CN114113121B - 一种农田天敌昆虫的监测装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及监控系统领域，具体公开了一种农田天敌昆虫的监测装置及使用方法，包括农田、多个声音捕捉单元、至少一个图像捕捉单元，声音捕捉单元和图像捕捉单元采用相对独立的模块化设计，彼此之间安装、运输方便。装置在使用时，通过捕捉声音判断天敌昆虫的数量，不干扰昆虫自身栖息节律，不破坏昆虫生态位，监测过程中生态系统稳定，监测结构更符合实际情况、也更具有指导意义。

Description

一种农田天敌昆虫的监测装置及使用方法

技术领域

本发明属于监控系统领域，特别涉及一种农田天敌昆虫的监测装置及使用方法。

背景技术

本申请以蜘蛛作为农田天敌昆虫的一种进行阐述，农田蜘蛛对农田生态系统结构及其稳定性有着重要作用。农田蜘蛛位于农田生态系统生态位顶端，能作为天敌对农业害虫产生生态控制效应。另外，农业蜘蛛种类较多，丰度高，大幅提高了生态系统的多样性和稳定性。农田蜘蛛种类多，数量大，以捕食农业害虫生存为主，例如狼蛛、跳蛛及跑蛛等在田间捕食蚜虫、棉铃虫等农业害虫。现今，农田蜘蛛种类及数量的多少是研究者评估农田生态系统是否稳定、化学污染是否严重的重要指标。

现有技术中，为了获取蜘蛛的数量和种类，常使用陷阱装置进行诱捕，不仅诱捕效果受诸多因素影响（如温度、风力、降雨等）诱捕效果好坏不一。而且该方案会不可逆的伤害蜘蛛。虽然可以得到结论，但是由于蜘蛛种群数量在不断动态变化，该结论也仅仅对应农田之前的生态环境，不具有有效的指导意义。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种农田天敌昆虫的监测装置及使用方法，不干扰、不伤害对农田有益的昆虫。

为实现上述目的，本发明提供了一种农田天敌昆虫的监测装置，包括：农田，将所述农田均匀地划分为若干区域；若干个声音捕捉单元，所述声音捕捉单元与所述农田被划分区域的数量相同，并且布置在所述农田划分后的区域，所述声音捕捉单元包括第一立柱、设置在所述第一立柱顶部的第一遮挡板、设置在所述第一立柱内侧的麦克风和设置在所述第一立柱内的一级单片机，所述一级单片机连接所述麦克风，一级单片机可以起到简单的滤波作用，起到放大信号避免信号在传输过程发生衰减的作用，所述立柱的侧面设置有便于所述麦克风捕捉声音的缺口，所述第一遮挡板将所述缺口的上方区域遮盖；一个图像捕捉单元，所述图像捕捉单元布置在所述农田上，所述图像捕捉单元包括第二立柱、设置在所述第二立柱顶部的支撑杆、设置在所述支撑杆的监控器和设置在所述第二立柱内的二级计算机，所述二级计算机连接所述监控器和各个所述一级单片机，所述二级计算机还连接有存储单元和无线通讯单元。

作为上述方案的改进，所述监控器选择全景监控器，可上下左右旋转。所述第一遮挡板用于遮风挡雨。相应地，所述第一立柱用于捕捉声音的缺口（音腔）外侧设置有防止异物进入的防护罩。所述第二立柱作为较高的、体积较大的主体结构，所述第二立柱的内部内置电源，电源同时给各个声音捕捉单元供电。

采用上述方案，主要通过音频信息收集蜘蛛发出的嘶嘶声（所述图像捕捉单元起到辅助的作用），从而在不干扰其正常活动的情况下判断是否存在蜘蛛以及存在多少蜘蛛。监测过程中蜘蛛一直正常活动，所以该方案所得到的数据更具有参考性和指导意义。

作为上述方案的改进，所述二级计算机与各个所述一级单片机之间通过线缆连接，所述线缆埋设于所述农田之下，所述线缆的外侧包裹有保护套；采用上述方案，铺设成本低。在其他方案中，也可以在所述一级单片机上集成无线收发器，通过蓝牙、蜂窝网络与所述二级计算机通讯。保护套采用防虫、防水、防腐的材质。

在一种实施例中，所述第二立柱设置在所述农田的边缘，所述监控器布置一个。在另一种实施例中，所述第二立柱设置在所述农田的中间位置，所述监控器布置两个(避免第二立柱遮挡监控器的视角)，两个所述监控器分别位于所述支撑杆的首尾两端。将第二立柱设置在所述农田的中间，则多个声音捕捉单元呈围绕所述第二立柱的方式布置，布局紧凑且有利于布置线缆。

