CN110110945B - 一种基于种群模型的害虫预测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于种群模型的害虫预测方法及系统。该方法包括：将初始蛹数量和所有日平均气温输入春季羽化模型，得到第l天羽化的成虫数量；将前n‑1天的成虫数量和第n天的日平均气温输入成虫产卵模型，得到第n天成虫产卵数；将前n‑1天的产卵数和第n天日平均气温输入卵发育模型，得到第n天发育成的幼虫数量；将前n‑1天的幼虫数量和第n天的日平均气温输入幼虫发育模型，得到第n天发育成蛹的数量；将前n‑1天的蛹数量和第n天的日平均气温输入蛹发育模型，得到第n天羽化的成虫数量；判断n是否等于总天数；若是，输出每天对应的成虫数量、产卵数、幼虫数量和蛹数量。本发明不局限于某一特定区域，能实现对多区域的害虫进行长期的预测。

Description

一种基于种群模型的害虫预测方法及系统
技术领域
本发明涉及害虫预测技术领域，特别是涉及一种基于种群模型的害虫预测方法及系统。
背景技术
昆虫是典型的变温动物，温度是影响昆虫生长发育及种群发生动态的关键生态因子，气候变暖会影响昆虫生长发育、地理分布和不同温区的种群密度等。准确的害虫预测预报是科学防治害虫的前提。
我国是世界上开展害虫测报工作较早的国家，从1952年颁布《螟情预测办法》到1956年农业部颁布《农作物害虫预测预报方案》，有专门机构和专业人员对农作物影响较大的害虫进行调查记载、综合分析和发布虫情预报，至今已有60多年。预测模型在害虫预测预报中的应用，是与数学方法的发展密切相关的。随着数学理论及其他学科的发展，害虫的预测预报大致经历了经验预测、实验预测、统计预测和信息预测四个发展阶段。我国病虫测报工作面临一些新问题：一是气候异常、耕作制度和人类活动的变化导致病虫害暴发，而测报体系又面临严重人手不足、保障不力等问题；二是生态绿色安全农产品生产对病虫测报提出了更高了要求。因此，如何加强技术研究，推进预测方法模型化，简化测报方法，推进测报技术实用化成为关键。
目前，研究人员多运用不同数学模型拟合温度对昆虫发育速率的影响，从而筛选出最优模型。现有的预测方法通常为：通过积累多年资料，进行统计分析，拟合出符合某种害虫发生规律的模型，运用该模型对害虫的发生期和虫口密度进行预测，并检验其准确性。现有运用多年历史资料和统计分析方法，筛选出的数学模型往往只能对某一特定区域的害虫进行短期的预测预报，而且大多地区害虫发生的历史资料的获取比较困难。
发明内容
基于此，有必要提供一种适用范围广的基于种群模型的害虫预测方法及系统，不局限于某一特定区域，能够实现对多区域的害虫进行长期的预测，进而根据预测结果确定害虫特定虫态的发生高峰期，以及时预防，适时防治，精准施药，避免盲目施药。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于种群模型的害虫预测方法，包括：
获取当前年份中每天的日平均气温；所述当前年份包括N天；N为365或366；
将初始蛹的数量设置为M，并将所有的日平均气温和所述初始蛹的数量输入至春季羽化模型中，得到第l天由蛹羽化出的成虫数量；所述春季羽化模型包括有效积温模型和累积羽化率模型；1≤l≤L；L＜N；L表示初始蛹的羽化天数；
将前n-1天的成虫数量和第n天对应的日平均气温输入至成虫产卵模型中，得到第n天的成虫的产卵数；所述成虫产卵模型包括成虫老化模型、总产卵量模型、特定年龄产卵模型和特定年龄生存模型；1＜n≤N；
根据第n天的成虫的产卵数和前n-1天的成虫的产卵数，更新得到前n天的成虫的产卵数并存储；
将前n-1天的成虫的产卵数和第n天对应的日平均气温输入至卵发育模型中，得到第n天由卵发育成幼虫的幼虫数量；所述卵发育模型包括卵发育率模型、卵分布模型和卵生存率模型；
根据第n天由卵发育成幼虫的幼虫数量和前n-1天由卵发育成幼虫的幼虫数量，更新得到前n天的幼虫数量并存储；
将前n-1天的由卵发育成幼虫的幼虫数量和第n天对应的日平均气温输入至幼虫发育模型中，得到第n天由幼虫发育成蛹的蛹数量；所述幼虫发育模型包括幼虫发育率模型、幼虫分布模型和幼虫生存率模型；
根据第n天由幼虫发育成蛹的蛹数量和前n-1天由幼虫发育成蛹的蛹数量，更新得到前n天的蛹数量并存储；
将前n-1天的蛹数量和第n天对应的日平均气温输入至蛹发育模型中，得到第n天由蛹羽化出的成虫数量；所述蛹发育模型包括蛹发育率模型、蛹分布模型和蛹生存率模型；
根据第n天由蛹羽化出的成虫数量和前n-1天的成虫数量，更新得到前n天的成虫数量并存储；
