时间段每30分钟自动采集棉蚜数量照片一次，将照片保存到自带的TF卡上，登录后台进行照片下载；或者可以通过Email将照片信息定时发送到指定的邮箱。其详细参数介绍如下，

镜头：3.6mm                感光元器件：1/4英寸彩色cmos芯片

视频压缩技术：H.264        分辨率：最大2560×1920

视频调节：亮度、对比度、色度、饱和度      最低照度：0.1Lu×/F1.2

信噪比：>48DB(AGC关闭)             白平衡：自动

快门速度：1/50s（1/60s）  1/100000s      背光平衡：自动

支持插卡：最大支持64G的TF卡              定时报警：支持Email    

IP模式：动态IP，静态IP地址，PPPOE           工作温度：-32℃∽50℃

电源：DC 5V/2A 

访问数量：同时支持多位访客，使用转发服务时访客数量不限

网络接口：RJ-45 10/100M以太网 ，wifi    网络协议：TCP/IP、HTTP、ICMP、DHCP、FTP、SMTP

支持操作系统：Microsoft win98 SE/ME/2000/XP/Vista/7,Internet Explorer 5.0以上，NET 4.5。

透明薄玻璃：利用310mm×310mm透明度较好的薄玻璃对装置上端封口，由于受内壁和底部黄色的诱导，有翅蚜诱集于玻璃上面，达到定时拍照采集棉蚜动态数量的目的。

支架上方的尺寸为305mm×305mm，由不锈钢材质制作而成，支架采用可伸缩设计，可以实现在棉田依据棉花的生长不断调整装置的高度，确保诱蚜面和棉花冠层的最佳高度，以获得较好的监测效果。

本装置采集棉蚜动态照片，棉蚜来去自由，采集的照片不存在粘连情况，因此提高了滴灌棉田棉蚜数量统计的准确性。而目前通过计算机识别技术对棉蚜数量的统计，都停留在对静态的、累积诱导的棉蚜数量进行计数，由于棉蚜发生量大、体积小，导致粘连程度严重，在一定程度上准确度较低。

本装置采用自动拍照技术既增加了统计棉蚜数量的时效性，也减少了人为计数的工作量。相比传统的人为调查方法具有鲜明的优势。

本装置采用无线传输技术，结合在处理终端使用棉蚜数量自动统计软件，提高了棉蚜监测速度，为滴灌棉田棉蚜快速及时监测与预警提供了技术保障。实现了全程无人监管自动采集棉蚜数量的技术。

 

本发明技术方案带来的有益效果：

①利用自主研发的棉蚜和天敌数量获取装置，代替了传统的人为调查，利用计算机和图像识别技术的结合开发棉蚜计数软件进行计数统计，实现了棉田棉蚜数量快速获取和数据实时传输，既节省了大量的人工投入，并且提高了棉蚜监测预警的时效性。

②将单纯的棉蚜计数技术与大田实际生产中的预警模型结合使用，实现了从理论到实践的实用性目标，本发明利用先进的信息化技术提供了一种快捷、方便、精准的棉蚜预警技术。

③通过远程无线传输数据的方式，代替了人为的计数处理方式，不但避免了人为的数据处理造成的系统误差，而且为棉蚜的快速监测预警提供了技术保障。

④滴灌棉田棉蚜预警决策系统的使用打破了传统的被动式棉蚜防治方式，不但经济、科学，而且达到精准防治的目的，减少大量的人力资源和农药等的浪费。

 

在棉花苗期进行了设备的安装和网络的调试，于2013年5月30日—7月30日在石河子大学试验站进行了为期两个月的中试试验，其棉花生产过程按正常情况进行喷药。

4.1  气象信息和棉蚜发生量的采集：该农田小气象站集成了降雨量、风向、风速、温湿度参数的监测，同时每天在6:00—22:00期间每30分钟自动采集棉蚜发生量信息照片一次，将照片储存于设备自带的TF卡上，同时将照片通过无线网络发送至指定的邮箱。

4.2  田间棉蚜发生量的调查：为探究本发明的准确性和时效性，同步进行滴灌棉田的棉蚜发生量调查工作，每天下午19:00在试验小区采取五点调查，每点调查棉珠20株，计算统计出棉田棉蚜百株有翅蚜、百株全蚜量等参数。

4.3  终端数据信息的处理：每天定时对远程传输来的棉田气象资料和棉蚜发生量进行数据分析，利用初建的棉蚜预警决策系统进行棉田棉蚜发生量的预测。部分预测结果展示如下：

                                                

其结果表明:本发明预警的棉蚜发生量与棉田人工调查的实际棉蚜发生量准确率达到93%以上，可以实现在短期内对滴灌棉田棉蚜发生量的预警；其次在短期内预警提出的棉蚜危害程度与大田实际情况100%相符合。最后通过建立的棉蚜决策数据库调取对应的棉蚜防治措施。

4.3  效益评价：通过中试试验，本发明对滴灌棉田棉蚜的预警达到了高效准确的效果，可以通过建立棉蚜防治联网系统提供对应的防治措施，为农民适时、适量喷药提供技术指导；并且本发明创造利用最先进的信息化技术，来防治棉蚜造成的病虫害，其新颖性、创造性和实用性是其他在先技术无法比拟的，带来了明显的经济效益、生态效益和社会效益。

Claims (10)

1.一种滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法，包括以下步骤：

⑴、获取滴灌棉田棉蚜数量：每天在6:00～22:00时间段每半个小时采集棉蚜数量；同时获取滴灌棉田气候情况：监测田间降雨量、温度、湿度、风速、风向和土壤温湿度；

⑵、根据步骤⑴的滴灌棉田气候，观察连续五日的变化情况，与前3～10年同一期间的气候变化情况进行对比，若两者一致，观察前3～10年同一期间的后期棉蚜发展状况，若棉蚜生长趋势增长，发出报警信息。

2.如权利要求1所述滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法，其特征在于：将步骤⑴获得的滴灌棉田棉蚜数量和滴灌棉田气候情况，经无线传输农田联网系统基站。

3.如权利要求1所述滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法，其特征在于：步骤⑴中获取滴灌棉田棉蚜数量的装置包括支架、框架、高清无线网络摄像机和透明薄玻璃，所述框架架设在所述支架上；所述框架上部为方形漏斗状，下部为密封箱体，两部分固定连接；所述箱体上侧面中央处设有通孔；所述高清无线网络摄像机设在所述箱体内；所述透明薄玻璃与所述方形漏斗上侧边密封连接。

4.如权利要求3所述滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法，其特征在于：所述方形漏斗内侧面喷涂有柠檬黄层。

5.如权利要求3所述滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法，其特征在于：所述高清无线网络摄像机包括摄像装置和无线传输装置。

6.如权利要求5所述滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法，其特征在于：该监测装置还包括与无线传输装置配套的接收装置，以及控制装置和报警装置；所述接收装置依次与所述控制装置、所述报警装置连接。

7.如权利要求3所述滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法，其特征在于：所述框架上方开口尺寸为300mm×300mm，下方箱体为200mm×200mm×200mm。

8.如权利要求7所述滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法，其特征在于：在所述箱体内固定一个100mm×100mm×100mm的小箱体，所述小箱体上表面与所述箱体的内上表面固定连接；所述高清无线网络摄像机固定在所述小箱体内。

9.如权利要求3所述滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法，其特征在于：所述透明薄玻璃尺寸为310mm×310mm。

10.如权利要求3所述滴灌棉田棉蚜快速监测与预警方法，其特征在于：所述支架为伸缩杆结构。

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