作为上述方案的改进，所述支撑杆连接所述监控器的位置设置有第二遮挡板，如图3所述，可以看到所述监控器位于所述第二遮挡板的下方。所述第一遮挡板和所述第二遮挡板均为圆锥形。采用上述方案，第一遮挡板和第二遮挡板，引导雨水留到外侧。

作为上述方案的改进，各个所述声音捕捉单元的底部和所述图像捕捉单元的底部均设置有便于插入地面固定的地钉，各个所述声音捕捉单元的底部和所述图像捕捉单元的侧面均预留线缆的接口。采用上述方案，各个所述声音捕捉单元的底部和所述图像捕捉单元均为独立模块，可以多人分别将其安装于所述农田，最后接线即可使用。在监测结束后，也方便拆卸各个部件。

为实现上述目的，本发明还提供了一种使用上述的监测装置的使用方法，包括以下步骤：

S1.往二级计算机中录入常见的多种蜘蛛的声音和图像。

S2.人为地划分所述农田成若干区域，每个区域中至少布置一个声音捕捉单元，各个声音捕捉单元将音频数据传输至二级计算机。在这个过程中，所述一级单片机起到过渡的作用。

S3.二级计算机筛选、分析音频数据中的蜘蛛的声音，如果发现存在蜘蛛的声音，将监控器的焦点转移至该区域并放大，结合图像分析得出结论。采用上述方案，所述监控器可以过滤掉所述农田的其他区域，更准确地录入画面。与此同时，监控器引入动态监控，当发现所述农田内存在其他害虫运动时，也可以提醒用户。

S4.二级计算机重复所述步骤S3，每隔设定的时间或者当监测到异常时，将结论发送至用户的信息接收端，比如手机。

作为上述方案的改进，在实验室准备所述农田出现的蜘蛛，利用所述声音捕捉单元和图像捕捉单元，所述二级计算机通过卷积神经网路模型学习多种蜘蛛的声音和图像。在其他方案中，可以直接将音频和图片信息存储在所述二级计算机的存储单元，所述二级计算机在获取到实时的信息后进行对比，如果两者的差异小于20%，则可以判断存在何种蜘蛛。

作为上述方案的改进，所述步骤S4中，所述二级计算机生成所述农田的俯视图，通过在不同区域绘制不同的颜色反应该区域中蜘蛛的数量，蜘蛛的数量越多，所述农田对应的区域颜色越深。采用上述方案，使得结论更具直观。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：监测装置采集数据的过程中，利用声音探测的方式，不干扰蜘蛛自身栖息节律、不破坏原有生态系统，所得到数据更符合实际、更具有指导意义。多个声音捕捉单元和一个图像捕捉单元均为独立模块，可以分别安装最后接线，安装、拆卸、运输方便。使用方法引入卷积神经网络，显著提高了声音和图像的识别效率和准确性。

附图说明

图1是一种实施例下监测装置在农田布局的示意图；

图2是一种实施例下声音捕捉单元的示意图；

图3是一种实施例下图像捕捉单元的示意图；

图4是一种实施例下电气连接的示意图。

主要的附图标记说明：10、农田；20、声音捕捉单元；21、第一立柱；22、第一遮挡板；30、图像捕捉单元；31、第二立柱；32、支撑杆；33、监控器；34、第二遮挡板。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“顶面”、“底面”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到术语“第一”、 “第二”、 “第三”只是用于描述目的以及区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。

参照图1至图4，本发明公开了一种农田天敌昆虫的监测装置，包括：农田10，将所述农田10均匀地划分为若干区域；若干个声音捕捉单元20，所述声音捕捉单元20与所述农田10被划分区域的数量相同，并且布置在所述农田10划分后的区域，所述声音捕捉单元20包括第一立柱21、设置在所述第一立柱21顶部的第一遮挡板22、设置在所述第一立柱21内侧的麦克风和设置在所述第一立柱21内的一级单片机，所述一级单片机连接所述麦克风，所述立柱的侧面设置有便于所述麦克风捕捉声音的缺口，所述第一遮挡板22将所述缺口的上方区域遮盖；一个图像捕捉单元30，所述图像捕捉单元30布置在所述农田10上，所述图像捕捉单元30包括第二立柱31、设置在所述第二立柱31顶部的支撑杆32、设置在所述支撑杆32的监控器33和设置在所述第二立柱31内的二级计算机，所述二级计算机连接所述监控器33和各个所述一级单片机，所述二级计算机还连接有存储单元和无线通讯单元。