判断n是否等于N；
若否，则令n＝n+1，并返回所述将前n-1天的成虫数量和第n天对应的日平均气温输入至成虫产卵模型中，得到第n天的成虫的产卵数；
若是，则输出前n天中每天对应的由蛹羽化出的成虫数量、成虫的产卵数、由卵发育成幼虫的幼虫数量和由幼虫发育成蛹的蛹数量。
可选的，所述初始蛹的数量M的取值为1000。
可选的，所述成虫老化模型为
Figure BDA0002069771860000031
其中，r4(Tn)表示成虫老化速率，Tn表示第n天对应的日平均气温，k、m和v为成虫老化模型的参数；
所述总产卵量模型为：
f4(Tn)＝ω4·exp[1+(ε4-Tn)/δ4-exp((ε4-Tn)/δ4)]
其中，f4(Tn)表示第n天总产卵量，ω4、ε4和δ4为总产卵量模型的参数；
所述特定年龄产卵模型为：
Figure BDA0002069771860000032
其中，pn(Px)表示成虫产卵量累计率，Px表示成虫的生理年龄，α、β和γ表示特定年龄产卵模型的参数；
所述特定年龄生存模型为：
Figure BDA0002069771860000033
其中，sn(Px)表示成虫存活率，η和θ表示特定年龄生存模型的参数。
可选的，所述卵发育率模型为：
Figure BDA0002069771860000034
其中，r2(Tn)表示第n天的卵发育率，Tn表示第n天对应的日平均气温，T2max表示卵致死最高温度，ΔT表示卵致死最高温度和最适温度的差值，ρ为卵发育率模型的参数；
所述卵分布模型为：
Figure BDA0002069771860000041
其中，y2n表示第n天卵的累积发育完成率，x2n表示第n天的卵的生理年龄，a2和b2为卵分布模型的参数；
所述卵生存率模型为：
f2(Tn)＝ω2·exp[1+(ε2-Tn)/δ2-exp((ε2-Tn)/δ2)]
其中f2(Tn)表示第n天的卵生存率，ω2、ε2和δ2为卵生存率模型的参数。
可选的，所述幼虫发育率模型为：
Figure BDA0002069771860000042
其中，r3(Tn)表示第n天的幼虫发育率，Tn表示第n天对应的日平均气温，T3min表示幼虫发育起点温度，T3max表示幼虫致死最高温度，c3为幼虫发育率模型的参数；
所述幼虫分布模型为：
Figure BDA0002069771860000043
其中，y3n表示第n天幼虫的累积发育完成率，x3n表示第n天的幼虫的生理年龄，a3和b3为幼虫分布模型的参数；
所述幼虫生存率模型为：
f3(Tn)＝ω3·exp[1+(ε3-Tn)/δ3-exp((ε3-Tn)/δ3)]
其中f3(Tn)表示第n天的幼虫生存率，ω3、ε3和δ3为幼虫生存率模型的参数。
可选的，所述蛹发育率模型为：
Figure BDA0002069771860000044
其中，r1(Tn)表示第n天的蛹发育率，Tn表示第n天对应的日平均气温，T1min表示蛹发育起点温度，T1max表示蛹致死最高温度，c1为蛹发育率模型的参数；
所述蛹分布模型为：
Figure BDA0002069771860000051
其中，y1n表示第n天蛹的累积发育完成率，x1n表示第n天的蛹的生理年龄，a1和b1为蛹分布模型的参数；
所述蛹生存率模型为：
f1(Tn)＝ω1·exp[1+(ε1-Tn)/δ1-exp((ε1-Tn)/δ1)]
其中f1(Tn)表示第n天的蛹生存率，ω1、ε1和δ1为蛹生存率模型的参数。
可选的，所述有效积温模型为：
Figure BDA0002069771860000052
其中DO表示累计有效积温，Ta表示每日平均气温，LT表示初始蛹的发育起点温度，D表示时间，单位为天；w表示有效积温的累计天数；
所述累积羽化率模型为：
Figure BDA0002069771860000053
其中，y4n表示累积羽化率，a4和b4为累积羽化率模型的参数。
本发明还提供了一种基于种群模型的害虫预测系统，包括：
气温获取模块，用于获取当前年份中每天的日平均气温；所述当前年份包括N天；N为365或366；
春季羽化模块，用于将初始蛹的数量设置为M，并将所有的日平均气温和所述初始蛹的数量输入至春季羽化模型中，得到第l天由蛹羽化出的成虫数量；所述春季羽化模型包括有效积温模型和累积羽化率模型；1≤l≤L；L＜N；L表示初始蛹的羽化天数；
第一预测模块，用于将前n-1天的成虫数量和第n天对应的日平均气温输入至成虫产卵模型中，得到第n天的成虫的产卵数；所述成虫产卵模型包括成虫老化模型、总产卵量模型、特定年龄产卵模型和特定年龄生存模型；1＜n≤N；
