CN109147282A - 一种智能稻田虫害等级预报系统和预报方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能稻田虫害等级预报系统，包括数据采集模块、数据处理模块及虫害等级预报模块；数据采集模块包括设置于稻田内且通过伸缩杆与支撑杆相连的气象数据采集单元、与支撑杆相连的害虫自动计数单元以及数据收集传送单元，气象数据采集单元和害虫自动计数单元分别与数据收集传送单元相连，害虫自动计数单元上方安装有捕虫装置；数据处理模块包括相互电连接的数据接收单元、数据处理单元以及数据存储单元；虫害等级预报模块包括相互电连接的虫害分级单元和预报显示单元，本发明还提出一种预报方法。相对现有技术，本发明技术方案具有监测精准等优点，可有效降低稻田虫害预报系统的监测偏差以及提高监测精度。

Description

一种智能稻田虫害等级预报系统和预报方法

技术领域

本发明涉及农业技术领域，特别涉及一种智能稻田虫害等级预报系统和预报方法。

背景技术

虫害是导致水稻减产的重要原因之一，因此对稻田发生的虫害等级进行准确且及时预报是害虫综合治理的重要前提，其中稻飞虱、稻纵卷叶螟和水稻螟虫是影响我国南方水稻生长的主要害虫，其发生和流程与各种气象因素存在一定关联，使得水稻虫害等级预报成为一种受多变量和不确定因素影响的科学问题。

目前，国内外学者对于水稻虫害与气象因素的研究内容主要为虫害发生消长和气象因素的关系，即指定一段时间内病虫害是否容易发生气象因素条件的预报。

近年来，随着电子技术的不断发展，电子捕虫计数技术逐渐应用于虫害监控等领域中，现有技术的害虫自动计数技术主要有红外传感器、生物特征监控、图像处理等技术，然而各种虫害预报方法仅仅对装置捕获到的害虫数量进行统计和预报，并没有综合考虑不同气象环境因素对装置捕获害虫数量具有影响，这样使得现有技术的稻田虫害预报系统存在较大监测偏差。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种监测精准的智能稻田虫害等级预报系统，本发明还提出一种使用智能稻田虫害等级预报系统的预报方法，旨在降低稻田虫害预报系统的监测偏差以及提高监测精度。

为实现上述目的，本发明提出的一种智能稻田虫害等级预报系统，包括用于采集气象环境因素和统计害虫数量的数据采集模块，所述数据采集模块通过无线通信方式与数据处理模块相连，所述数据处理模块与虫害等级预报模块相连；所述数据采集模块包括设置于稻田内且通过伸缩杆与支撑杆相连的气象数据采集单元、与所述支撑杆相连的害虫自动计数单元以及数据收集传送单元，所述气象数据采集单元和所述害虫自动计数单元分别与所述数据收集传送单元相连，所述害虫自动计数单元上方安装有捕虫装置；所述数据处理模块包括相互电连接的数据接收单元、数据处理单元以及数据存储单元；所述虫害等级预报模块包括相互电连接的虫害分级单元和预报显示单元。

优选地，所述气象数据采集单元包括集成安装的温度传感器、湿度传感器、光照传感器以及降雨量传感器。

优选地，所述支撑杆顶部安装有电控箱，所述电控箱内部设有蓄电池与设置于顶部的太阳能光伏板电连接。

优选地，所述害虫自动计数单元顶部设有接虫漏斗，所述接虫漏斗下方设有向下倾斜设置的悬臂梁，所述悬臂梁底面末端设有叠堆压电陶瓷传感器通过电压放大电路与中央处理器电连接。

本发明还提出一种使用所述智能稻田虫害等级预报系统的预报方法，包括以下步骤：

S1：所述气象数据采集单元监测区域内稻田的平均气温、大气相对湿度、光照强度和降雨量等气象因素，所述捕虫装置捕捉并杀死害虫后，害虫躯体通过所述接虫漏斗聚集并向下冲击于所述悬臂梁并使悬臂梁产生振动，所述叠堆压电陶瓷传感器将监测到的振动信号转换为电信号；