作为上述方案的改进，所述第一立柱21的直径为10-20cm，所述第一立柱21的高度为30-70cm。根据农田作物所在的高度判断蜘蛛所处的高度区间，调节所述第一立柱21的高度，使其更接近蜘蛛，提高声音捕捉效率。进一步，所述第一立柱21包括内外嵌套的两个筒体，两个筒体之间可相对滑动如此实现调节第一立柱21的高度，在两个筒体调节到位后插入销钉实现锁定。所述第二立柱31由于存在监控器，所以需要设置在高处，所述第二立柱31的直径为20-30cm，第二立柱31的高度为2-4m。

作为上述方案的改进，所述监控器33选择全景监控器33，可上下左右旋转。所述第一遮挡板22用于遮风挡雨。相应地，所述第一立柱21用于捕捉声音的缺口（音腔）外侧设置有防止异物进入的防护罩。所述第二立柱31作为较高的、体积较大的主体结构，所述第二立柱31的内部内置电源，电源同时给各个声音捕捉单元20供电。

采用上述方案，主要通过音频信息收集蜘蛛发出的嘶嘶声（所述图像捕捉单元30起到辅助的作用），从而在不干扰其正常活动的情况下判断是否存在蜘蛛以及存在多少蜘蛛。监测过程中蜘蛛一直正常活动，所以该方案所得到的数据更具有参考性和指导意义。

作为上述方案的改进，所述二级计算机与各个所述一级单片机之间通过线缆连接，所述线缆埋设于所述农田10之下，所述线缆的外侧包裹有保护套；采用上述方案，铺设成本低。在其他方案中，也可以在所述一级单片机上集成无线收发器，通过蓝牙、蜂窝网络与所述二级计算机通讯。

在一种实施例中，所述第二立柱31设置在所述农田10的边缘，所述监控器33布置一个。在另一种实施例中，所述第二立柱31设置在所述农田10的中间位置，所述监控器33布置两个(避免第二立柱31遮挡监控器33的视角)，两个所述监控器33分别位于所述支撑杆32的首尾两端。将第二立柱31设置在所述农田10的中间，则多个声音捕捉单元20呈围绕所述第二立柱31的方式布置，布局紧凑且有利于布置线缆。

作为上述方案的改进，所述支撑杆32连接所述监控器33的位置设置有第二遮挡板34，如图3所述，可以看到所述监控器33位于所述第二遮挡板34的下方。所述第一遮挡板22和所述第二遮挡板34均为圆锥形。采用上述方案，第一遮挡板22和第二遮挡板34，引导雨水留到外侧。

作为上述方案的改进，各个所述声音捕捉单元20的底部和所述图像捕捉单元30的底部均设置有便于插入地面固定的地钉，各个所述声音捕捉单元20的底部和所述图像捕捉单元30的侧面均预留线缆的接口。采用上述方案，各个所述声音捕捉单元20的底部和所述图像捕捉单元30均为独立模块，可以多人分别将其安装于所述农田10，最后接线即可使用。在监测结束后，也方便拆卸各个部件。

为实现上述目的，本发明还提供了一种使用上述的监测装置的使用方法，包括以下步骤：

S1.往二级计算机中录入常见的多种蜘蛛的声音和图像。

S2.人为地划分所述农田10成若干区域，每个区域中至少布置一个声音捕捉单元20，各个声音捕捉单元20将音频数据传输至二级计算机。在这个过程中，所述一级单片机起到过渡的作用。

S3.二级计算机筛选、分析音频数据中的蜘蛛的声音，如果发现存在蜘蛛的声音，将监控器33的焦点转移至该区域并放大，结合图像分析得出结论。采用上述方案，所述监控器33可以过滤掉所述农田10的其他区域，更准确地录入画面。与此同时，监控器33引入动态监控，当发现所述农田10内存在其他害虫运动时，也可以提醒用户。

S4.二级计算机重复所述步骤S3，每隔设定的时间或者当监测到异常时，将结论发送至用户的信息接收端，比如手机。

图像识别方法可以参考机械工业出版设发行的《深度学习与图像识别——原理与实践》教材。卷积神经网络提取特征向量的训练方法也可以参考各种文献。

作为上述方案的改进，在实验室准备所述农田10出现的蜘蛛，利用所述声音捕捉单元20和图像捕捉单元30，所述二级计算机通过卷积神经网路模型学习多种蜘蛛的声音和图像。在其他方案中，可以直接将音频和图片信息存储在所述二级计算机的存储单元，所述二级计算机在获取到实时的信息后进行对比，如果两者的差异小于20%，则可以判断存在何种蜘蛛。