第一更新模块，用于根据第n天的成虫的产卵数和前n-1天的成虫的产卵数，更新得到前n天的成虫的产卵数并存储；
第二预测模块，用于将前n-1天的成虫的产卵数和第n天对应的日平均气温输入至卵发育模型中，得到第n天由卵发育成幼虫的幼虫数量；所述卵发育模型包括卵发育率模型、卵分布模型和卵生存率模型；
第二更新模块，用于根据第n天由卵发育成幼虫的幼虫数量和前n-1天由卵发育成幼虫的幼虫数量，更新得到前n天的幼虫数量并存储；
第三预测模块，用于将前n-1天的由卵发育成幼虫的幼虫数量和第n天对应的日平均气温输入至幼虫发育模型中，得到第n天由幼虫发育成蛹的蛹数量；所述幼虫发育模型包括幼虫发育率模型、幼虫分布模型和幼虫生存率模型；
第三更新模块，用于根据第n天由幼虫发育成蛹的蛹数量和前n-1天由幼虫发育成蛹的蛹数量，更新得到前n天的蛹数量并存储；
第四预测模块，用于将前n-1天的蛹数量和第n天对应的日平均气温输入至蛹发育模型中，得到第n天由蛹羽化出的成虫数量；所述蛹发育模型包括蛹发育率模型、蛹分布模型和蛹生存率模型；
第四更新模块，用于根据第n天由蛹羽化出的成虫数量和前n-1天的成虫数量，更新得到前n天的成虫数量并存储；
判断模块，用于判断n是否等于N；若否，则令n＝n+1，并返回所述第一预测模块；若是，则执行输出模块；所述输出模块，用于输出前n天中每天对应的由蛹羽化出的成虫数量、成虫的产卵数、由卵发育成幼虫的幼虫数量和由幼虫发育成蛹的蛹数量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种基于种群模型的害虫预测方法及系统。该方法包括：将初始蛹数量和所有日平均气温输入春季羽化模型，得到第l天羽化的成虫数量；将前n-1天的成虫数量和第n天的日平均气温输入成虫产卵模型，得到第n天成虫的产卵数；将前n-1天的产卵数和第n天日平均气温输入卵发育模型，得到第n天由卵发育成的幼虫数量；将前n-1天的幼虫数量和第n天的日平均气温输入幼虫发育模型，得到第n天由幼虫发育成蛹的数量；将前n-1天的蛹数量和第n天的日平均气温输入蛹发育模型，得到第n天由蛹羽化出的成虫数量；判断n是否等于当前年份总天数；若否，令n＝n+1，重复上述步骤；若是，输出每天对应的成虫数量、产卵数、幼虫数量和蛹数量。本发明不局限于某一特定区域，能够实现对多区域的害虫进行长期的预测；本发明不用根据害虫发生的历史资料，仅以某地的日平均气温为输入参数，就可以准确预测当地某一虫态的发生高峰期，根据种群模型输出结果，可以指导农民因时因地施药，减少施药次数，降低农药残留，保护了生态环境。
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获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种基于种群模型的害虫预测方法的流程图；
图2为本发明实施例对基于种群模型的害虫预测方法进行验证的结果图。
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做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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一种基于种群模型的害虫预测方法的流程图。
参见图1，实施例的基于种群模型的害虫预测方法，包括：
步骤S1：获取当前年份中每天的日平均气温。所述当前年份包括N天；N为365或366。
步骤S2：将初始蛹的数量设置为M，并将所有的日平均气温和所述初始蛹的数量输入至春季羽化模型中，得到第l天由蛹羽化出的成虫数量。
所述春季羽化模型包括有效积温模型和累积羽化率模型；1≤l≤L；L＜N；L表示初始蛹的羽化天数。本实施例中M的取值为1000。
步骤S3：将前n-1天的成虫数量和第n天对应的日平均气温输入至成虫产卵模型中，得到第n天的成虫的产卵数。
所述成虫产卵模型包括成虫老化模型、总产卵量模型、特定年龄产卵模型和特定年龄生存模型。
所述成虫老化模型为
Figure BDA0002069771860000081
其中，r4(Tn)表示成虫老化速率，Tn表示第n天对应的日平均气温，k、m和v为成虫老化模型的参数，本实施例中，k＝0.0213，m＝-0.0542，v＝0.0009。
所述总产卵量模型为：
f4(Tn)＝ω4·exp[1+(ε4-Tn)/δ4-exp((ε4-Tn)/δ4)]
