CN105828051A - 一种小型昆虫行为实时监控系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及小型昆虫行为实时监控系统及其应用，包括用于观察昆虫行为的监控端、用于处理观察昆虫行为的服务端以及用于监控观察昆虫行为的客户端，本发明通过用于观察昆虫行为的监控端、用于处理观察昆虫行为的服务端以及用于监控观察昆虫行为的客户端之间的连接，实现了观察者可以连续的、在线的、远程实时监控昆虫行为活动，同时可以观察小型昆虫一个世代的行为，而不需要转换观察盒和更换食物，保证了小型昆虫的自主生活不被打扰。本监控装置操作方便，画面高清，可连续不间断监控并存储小型昆虫至少一个世代的行为数据，能有效研究小型昆虫的行为，替代了传统的肉眼观察法，突破了传统摄像机的诸多限制，有较广阔的应用前景。

Description

一种小型昆虫行为实时监控系统及其应用

技术领域

本发明涉及一种小型昆虫行为实时监控系统及其应用。

背景技术

昆虫行为学是研究昆虫的行为类型、模式及其产生机制的一门科学，是昆虫学研究不可或缺的基础部分。

昆虫行为的表现背后隐藏这错综复杂的背景和机制，同时跨尺度影响昆虫种群丰度、生物群落结构和生态系统功能等。

昆虫的行为模式主要包括取食行为(植食昆虫食性、寄生蜂寄生、捕食昆虫取食和吸血昆虫取食等)、繁殖行为(寻找配偶、求偶与交配、产卵与抚幼)、定向和移动行为(扩散、迁飞)、通讯行为(化学通讯、视觉通讯、听觉通讯、视觉通讯和触觉通讯)、防卫(行为防卫、结构防卫、化学防卫、色彩防卫、拟态防卫和群体防卫等)与攻击行为以及占区行为、社会行为等等。

昆虫行为贯穿昆虫的整个生活史，最基本的行为是取食和繁殖，可以说很多其它类型的行为都为这两项行为服务。

昆虫行为的研究方法多种多样，观察分析是最基本的研究方法。

传统的观察分析方法是直接观察和手工记录，然而此方法耗时费力且存在主观臆断的可能。

对中、大型昆虫行为的观察肉眼尚可做到，然而对于隐蔽性极强的小型昆虫，肉眼极难辨识其行为模式，对行为进行定性或定量分析更是不太可能，特别是小型昆虫如蓟马、粉虱和斑潜蝇等，是重要的农业害虫，寄生蜂等是许多农林害虫的优势天敌。传统的摄像机拍摄又存在连续性不强、存储能力有限、无法实现远程监控等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型昆虫行为实时监控系统，旨在填补现有的昆虫行为监控系统无法有效研究小型昆虫行为的空白。