S2：所述叠堆压电陶瓷传感器的电信号经所述电压放大电路传输至所述中央处理器，所述中央处理器对电信号进行比较计数，以完成害虫数量自动计数；

S3：所述气象数据采集单元和所述害虫自动计数单元监测到的数据通过所述数据收集传送单元传输至所述数据处理模块以完成对数据接收、处理以及存储；

S4：所述数据接收单元将接收到的数据传输至所述数据处理单元，所述数据处理单元通过对接收到的气象数据计算出当天以及最近一周的平均气温、平均湿度、平均光照以及平均降雨量；根据接收到的害虫数据计算出当天捕捉的害虫数量以及最近一周每天平均的捕捉害虫数量，所述数据存储单元存储和更新处理后的信息；

S5：所述虫害分级单元采用模式识别技术，建立虫害等级预报的BP神经网络结构，所述BP神经网络结构以气象数据和害虫计数数据作为神经网络输入，稻田虫害等级作为神经网络输出，通过输入和输出样本集对所述BP 神经网络结构进行训练，对所述BP神经网络结构的阈值和权值学习和修正，建立气象条件、捕捉害虫数量与虫害等级之间的内在规律，使所述BP神经网络结构实现给定的输入和输出的映射关系；

S6：所述预报显示单元根据所述BP神经网络结构的预报结果显示，输出虫害等级并提出对应等级的防御措施，将预报结果显示在显示屏上并通知稻田管理人员。

优选地，所述步骤S6的所述BP神经网络结构预报四个等级虫害，具体设置为：一级虫害：[1 1 1 1]、二级虫害：[0 1 1 1]、三级虫害：[0 0 1 1]、四级虫害：[0 0 0 1]。

本发明技术方案相对现有技术具有以下优点：

本发明技术方案通过气象数据采集单元内集成安装的温度传感器、湿度传感器、光照传感器以及降雨量传感器分别检测各个气象环境因素，以及通过害虫自动计数单元对捕捉到的害虫数量进行精准统计，因此本发明技术方案综合考虑气象环境因素和捕获害虫数量，并且运用模式识别技术对虫害进行分级预报以显示相对精准的预报结果，进而对小区域内的稻田虫害等级做出精准预报，对不同等级的虫害情况按需施药，降低盲目施药带来的浪费与污染。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明智能稻田虫害等级预报系统的工作原理图；

图2为本发明智能稻田虫害等级预报系统的结构示意图；

图3为本发明害虫自动计数单元的内部结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种智能稻田虫害等级预报系统。

请参见图1和图2，在本发明实施例中，智能稻田虫害等级预报系统包括用于采集气象环境因素和统计害虫数量的数据采集模块、数据采集模块通过无线通信方式与数据处理模块相连，而数据处理模块与虫害等级预报模块相连。具体地，本实施例的数据采集模块包括设置于稻田内且通过伸缩杆2 与支撑杆3相连的气象数据采集单元1、与支撑杆3相连的害虫自动计数单元5以及数据收集传送单元6，其中气象数据采集单元1和害虫自动计数单元5分别与数据收集传送单元6相连，害虫自动技术单元5上方安装有用于捕捉害虫的捕虫装置4，而数据处理模块包括相互电连接的数据接收单元、数据处理单元以及数据存储单元，虫害等级预报模块包括相互电连接的虫害分级单元和预报显示单元。本实施例中，实际检测过程可通过调节伸缩杆2 高度，使气象数据采集单元1能够针对不同高度的稻田区域进行监测和统计，避免因作物的生长高度影响检测的准确度。

具体地，本实施例的气象数据采集单元1包括集成安装的温度传感器、湿度传感器、光照传感器以及降雨量传感器。

请参见图2，本实施例的支撑杆3顶部安装有电控箱7，电控箱7内部设置有蓄电池71与设置于顶部的太阳能光伏板8电连接，通过太阳能光伏板8 对蓄电池71进行充电，,延长本实施例的智能稻田虫害等级预报系统的工作续航时间。

请参见图3，为了对捕获到的虫子进行精准统计，本实施例的害虫动计数单元5顶部设置有接虫漏斗51，并且接虫漏斗51下方设置有通过支架53 向下倾斜设置悬臂梁52，悬臂梁52的底面末端设有叠堆压电陶瓷传感器521，该叠堆压电陶瓷传感器521通过电压放大电路54与中央处理器55相连。