其中，f4(Tn)表示第n天总产卵量，ω4、ε4和δ4为总产卵量模型的参数，本实施例中，ω4＝71.3686，ε4＝17.8132，δ4＝6.1431。
所述特定年龄产卵模型为：
Figure BDA0002069771860000082
其中，pn(Px)表示成虫产卵量累计率，Px表示成虫的生理年龄，α、β和γ表示特定年龄产卵模型的参数，本实施例中，α＝0.0545，β＝0.5286，γ＝1.7591。
所述特定年龄生存模型为：
Figure BDA0002069771860000083
其中，sn(Px)表示成虫存活率，η和θ表示特定年龄生存模型的参数，本实施例中，η＝1.0416，θ＝-0.1926。
步骤S4：根据第n天的成虫的产卵数和前n-1天的成虫的产卵数，更新得到前n天的成虫的产卵数并存储。
步骤S5：将前n-1天的成虫的产卵数和第n天对应的日平均气温输入至卵发育模型中，得到第n天由卵发育成幼虫的幼虫数量。
所述卵发育模型包括卵发育率模型、卵分布模型和卵生存率模型。
所述卵发育率模型为：
Figure BDA0002069771860000091
其中，r2(Tn)表示第n天的卵发育率，Tn表示第n天对应的日平均气温，T2max表示卵致死最高温度，ΔT表示卵致死最高温度和最适温度的差值，ρ为卵发育率模型的参数，本实施例中，T2max＝34.3922，ΔT＝6.3332，ρ＝0.1575。
所述卵分布模型为：
Figure BDA0002069771860000092
其中，y2n表示第n天卵的累积发育完成率，x2n表示第n天的卵的生理年龄，a2和b2为卵分布模型的参数，本实施例中，a2＝0.9786，b2＝7.297。
所述卵生存率模型为：
f2(Tn)＝ω2·exp[1+(ε2-Tn)/δ2-exp((ε2-Tn)/δ2)]
其中f2(Tn)表示第n天的卵生存率，ω2、ε2和δ2为卵生存率模型的参数，本实施例中，ω2＝0.914，ε2＝20.34，δ2＝20.457。
步骤S6：根据第n天由卵发育成幼虫的幼虫数量和前n-1天由卵发育成幼虫的幼虫数量，更新得到前n天的幼虫数量并存储。
步骤S7：将前n-1天的由卵发育成幼虫的幼虫数量和第n天对应的日平均气温输入至幼虫发育模型中，得到第n天由幼虫发育成蛹的蛹数量。
所述幼虫发育模型包括幼虫发育率模型、幼虫分布模型和幼虫生存率模型。
所述幼虫发育率模型为：
Figure BDA0002069771860000093
其中，r3(Tn)表示第n天的幼虫发育率，Tn表示第n天对应的日平均气温，T3min表示幼虫发育起点温度，T3max表示幼虫致死最高温度，c3为幼虫发育率模型的参数，本实施例中，T3min＝4.8463，T3max＝33.5695，c3＝0.00004。
所述幼虫分布模型为：
Figure BDA0002069771860000101
其中，y3n表示第n天幼虫的累积发育完成率，x3n表示第n天的幼虫的生理年龄，a3和b3为幼虫分布模型的参数，本实施例中，a3＝1.0343，b3＝5.5455。
所述幼虫生存率模型为：
f3(Tn)＝ω3·exp[1+(ε3-Tn)/δ3-exp((ε3-Tn)/δ3)]
其中f3(Tn)表示第n天的幼虫生存率，ω3、ε3和δ3为幼虫生存率模型的参数，本实施例中，ω3＝0.759，ε3＝17.988，δ3＝6.947。
步骤S8：根据第n天由幼虫发育成蛹的蛹数量和前n-1天由幼虫发育成蛹的蛹数量，更新得到前n天的蛹数量并存储。
步骤S9：将前n-1天的蛹数量和第n天对应的日平均气温输入至蛹发育模型中，得到第n天由蛹羽化出的成虫数量。
所述蛹发育模型包括蛹发育率模型、蛹分布模型和蛹生存率模型；1＜n≤N。
所述蛹发育率模型为：
Figure BDA0002069771860000102
其中，r1(Tn)表示第n天的蛹发育率，Tn表示第n天对应的日平均气温，T1min表示蛹发育起点温度，T1max表示蛹致死最高温度，c1为蛹发育率模型的参数，本实施例中，T1min＝7.5904，T1max＝35.5845，c1＝0.00011。
所述蛹分布模型为：
Figure BDA0002069771860000103
其中，y1n表示第n天蛹的累积发育完成率，x1n表示第n天的蛹的生理年龄，a1和b1为蛹分布模型的参数，本实施例中，a1＝0.9866、b1＝14.8415。
所述蛹生存率模型为：
f1(Tn)＝ω1·exp[1+(ε1-Tn)/δ1-exp((ε1-Tn)/δ1)]