本发明提供了一种小型昆虫行为实时监控系统，包括：用于观察昆虫行为的监控端、用于处理观察昆虫行为的服务端以及用于监控观察昆虫行为的客户端；

用于观察昆虫行为的监控端包括三脚架、摄像机、红外微距镜头、用于昆虫活动的行为观察盒；

所述行为观察盒为透明、透气的盒子，内有小型昆虫以及寄生的叶片，行为观察盒壁上设有小孔，所述寄生叶片的叶柄穿过小孔浸于行为观察盒外部的贮水杯的水中；

所述摄像机安装在三脚架上，镜头安装在摄像机下方，镜头设置正对寄生叶片。

所述贮水杯位于行为观察盒下方，支撑于行为观察盒的底部。

所述行为观察盒为方形，底部设置有昆虫入口，顶部为可开关的盖子，其中至少一侧面开设有若干个通气孔或为120目透气纱网。

所述行为观察盒由透明亚克力玻璃制成，其中一个侧面为120目透气纱网；底部昆虫入口的小门朝盒外开关。

所述摄像机分辨率在300万像素以上，且为日夜型枪机；红外微距镜头为近距手动变焦镜头，分辨率在一百万像素以上。

进一步地，用于处理观察昆虫行为的服务端包括网络硬盘录像机。

所述网络硬盘录像机内置有2块2T大容量硬盘。

进一步地，用于监控观察昆虫行为的客户端包括手持终端和PC终端。

所述客户端的显示屏分辨率在1920×1080以上。

上述监控系统在监控小型昆虫行为中的应用。

所述应用的方法步骤包括：

1)试虫和寄主叶片的准备

从田间寄主采集体长在3毫米以下昆虫，并从各自寄主上采集相应叶片若干备用；

2)放入寄主叶片

打开监控端100的行为观察盒顶端开口，将寄主叶片放入，其中叶柄通过底端小孔伸到行为观察盒中的贮水杯中以保湿；关闭监控端100行为观察盒的顶端开口；

3)放入试虫

打开监控端100行为观察盒底端昆虫入口，将准备的试虫放至对应寄主的行为观察盒中，关闭监控端100行为观察盒底端的昆虫入口；

4)开启服务端200

5)开启客户端300，配置摄录参数；调节监控端镜头焦距以确定监控范围；逐个开始针对5种昆虫行为的监控。

所述小型昆虫为体长在3毫米以下的昆虫。

所述昆虫为粉虱、蓟马、蚜虫、斑潜蝇或叶螨。

本发明的小型昆虫行为实时监控系统，包括了三个部分：用于观察昆虫行为的监控端、用于处理观察昆虫行为的服务端以及用于监控观察昆虫行为的客户端；对于小型昆虫来说，监控端是最困难的一部分，小型昆虫个体很小，普通的摄录系统根本无法实现监控，本发明在摄像机的下方安装有红外微距镜头，方便捕捉到小型昆虫的细微行为动作，而且可以在晚上工作；同时一般小型昆虫一个世代不超过一个月，而本发明的监控装置是要监控其整个世代，因此在行为观察盒的设计上与其它不同。本发明的行为观察盒是个透明，透气的盒子，里面放有昆虫及其寄主叶片，为了保证寄主能够维持小型昆虫一个世代的生活，需要保湿寄主叶片，因此把叶片的叶柄伸到行为观察盒外的贮水杯中，同时又能避免小型昆虫落入水中。为了尽可能捕捉小型昆虫在田间的自然行为，本行为观察盒透气通风，并保证氧气的充分供应。

本发明昆虫行为监控系统的有益效果:通过用于观察昆虫行为的监控端、用于处理观察昆虫行为的服务端以及用于监控观察昆虫行为的客户端之间的连接，实现了观察者可以连续的、在线的、远程实时监控昆虫行为活动，同时可以观察小型昆虫一个世代的行为，而不需要转换观察盒和更换食物，保证了小型昆虫的自主生活不被打扰。

本监控系统操作方便，画面高清，可连续不间断监控并存储小型昆虫至少一个世代的行为数据，能有效研究小型昆虫的行为，替代了传统的肉眼观察法，突破了传统摄像机的诸多限制，有较广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例中的小型昆虫行为实时监控系统结构示意框图；

图2为本发明实施例中的用于观察昆虫行为的监控端结构示意图；

图3为本发明实施例中的行为观察盒结构示意图；

图4试虫监控观察效果；

图5斑潜蝇活动轨迹的分析图。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为发明一实施例中的昆虫行为监控装置结构示意框图，参考图1，本发明实施例提供了一种昆虫行为监控装置，包括：用于观察昆虫行为的监控端100、用于处理观察昆虫行为的服务端200以及用于监控观察昆虫行为的客户端300，用于观察昆虫行为的监控端100通过传统的COM端口与用于处理观察昆虫行为的服务端200连接，可以将监控端100拍摄到的昆虫行为活动存储在服务端200，用于客户端100直接通过U盘提取，或服务端200通过网络与客户端300连接。

用于处理观察昆虫行为的服务端200采用网络硬盘录像机，硬盘录像机配置2块2T的大容量硬盘，可实现多通道录像，但开启的录像通道越多，数据存储时间就越短。本实施例中，2块2T硬盘至少可存储四通道30天的数据，而一般小型昆虫一个世代不超过一个月，也就是说昆虫一生的行为数据均可被硬盘录像机记录，可以随时调取分析。接入互联网，硬盘录像机还配置有监视器，可选用普通液晶显示器，分辨率选用1920×1080，低分辨率会降低行为分析准确度，录像控制软件具有配置、回放和备份录像的功能。在本实施例中，录像控制软件主菜单分录像配置、回放、备份、硬盘管理、通道配置等9个部分。其中对行为分析最重要的录像回放，本实施例中回放有正放、倒放、前进和倒退30秒、局部放大等功能以便于回放分析。用于监控观察昆虫行为的客户端300采用手持终端比如手机或平板电脑，或者采用PC终端比如家用电脑等，通过监控端100、服务端200以及客户端300之间的连接，实现了观察者可以连续的、在线的、远程实时监控昆虫行为活动，对昆虫行为活动的监控包括定性或定量的研究小型昆虫的搜寻、取食、求偶、交配和产卵等行为。