请参见图1至图3，本实施例的智能稻田虫害等级预报系统的工作原理为：

本实施例数据采集模块的气象数据采集单元1集成安装有温度传感器、湿度传感器、光照传感器以及降雨量传感器组成的传感器群，可对待监测区域内稻田的平均气温、大气相对湿度、光照强度以及降雨量等可影响害虫捕捉的气象因素进行监测。通过设置于害虫自动计数单元5上方的捕虫装置4 捕捉并杀死害虫后，害虫躯体自由落体掉落于接虫漏斗51内，并通过接虫漏斗51的内壁面向下掉落至悬臂梁52表面，由于害虫躯体从上而下坠落时，会对悬臂梁52表面产生冲击作用力并使悬臂梁52产生一定振动，叠堆压电陶瓷传感器521将冲击作用力转换为与之相对应的电信号，再通过电压放大电路54将电信号放大并传输至中央处理器55进行比较以及计数，从而完成对害虫数量的自动计数过程。

然后气象数据采集单元1监测到的气象数据以及害虫自动计数单元5监测到的害虫计数数据通过数据收集传送单元6每隔两小时传输至数据处理模块中。其中数据接收单元将数据传送至数据处理单元后，数据处理单元首先计算出当天的平均气温、平均湿度、光照信息、降雨量以及计算出最近一周的平均气温、平均湿度、平均光照以及平均降雨量，再根据接收到的害虫计数数据，计算出当天捕捉害虫数量以及最近一周每日平均捕捉害虫数量。数据处理单元将上述数据处理后，发送至数据存储单元进行数据更新以及存储，以作为后续虫害等级预报模块的使用数据。

虫害等级预报模块的虫害分级单元采用模式识别技术，建立虫害等级预报的BP神经网络结构，BP神经网络结构以气象数据和害虫计数数据作为神经网络输入，稻田虫害等级作为神经网络输出，通过输入和输出样本集对网络进行训练，并且对网络的阈值和权值进行学习和修正，建立气象条件、捕捉害虫数量和虫害等级之间的内在规律，使得BP神经网络能够实现给定的输入输出映射关系，其中BP神经网络输入量包括当天的平均气温、平均湿度、光照信息、降雨量、当天捕捉害虫数量、最近一周的平均气温、平均湿度、平均光照信息、平均降雨量、最近一周每日平均捕捉害虫数量的多个数据信息，输出向量则按照预设的虫害等级的种类设计为向量形式，其中本实施例的BP神经网络预报四个等级虫害，具体设置为：

一级虫害：[1 1 1 1]

二级虫害：[0 1 1 1]

三级虫害：[0 0 1 1]

四级虫害：[0 0 0 1]；

预报显示单元根据BP神经网络的预报结果进行显示，输出虫害等级，提出对应等级的防御措施，将预报结果显示在显示屏上并通知相应的稻田管理人员。

本发明实施例还提出一种使用智能稻田虫害等级预报系统的预报方法。包括以下步骤：

S1：气象数据采集单元1监测区域内稻田的平均气温、大气相对湿度、光照强度和降雨量等气象因素，捕虫装置4捕捉并杀死害虫后，害虫躯体通过接虫漏斗51聚集并向下冲击于悬臂梁52并使悬臂梁52产生振动，叠堆压电陶瓷传感器521将监测到的振动信号转换为电信号；

S2：叠堆压电陶瓷传感器521的电信号经电压放大电路54传输至中央处理器55，中央处理器55对电信号进行比较计数，以完成害虫数量自动计数；

S3：气象数据采集单元1和害虫自动计数单元5监测到的数据通过数据收集传送单元6传输至数据处理模块以完成对数据接收、处理以及存储；

S4：数据接收单元将接收到的数据传输至数据处理单元，数据处理单元通过对接收到的气象数据计算出当天以及最近一周的平均气温、平均湿度、平均光照以及平均降雨量；根据接收到的害虫数据计算出当天捕捉的害虫数量以及最近一周每天平均的捕捉害虫数量，数据存储单元存储和更新处理后的信息；

S5：虫害分级单元采用模式识别技术，建立虫害等级预报的BP神经网络结构，通过输入和输出样本集对BP神经网络进行训练，对BP神经网络的阈值和权值学习和修正，建立气象条件、捕捉害虫数量与虫害等级之间的内在规律，使BP神经网络实现给定的输入和输出的映射关系；