其中f1(Tn)表示第n天的蛹生存率，ω1、ε1和δ1为蛹生存率模型的参数，本实施例中，ω1＝0.923、ε1＝21.845、δ1＝8.353。
步骤S10：根据第n天由蛹羽化出的成虫数量和前n-1天的成虫数量，更新得到前n天的成虫数量并存储。
步骤S11：判断n是否等于N。
若n不等于N，则令n＝n+1，并返回所述步骤S3；若n等于N，则执行步骤S12。
步骤S12：输出前n天中每天对应的由蛹羽化出的成虫数量、成虫的产卵数、由卵发育成幼虫的幼虫数量和由幼虫发育成蛹的蛹数量。
本实施例中，所述有效积温模型为：
Figure BDA0002069771860000111
其中DO表示累计有效积温，Ta表示每日平均气温，LT表示蛹的发育起点温度，D表示时间(天)，本实施例中，LT＝7.06℃。
所述累积羽化率模型为：
Figure BDA0002069771860000112
其中，y4n表示累积羽化率，a4和b4为累积羽化率模型的参数，本实施例中，a4＝353.349，b4＝4.104。
本实施例中，越冬蛹的发育起点温度LT的计算方法为：测定越冬蛹在不同恒定温度下(至少设定5个温度)的发育历期，记录每天的成虫羽化数。计算出每个温度下的平均发育历期和发育速率，用线性回归方程拟合不同温度下的发育速率，即可计算出越冬蛹的发育起点温度LT。
本实施例中，各个模型的参数是通过实验数据拟合得到的。具体的，测定卵、幼虫和蛹在不同恒定温度下(至少设定5个温度)的发育历期，记录每天的发育和死亡情况。计算出每个温度下卵、幼虫和蛹的发育历期和发育速率，以温度为自变量，用卵发育速率模型拟合卵的发育速率，用幼虫发育速率模型拟合幼虫的发育速率，用蛹发育速率模型拟合蛹的发育速率，用卵生存率模型拟合卵的存活率，用幼虫生存率模型拟合幼虫的存活率，用蛹生存率模型拟合幼虫的存活率。卵、幼虫和蛹的累积发育速率即是其生理年龄，基于生理年龄，用累积羽化率模型拟合卵、幼虫和蛹的发育进度，即每个生理年龄下的累积发育完成率。将初羽化的成虫放在不同恒定温度下(至少设定5个温度)，记录每天的产卵量和死亡情况。计算出不同温度下雌虫的平均寿命和产卵量。以温度为自变量，用成虫老化模型拟合成虫老化速率，用总产卵量模型拟合雌虫产卵量。成虫的累积老化速率即是其生理年龄，基于生理年龄，用特定年龄产卵模型模拟其累积产卵率，用特定年龄生存模型模拟其存活率。
下面对本实施例的方法进行了验证。
以苹果害虫金纹细蛾为例，把2016年的每日平均温度输入模型，能预测出全年的发生代数和各代的发生高峰期，如图2所示。参见图2，金纹细蛾每年发生5代，第一代的成虫高峰期为第134天(5月13日)，第二代的成虫高峰期为第166天(6月14日)，第三代的成虫高峰期为第207天(7月25日)，第四代的成虫高峰期为第239天(8月26日)，第五代的成虫高峰期为第289天(9月28日)。
本实施例的基于种群模型的害虫预测方法，不局限于某一特定区域，以气候因子为基础，应用数学公式构建害虫种群动态模型，准确预测害虫各个虫态的发生高峰期和发生量，为农业害虫的预测预报提供新方法，实现了对多区域的害虫进行长期的预测；本实施例根据害虫种群动态模型的预测结果，确定害虫特定虫态的发生高峰期，可以及时预防，适时防治，精准施药，避免盲目施药。
本发明还提供了一种基于种群模型的害虫预测系统，包括：
气温获取模块，用于获取当前年份中每天的日平均气温；所述当前年份包括N天；N为365或366。
春季羽化模块，用于将初始蛹的数量设置为M，并将所有的日平均气温和所述初始蛹的数量输入至春季羽化模型中，得到第l天由蛹羽化出的成虫数量；所述春季羽化模型包括有效积温模型和累积羽化率模型；1≤l≤L；L＜N；L表示初始蛹的羽化天数。
第一预测模块，用于将前n-1天的成虫数量和第n天对应的日平均气温输入至成虫产卵模型中，得到第n天的成虫的产卵数；所述成虫产卵模型包括成虫老化模型、总产卵量模型、特定年龄产卵模型和特定年龄生存模型；1＜n≤N。
第一更新模块，用于根据第n天的成虫的产卵数和前n-1天的成虫的产卵数，更新得到前n天的成虫的产卵数并存储。
第二预测模块，用于将前n-1天的成虫的产卵数和第n天对应的日平均气温输入至卵发育模型中，得到第n天由卵发育成幼虫的幼虫数量；所述卵发育模型包括卵发育率模型、卵分布模型和卵生存率模型。
第二更新模块，用于根据第n天由卵发育成幼虫的幼虫数量和前n-1天由卵发育成幼虫的幼虫数量，更新得到前n天的幼虫数量并存储。
第三预测模块，用于将前n-1天的由卵发育成幼虫的幼虫数量和第n天对应的日平均气温输入至幼虫发育模型中，得到第n天由幼虫发育成蛹的蛹数量；所述幼虫发育模型包括幼虫发育率模型、幼虫分布模型和幼虫生存率模型。