作为上述方案的改进，所述步骤S4中，所述二级计算机生成所述农田10的俯视图，通过在不同区域绘制不同的颜色反应该区域中蜘蛛的数量，蜘蛛的数量越多，所述农田10对应的区域颜色越深。采用上述方案，使得结论更具直观。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种农田天敌昆虫的监测装置，其特征在于，包括：

农田，将所述农田均匀地划分为若干区域；

若干个声音捕捉单元，所述声音捕捉单元与所述农田被划分区域的数量相同，并且均匀布置在所述农田划分后的区域，每个区域内至少存在一个声音捕捉单元，所述声音捕捉单元包括第一立柱、设置在所述第一立柱顶部的第一遮挡板、设置在所述第一立柱内侧的麦克风和设置在所述第一立柱内的一级单片机，所述一级单片机连接所述麦克风，所述立柱的侧面设置有便于所述麦克风捕捉声音的缺口，所述第一遮挡板将所述缺口的上方区域遮盖；

一个图像捕捉单元，所述图像捕捉单元布置在所述农田上，所述图像捕捉单元包括第二立柱、设置在所述第二立柱顶部的支撑杆、设置在所述支撑杆的监控器和设置在所述第二立柱内的二级计算机，所述二级计算机连接所述监控器和各个所述一级单片机，所述二级计算机还连接有存储单元和无线通讯单元；

往二级计算机中录入常见的多种蜘蛛的声音和图像，各个声音捕捉单元将音频数据传输至二级计算机，二级计算机筛选、分析音频数据中的蜘蛛的声音，如果发现存在蜘蛛的声音，将监控器的焦点转移至该区域并放大，结合图像分析得出结论；

所述监控器可以过滤掉所述农田的其他区域，更准确地录入画面；在实验室准备所述农田出现的蜘蛛，利用所述声音捕捉单元和图像捕捉单元，所述二级计算机通过卷积神经网路模型学习多种蜘蛛的声音和图像；可以直接将音频和图片信息存储在所述二级计算机的存储单元，所述二级计算机在获取到实时的信息后进行对比，如果两者的差异小于20%，则可以判断存在何种蜘蛛；所述二级计算机生成所述农田的俯视图，通过在不同区域绘制不同的颜色反应该区域中蜘蛛的数量，蜘蛛的数量越多，所述农田对应的区域颜色越深。

2.根据权利要求1所述的农田天敌昆虫的监测装置，其特征在于：所述二级计算机与各个所述一级单片机之间通过线缆连接，所述线缆埋设于所述农田之下，所述线缆的外侧包裹有保护套，所述保护套为防虫防水防腐材质。

3.根据权利要求2所述的农田天敌昆虫的监测装置，其特征在于：所述第二立柱设置在所述农田的边缘，所述监控器布置一个。

4.根据权利要求2所述的农田天敌昆虫的监测装置，其特征在于：所述第二立柱设置在所述农田的中间位置，所述监控器布置两个，两个所述监控器分别位于所述支撑杆的首尾两端。

5.根据权利要求4所述的农田天敌昆虫的监测装置，其特征在于：所述支撑杆连接所述监控器的位置设置有第二遮挡板，所述第一遮挡板和所述第二遮挡板均为圆锥形。

6.根据权利要求1所述的农田天敌昆虫的监测装置，其特征在于：各个所述声音捕捉单元的底部和所述图像捕捉单元的底部均设置有便于插入地面固定的地钉，各个所述声音捕捉单元的底部和所述图像捕捉单元的侧面均预留线缆的接口。

7.一种使用如权利要求1至6中任意一项所述的监测装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.往二级计算机中录入常见的多种蜘蛛的声音和图像；

S2.人为地划分所述农田成若干区域，每个区域中至少布置一个声音捕捉单元，各个声音捕捉单元将音频数据传输至二级计算机；

S3.二级计算机筛选、分析音频数据中的蜘蛛的声音，如果发现存在蜘蛛的声音，将监控器的焦点转移至该区域并放大，结合图像分析得出结论；

S4.二级计算机重复所述步骤S3，每隔设定的时间将结论发送至用户的信息接收端。

8.根据权利要求7所述的农田天敌昆虫的使用方法，其特征在于：在实验室准备所述农田出现的蜘蛛，利用所述声音捕捉单元和图像捕捉单元，所述二级计算机通过卷积神经网路模型学习多种蜘蛛的声音和图像。

9.根据权利要求8所述的农田天敌昆虫的使用方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述二级计算机生成所述农田不同区域的俯视图，通过在不同区域绘制不同的颜色反应该区域中蜘蛛的数量，蜘蛛的数量越多，所述农田对应的区域颜色越深。