S6：预报显示单元根据BP神经网络的预报结果显示，输出虫害等级并提出对应等级的防御措施，将预报结果显示在显示屏上并通知稻田管理人员。

优选地，本实施例的BP神经网络预报四个等级虫害，具体设置为：一级虫害：[1 11 1]、二级虫害：[0 1 1 1]、三级虫害：[0 0 1 1]、四级虫害：[0 0 0 1]。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种智能稻田虫害等级预报系统，其特征在于，包括用于采集气象环境因素和统计害虫数量的数据采集模块，所述数据采集模块通过无线通信方式与数据处理模块相连，所述数据处理模块与虫害等级预报模块相连；所述数据采集模块包括设置于稻田内且通过伸缩杆与支撑杆相连的气象数据采集单元、与所述支撑杆相连的害虫自动计数单元以及数据收集传送单元，所述气象数据采集单元和所述害虫自动计数单元分别与所述数据收集传送单元相连，所述害虫自动计数单元上方安装有捕虫装置；所述数据处理模块包括相互电连接的数据接收单元、数据处理单元以及数据存储单元；所述虫害等级预报模块包括相互电连接的虫害分级单元和预报显示单元。

2.如权利要求1所述的智能稻田虫害等级预报系统，其特征在于，所述气象数据采集单元包括集成安装的温度传感器、湿度传感器、光照传感器以及降雨量传感器。

3.如权利要求2所述的智能稻田虫害等级预报系统，其特征在于，所述支撑杆顶部安装有电控箱，所述电控箱内部设有蓄电池与设置于顶部的太阳能光伏板电连接。

4.如权利要求3所述的智能稻田虫害等级预报系统，其特征在于，所述害虫自动计数单元顶部设有接虫漏斗，所述接虫漏斗下方设有向下倾斜设置的悬臂梁，所述悬臂梁底面末端设有叠堆压电陶瓷传感器通过电压放大电路与中央处理器电连接。

5.一种使用如权利要求4所述智能稻田虫害等级预报系统的预报方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：所述气象数据采集单元监测区域内稻田的平均气温、大气相对湿度、光照强度和降雨量等气象因素，所述捕虫装置捕捉并杀死害虫后，害虫躯体通过所述接虫漏斗聚集并向下冲击于所述悬臂梁并使悬臂梁产生振动，所述叠堆压电陶瓷传感器将监测到的振动信号转换为电信号；

S2：所述叠堆压电陶瓷传感器的电信号经所述电压放大电路传输至所述中央处理器，所述中央处理器对电信号进行比较计数，以完成害虫数量自动计数；

S3：所述气象数据采集单元和所述害虫自动计数单元监测到的数据通过所述数据收集传送单元传输至所述数据处理模块以完成对数据接收、处理以及存储；

S4：所述数据接收单元将接收到的数据传输至所述数据处理单元，所述数据处理单元通过对接收到的气象数据计算出当天以及最近一周的平均气温、平均湿度、平均光照以及平均降雨量；根据接收到的害虫数据计算出当天捕捉的害虫数量以及最近一周每天平均的捕捉害虫数量，所述数据存储单元存储和更新处理后的信息；

S5：所述虫害分级单元采用模式识别技术，建立虫害等级预报的BP神经网络结构，所述BP神经网络结构以气象数据和害虫计数数据作为神经网络输入，稻田虫害等级作为神经网络输出，通过输入和输出样本集对所述BP神经网络结构进行训练，对所述BP神经网络结构的阈值和权值学习和修正，建立气象条件、捕捉害虫数量与虫害等级之间的内在规律，使所述BP神经网络结构实现给定的输入和输出的映射关系；

S6：所述预报显示单元根据所述BP神经网络结构的预报结果显示，输出虫害等级并提出对应等级的防御措施，将预报结果显示在显示屏上并通知稻田管理人员。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S6的所述BP神经网络结构预报四个等级虫害，具体设置为：一级虫害：[1 1 1 1]、二级虫害：[0 1 1 1]、三级虫害：[0 0 1 1]、四级虫害：[0 0 0 1]。