第三更新模块，用于根据第n天由幼虫发育成蛹的蛹数量和前n-1天由幼虫发育成蛹的蛹数量，更新得到前n天的蛹数量并存储。
第四预测模块，用于将前n-1天的蛹数量和第n天对应的日平均气温输入至蛹发育模型中，得到第n天由蛹羽化出的成虫数量；所述蛹发育模型包括蛹发育率模型、蛹分布模型和蛹生存率模型。
第四更新模块，用于根据第n天由蛹羽化出的成虫数量和前n-1天的成虫数量，更新得到前n天的成虫数量并存储。
判断模块，用于判断n是否等于N；若否，则令n＝n+1，并返回所述第一预测模块；若是，则执行输出模块；所述输出模块，用于输出前n天中每天对应的由蛹羽化出的成虫数量、成虫的产卵数、由卵发育成幼虫的幼虫数量和由幼虫发育成蛹的蛹数量。
本实施例的基于种群模型的害虫预测系统，不局限于某一特定区域，以气候因子为基础，应用数学公式构建害虫种群动态模型，准确预测害虫各个虫态的发生高峰期和发生量，为农业害虫的预测预报提供新方法，实现了对多区域的害虫进行长期的预测；本实施例根据害虫种群动态模型的预测结果，确定害虫特定虫态的发生高峰期，可以及时预防，适时防治，精准施药，避免盲目施药。
对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于种群模型的害虫预测方法，其特征在于，包括：
获取当前年份中每天的日平均气温；所述当前年份包括N天；N为365或366；
将初始蛹的数量设置为M，并将所有的日平均气温和所述初始蛹的数量输入至春季羽化模型中，得到第l天由蛹羽化出的成虫数量；所述春季羽化模型包括有效积温模型和累积羽化率模型；1≤l≤L；L＜N；L表示初始蛹的羽化天数；
将前n-1天的成虫数量和第n天对应的日平均气温输入至成虫产卵模型中，得到第n天的成虫的产卵数；所述成虫产卵模型包括成虫老化模型、总产卵量模型、特定年龄产卵模型和特定年龄生存模型；1＜n≤N；
根据第n天的成虫的产卵数和前n-1天的成虫的产卵数，更新得到前n天的成虫的产卵数并存储；
将前n-1天的成虫的产卵数和第n天对应的日平均气温输入至卵发育模型中，得到第n天由卵发育成幼虫的幼虫数量；所述卵发育模型包括卵发育率模型、卵分布模型和卵生存率模型；
根据第n天由卵发育成幼虫的幼虫数量和前n-1天由卵发育成幼虫的幼虫数量，更新得到前n天的幼虫数量并存储；
将前n-1天的由卵发育成幼虫的幼虫数量和第n天对应的日平均气温输入至幼虫发育模型中，得到第n天由幼虫发育成蛹的蛹数量；所述幼虫发育模型包括幼虫发育率模型、幼虫分布模型和幼虫生存率模型；
根据第n天由幼虫发育成蛹的蛹数量和前n-1天由幼虫发育成蛹的蛹数量，更新得到前n天的蛹数量并存储；
将前n-1天的蛹数量和第n天对应的日平均气温输入至蛹发育模型中，得到第n天由蛹羽化出的成虫数量；所述蛹发育模型包括蛹发育率模型、蛹分布模型和蛹生存率模型；
根据第n天由蛹羽化出的成虫数量和前n-1天的成虫数量，更新得到前n天的成虫数量并存储；
判断n是否等于N；
若否，则令n＝n+1，并返回所述将前n-1天的成虫数量和第n天对应的日平均气温输入至成虫产卵模型中，得到第n天的成虫的产卵数；
若是，则输出前n天中每天对应的由蛹羽化出的成虫数量、成虫的产卵数、由卵发育成幼虫的幼虫数量和由幼虫发育成蛹的蛹数量；
所述有效积温模型为：
Figure FDA0002929058990000021
其中DO表示累计有效积温，Ta表示每日平均气温，LT表示初始蛹的发育起点温度，D表示时间，单位为天；w表示有效积温的累计天数；
所述累积羽化率模型为：
Figure FDA0002929058990000022
其中，y4n表示累积羽化率，a4和b4为累积羽化率模型的参数；
所述卵发育率模型为：
Figure FDA0002929058990000023
其中，r2(Tn)表示第n天的卵发育率，Tn表示第n天对应的日平均气温，T2max表示卵致死最高温度，ΔT表示卵致死最高温度和最适温度的差值，ρ为卵发育率模型的参数；
所述卵分布模型为：
Figure FDA0002929058990000024
其中，y2n表示第n天卵的累积发育完成率，x2n表示第n天的卵的生理年龄，a2和b2为卵分布模型的参数；
所述卵生存率模型为：
f2(Tn)＝ω2·exp[1+(ε2-Tn)/δ2-exp((ε2-Tn)/δ2)]
其中f2(Tn)表示第n天的卵生存率，ω2、ε2和δ2为卵生存率模型的参数；
所述幼虫发育率模型为：
Figure FDA0002929058990000031