图2为本发明一实施例中的用于观察昆虫行为的监控端结构示意图，参考图2，用于观察昆虫行为的监控端100包括三脚架1、摄像机2、红外微距镜头3、用于昆虫活动的行为观察盒4；

摄像机2安装在三脚架1上，三脚架1可上下左右调节高度，红外微距镜头3安装在摄像机2下方，镜头设置在行为观察盒4的正上方。

红外微距镜头3红外微距镜头为近距手动变焦镜头，分辨率在一百万像素以上，虫子越小，分辨率需越高；摄像机2采用手动变焦摄像机，摄像机分辨率在300万像素以上，具体的采用日夜型枪型数字摄像机，这样，可以全天候拍摄，搭配三脚架1可上下左右灵活调节摄像机2位置，可以进行不同视野范围内的监控。

图3为本发明一实施例中的行为观察盒结构示意图，参考图3，行为观察盒4采用透明塑料制品或采用亚克力透明玻璃板，行为观察盒4的形状是方盒，其中1个面上开设有若干的透气孔41或是采用120目纱网制成，能让昆虫得到更多的氧气，四周与底部用氯仿粘接起来，是一个整体，上面作为盖面，盖在上面，打开盖面可以放置寄主叶片。其内部放置有寄主叶片44，寄主叶片44作用是用于昆虫栖息，行为观察盒底部有一个小孔，下方有一个贮水杯42，寄主叶片44的叶柄通过小孔伸入贮水杯的水中，保证寄主叶片的湿润，同时不会让昆虫落入水杯中。行为观察盒4上还设置有可开关的昆虫入口43，昆虫入口43是方便把昆虫放入行为观察盒上，关上入口，昆虫不易逃窜，昆虫入口43的小门朝外开关。

优选地，行为观察盒4上方放置正方形亚克力透明玻璃板，防止镜头太重不小心落下时，对行为观察盒4起保护作用。

本发明昆虫行为监控装置的有益效果:通过用于观察昆虫行为的监控端、用于处理观察昆虫行为的服务端以及用于监控观察昆虫行为的客户端之间的连接，实现了观察者可以连续的、在线的、远程实时监控昆虫行为活动，同时可以观察小型昆虫一个世代的行为，而不需要转换观察盒和更换食物，保证了小型昆虫的自主生活不被打扰。