其中，r3(Tn)表示第n天的幼虫发育率，Tn表示第n天对应的日平均气温，T3min表示幼虫发育起点温度，T3max表示幼虫致死最高温度，c3为幼虫发育率模型的参数；
所述幼虫分布模型为：
Figure FDA0002929058990000032
其中，y3n表示第n天幼虫的累积发育完成率，x3n表示第n天的幼虫的生理年龄，a3和b3为幼虫分布模型的参数；
所述幼虫生存率模型为：
f3(Tn)＝ω3·exp[1+(ε3-Tn)/δ3-exp((ε3-Tn)/δ3)]
其中f3(Tn)表示第n天的幼虫生存率，ω3、ε3和δ3为幼虫生存率模型的参数；
所述蛹发育率模型为：
Figure FDA0002929058990000033
其中，r1(Tn)表示第n天的蛹发育率，Tn表示第n天对应的日平均气温，T1min表示蛹发育起点温度，T1max表示蛹致死最高温度，c1为蛹发育率模型的参数；
所述蛹分布模型为：
Figure FDA0002929058990000041
其中，y1n表示第n天蛹的累积发育完成率，x1n表示第n天的蛹的生理年龄，a1和b1为蛹分布模型的参数；
所述蛹生存率模型为：
f1(Tn)＝ω1·exp[1+(ε1-Tn)/δ1-exp((ε1-Tn)/δ1)]
其中f1(Tn)表示第n天的蛹生存率，ω1、ε1和δ1为蛹生存率模型的参数；
测定卵、幼虫和蛹在不同恒定温度下的发育历期，记录每天的发育和死亡情况，计算出每个温度下卵、幼虫和蛹的发育历期和发育速率，以温度为自变量，用卵发育率模型拟合卵的发育速率，用幼虫发育率模型拟合幼虫的发育速率，用蛹发育率模型拟合蛹的发育速率，用卵生存率模型拟合卵的存活率，用幼虫生存率模型拟合幼虫的存活率，用蛹生存率模型拟合幼虫的存活率；卵、幼虫和蛹的累积发育速率为其生理年龄，基于卵、幼虫和蛹的生理年龄，用分布模型拟合卵、幼虫和蛹每个生理年龄下的累积发育完成率；将初羽化的成虫放在不同恒定温度下，记录每天的产卵量和死亡情况，计算出不同温度下雌虫的平均寿命和产卵量，以温度为自变量，用成虫老化模型拟合成虫老化速率，用总产卵量模型拟合雌虫产卵量，成虫的累积老化速率为其生理年龄，基于成虫的生理年龄，用特定年龄产卵模型模拟成虫的累积产卵率，用特定年龄生存模型模拟成虫的存活率。
2.根据权利要求1所述的一种基于种群模型的害虫预测方法，其特征在于，所述初始蛹的数量M的取值为1000。
3.根据权利要求1所述的一种基于种群模型的害虫预测方法，其特征在于，所述成虫老化模型为
Figure FDA0002929058990000042
其中，r4(Tn)表示成虫老化速率，Tn表示第n天对应的日平均气温，k、m和v为成虫老化模型的参数；
所述总产卵量模型为：
f4(Tn)＝ω4·exp[1+(ε4-Tn)/δ4-exp((ε4-Tn)/δ4)]
其中，f4(Tn)表示第n天总产卵量，ω4、ε4和δ4为总产卵量模型的参数；
所述特定年龄产卵模型为：
Figure FDA0002929058990000051
其中，pn(Px)表示成虫产卵量累计率，Px表示成虫的生理年龄，α、β和γ表示特定年龄产卵模型的参数；
所述特定年龄生存模型为：
Figure FDA0002929058990000052
其中，sn(Px)表示成虫存活率，η和θ表示特定年龄生存模型的参数。
4.一种基于种群模型的害虫预测系统，其特征在于，包括：
气温获取模块，用于获取当前年份中每天的日平均气温；所述当前年份包括N天；N为365或366；
春季羽化模块，用于将初始蛹的数量设置为M，并将所有的日平均气温和所述初始蛹的数量输入至春季羽化模型中，得到第l天由蛹羽化出的成虫数量；所述春季羽化模型包括有效积温模型和累积羽化率模型；1≤l≤L；L＜N；L表示初始蛹的羽化天数；
第一预测模块，用于将前n-1天的成虫数量和第n天对应的日平均气温输入至成虫产卵模型中，得到第n天的成虫的产卵数；所述成虫产卵模型包括成虫老化模型、总产卵量模型、特定年龄产卵模型和特定年龄生存模型；1＜n≤N；
第一更新模块，用于根据第n天的成虫的产卵数和前n-1天的成虫的产卵数，更新得到前n天的成虫的产卵数并存储；
第二预测模块，用于将前n-1天的成虫的产卵数和第n天对应的日平均气温输入至卵发育模型中，得到第n天由卵发育成幼虫的幼虫数量；所述卵发育模型包括卵发育率模型、卵分布模型和卵生存率模型；
第二更新模块，用于根据第n天由卵发育成幼虫的幼虫数量和前n-1天由卵发育成幼虫的幼虫数量，更新得到前n天的幼虫数量并存储；
第三预测模块，用于将前n-1天的由卵发育成幼虫的幼虫数量和第n天对应的日平均气温输入至幼虫发育模型中，得到第n天由幼虫发育成蛹的蛹数量；所述幼虫发育模型包括幼虫发育率模型、幼虫分布模型和幼虫生存率模型；
第三更新模块，用于根据第n天由幼虫发育成蛹的蛹数量和前n-1天由幼虫发育成蛹的蛹数量，更新得到前n天的蛹数量并存储；
第四预测模块，用于将前n-1天的蛹数量和第n天对应的日平均气温输入至蛹发育模型中，得到第n天由蛹羽化出的成虫数量；所述蛹发育模型包括蛹发育率模型、蛹分布模型和蛹生存率模型；
第四更新模块，用于根据第n天由蛹羽化出的成虫数量和前n-1天的成虫数量，更新得到前n天的成虫数量并存储；
判断模块，用于判断n是否等于N；若否，则令n＝n+1，并返回所述第一预测模块；若是，则执行输出模块；所述输出模块，用于输出前n天中每天对应的由蛹羽化出的成虫数量、成虫的产卵数、由卵发育成幼虫的幼虫数量和由幼虫发育成蛹的蛹数量；
所述有效积温模型为：
Figure FDA0002929058990000061
其中DO表示累计有效积温，Ta表示每日平均气温，LT表示初始蛹的发育起点温度，D表示时间，单位为天；w表示有效积温的累计天数；
所述累积羽化率模型为：
Figure FDA0002929058990000071
其中，y4n表示累积羽化率，a4和b4为累积羽化率模型的参数；
所述卵发育率模型为：
Figure FDA0002929058990000072
其中，r2(Tn)表示第n天的卵发育率，Tn表示第n天对应的日平均气温，T2max表示卵致死最高温度，ΔT表示卵致死最高温度和最适温度的差值，ρ为卵发育率模型的参数；
所述卵分布模型为：
Figure FDA0002929058990000073
其中，y2n表示第n天卵的累积发育完成率，x2n表示第n天的卵的生理年龄，a2和b2为卵分布模型的参数；
所述卵生存率模型为：
f2(Tn)＝ω2·exp[1+(ε2-Tn)/δ2-exp((ε2-Tn)/δ2)]
其中f2(Tn)表示第n天的卵生存率，ω2、ε2和δ2为卵生存率模型的参数；
所述幼虫发育率模型为：
Figure FDA0002929058990000074
其中，r3(Tn)表示第n天的幼虫发育率，Tn表示第n天对应的日平均气温，T3min表示幼虫发育起点温度，T3max表示幼虫致死最高温度，c3为幼虫发育率模型的参数；
所述幼虫分布模型为：
Figure FDA0002929058990000081
其中，y3n表示第n天幼虫的累积发育完成率，x3n表示第n天的幼虫的生理年龄，a3和b3为幼虫分布模型的参数；
所述幼虫生存率模型为：
f3(Tn)＝ω3·exp[1+(ε3-Tn)/δ3-exp((ε3-Tn)/δ3)]
其中f3(Tn)表示第n天的幼虫生存率，ω3、ε3和δ3为幼虫生存率模型的参数；
所述蛹发育率模型为：
Figure FDA0002929058990000082
其中，r1(Tn)表示第n天的蛹发育率，Tn表示第n天对应的日平均气温，T1min表示蛹发育起点温度，T1max表示蛹致死最高温度，c1为蛹发育率模型的参数；
所述蛹分布模型为：
Figure FDA0002929058990000083
其中，y1n表示第n天蛹的累积发育完成率，x1n表示第n天的蛹的生理年龄，a1和b1为蛹分布模型的参数；
所述蛹生存率模型为：
f1(Tn)＝ω1·exp[1+(ε1-Tn)/δ1-exp((ε1-Tn)/δ1)]
其中f1(Tn)表示第n天的蛹生存率，ω1、ε1和δ1为蛹生存率模型的参数；
测定卵、幼虫和蛹在不同恒定温度下的发育历期，记录每天的发育和死亡情况，计算出每个温度下卵、幼虫和蛹的发育历期和发育速率，以温度为自变量，用卵发育率模型拟合卵的发育速率，用幼虫发育率模型拟合幼虫的发育速率，用蛹发育率模型拟合蛹的发育速率，用卵生存率模型拟合卵的存活率，用幼虫生存率模型拟合幼虫的存活率，用蛹生存率模型拟合幼虫的存活率；卵、幼虫和蛹的累积发育速率为其生理年龄，基于卵、幼虫和蛹的生理年龄，用分布模型拟合卵、幼虫和蛹每个生理年龄下的累积发育完成率；将初羽化的成虫放在不同恒定温度下，记录每天的产卵量和死亡情况，计算出不同温度下雌虫的平均寿命和产卵量，以温度为自变量，用成虫老化模型拟合成虫老化速率，用总产卵量模型拟合雌虫产卵量，成虫的累积老化速率为其生理年龄，基于成虫的生理年龄，用特定年龄产卵模型模拟成虫的累积产卵率，用特定年龄生存模型模拟成虫的存活率。
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