实验例1：对粉虱、斑潜蝇、蚜虫、叶螨和蓟马的监控效果

1)试虫和寄主叶片的准备

从田间寄主采集若干粉虱、蓟马、蚜虫、斑潜蝇和叶螨5种不同体型大小的昆虫(体长均在3毫米以下)，并从各自寄主上采集相应叶片若干备用。

2)放入寄主叶片

打开监控端100的行为观察盒顶端开口，将寄主叶片分别放入其中，其中叶柄通过底端小孔伸到行为观察盒中的贮水杯中以保湿；关闭监控端100行为观察盒的顶端开口。

3)放入试虫

打开监控端100行为观察盒底端昆虫入口，将准备的试虫分别放至对应寄主的行为观察盒中；关闭监控端100行为观察盒底端的昆虫入口。

4)开启服务端200。

5)开启客户端300，配置摄录参数；调节监控端镜头焦距以确定监控范围；逐个开始针对5种昆虫行为的监控。

6)实施结果

通过案例的实施，清晰的监控了上述小型昆虫，实施效果图4所示。

实验例2：对三叶斑潜蝇成虫行为的监控与分析

1)试虫和寄主叶片的准备

三叶斑潜蝇于2015年3月采自海南省三亚市，随后饲养于室内控制条件下(温度26±2℃，湿度50％左右)。准备初羽化成虫5♀5♂用于本实施例。

寄主叶片选取四季豆已伸展子叶。

2)放入寄主叶片

打开监控端100的行为观察盒顶端开口，将寄主叶片分别放入其中，其中叶柄通过底端小孔伸到行为观察盒中的贮水杯中以保湿；关闭监控端100行为观察盒的顶端开口。

3)放入试虫

打开监控端100行为观察盒底端昆虫入口，将准备的试虫分别放至对应寄主的行为观察盒中(下午14:00放虫)；关闭监控端100行为观察盒底端的昆虫入口。

4)开启服务端200。

5)开启客户端300，配置摄录参数；调节监控端镜头焦距以确定监控范围；开始对三叶斑潜蝇成虫行为的监控；1天后结束监控，分析监控结果。

6)实施结果

在客户端300对摄录的行为录像进行回放分析，本实施例成功捕捉了三叶斑潜蝇初羽化成虫在一天内不同时间段的休息、梳理、搜寻、刺穿、取食、求偶、交配和产卵等行为(表1)。

提取部分录像的视频文件，在客户端300的远程PC电脑上，通过idTracker软件(Alfonsoetal.,2014.idTracker:trackingindividualsinagroupbyautomaticidentificationofunmarkedanimals.NatureMethods.(11)7:743-748)成功进行了斑潜蝇活动轨迹的分析(图5)。

表1三叶斑潜蝇初羽化成虫一天24h内的行为分析

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型昆虫行为实时监控系统，包括：用于观察昆虫行为的监控端、用于处理观察昆虫行为的服务端以及用于监控观察昆虫行为的客户端；其特征在于：

用于观察昆虫行为的监控端包括三脚架、摄像机、红外微距镜头、用于昆虫活动的行为观察盒；

所述行为观察盒为透明、透气的盒子，内有小型昆虫以及寄生的叶片，行为观察盒壁上设有小孔，所述寄生叶片的叶柄穿过小孔浸于行为观察盒外部的贮水杯的水中；

所述摄像机安装在三脚架上，镜头安装在摄像机下方，镜头设置正对寄生叶片。

2.根据权利要求1所述的小型昆虫行为实时监控系统，其特征在于：所述贮水杯位于行为观察盒下方，支撑着行为观察盒的底部。

3.根据权利要求1所述的小型昆虫行为实时监控系统，其特征在于：所述行为观察盒为方形，底部设置有昆虫入口，顶部为可开关的盖子，其中至少一侧面开设有若干个通气孔或为120目透气纱网。

4.根据权利要求3所述的小型昆虫行为实时监控系统，其特征在于：所述行为观察盒由透明亚克力材料制成，其中一个侧面为120目透气纱网；底部昆虫入口的小门朝盒外开关。

5.根据权利要求1所述的小型昆虫行为实时监控系统，其特征在于：所述摄像机分辨率在300万像素以上，且为日夜型枪机；红外微距镜头为近距手动变焦镜头，分辨率在一百万像素以上。

6.根据权利要求1所述的小型昆虫行为实时监控系统，其特征在于：用于处理观察昆虫行为的服务端包括网络硬盘录像机；所述网络硬盘录像机内置有2块2T大容量硬盘。

7.根据权利要求1所述的小型昆虫行为实时监控系统，其特征在于：用于监控观察昆虫行为的客户端包括手持终端和PC终端，所述客户端的显示屏分辨率在1920×1080以上。

8.权利要求1-7任一所述的小型昆虫行为实时监控系统在监控小型昆虫行为中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其方法步骤包括：

1)试虫和寄主叶片的准备

从田间寄主采集体长在3毫米以下昆虫，并从各自寄主上采集相应叶片若干备用；

2)放入寄主叶片

打开监控端100的行为观察盒顶端开口，将寄主叶片放入，其中叶柄通过底端小孔伸到行为观察盒中的贮水杯中以保湿；关闭监控端100行为观察盒的顶端开口；

3)放入试虫

打开监控端100行为观察盒底端昆虫入口，将准备的试虫放至对应寄主的行为观察盒中，关闭监控端100行为观察盒底端的昆虫入口；

4)开启服务端200

5)开启客户端300，配置摄录参数；调节监控端镜头焦距以确定监控范围；逐个开始针对5种昆虫行为的监控。

10.根据权利要求9所述的应用，所述昆虫为粉虱、蓟马、蚜虫、斑潜蝇或叶螨。