CN117111069A - 一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统，每个电子蚊虫活动状态监测系统包括杀害至少一种目标蚊虫种类的杀虫剂；包括一个或多个传感器，被配置为响应于单个蚊虫靠近边界后产生一个或多个输出电子信号序列；包括电子控制器，其被配置为执行传感器产生的电子信号序列的信号分析与检测，对一定范围的单个蚊虫进行识别与计数；基于一个或多个传感器得到蚊虫种类和活动位置信息的时刻启用蚊虫杀虫剂使能开关并执行一定时间范围内的蚊虫计数和分布密度计算。本发明可以高校快速实现蚊虫的识别及状态预测，基于蚊虫位置实现精准杀害。

Description

一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统
技术领域
本发明属于智能识别技术领域，本公开总体上涉及综合蚊虫管理系统且更具体地涉及用于蚊虫运动轨迹识别及预测系统。
背景技术
蚊虫防害是IPM计划的重要组成部分；如果居民低估蚊虫种群，足够多的蚊虫引起严重的生命损害。另一方面，如果居民无法对蚊虫实时有效地监测与杀害，居民可能会通过施用不必要的杀虫剂而浪费金钱和资源。
因此蚊虫种群的有效检测与状态预测，实现高效率的蚊虫精准杀害是蚊虫妨害计划中最具挑战性的组成部分之一。
目前基于蚊虫监测的方法主要有物理手段和外界传感器手段：
其中物理手段成本低，但是效果不理想；基于外界传感器可以实现蚊虫的实时监测与预测。
因此本发明公开一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统，每个电子蚊虫活动状态监测系统包括杀害至少一种目标蚊虫种类的杀虫剂；包括一个或多个传感器，被配置为响应于单个蚊虫靠近边界后产生一个或多个输出电子信号序列；包括电子控制器，其被配置为执行传感器产生的电子信号序列的信号分析与检测，对一定范围的单个蚊虫进行识别与计数；基于一个或多个传感器得到蚊虫种类和活动位置信息的时刻启用蚊虫杀虫剂使能开关并执行一定时间范围内的蚊虫计数和分布密度计算。本发明可以高校快速实现蚊虫的识别及状态预测，并基于蚊虫位置实现精准杀害。
发明内容
本发明目的在于识别不同蚊虫种类的位置与速度并实现蚊虫的精准杀害。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一个方面，一种电子蚊虫活动状态监测系统可以包括：每个电子蚊虫活动状态监测系统可以包括杀害至少一种目标蚊虫种类的杀虫剂；包括一个或多个传感器，被配置为响应于单个蚊虫靠近边界后产生一个或多个输出电子信号序列；包括电子控制器，其被配置为执行传感器产生的电子信号序列的信号分析与检测，对接近传感器一定范围的单个蚊虫进行识别与计数；基于一个或多个传感器得到蚊虫种类和活动位置信息的时刻启用蚊虫杀虫剂使能开关并执行一定时间范围内的蚊虫计数和分布密度计算。
蚊虫活动状态监测系统的一些实施例中，一个或多个传感器可以包括超声波雷达传感器；超声波雷达传感器可以包括多个金属元件，这些金属元件限定了具有开放底表面的圆柱体；传感器可以被配置为产生一定范围内的超声波信号；
一些实施例中，电子控制器可以被配置为通过分析频谱f(k)、振幅A(k)、上升时间τ(k)和下降时间τ(k+1)内输出信号的电脉冲的宽度和频率f1，对接近传感器一定范围的单个蚊虫进行识别与计数。
在其他实施例中，电子控制器可以被配置为通过将传感器融合算法应用于一个或多个超声波雷达定位信号来确定接近接近范围的蚊虫是否属于至少一种目标蚊虫种类。
在一些实施例中，一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统可以进一步包括用于与相邻一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统无线通信的通信模块。在其他实施例中，一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统可以进一步包括用于确定一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统的部署位置的超声波雷达定位模块。
在其他实施例中，一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统还可以包括电池，该电池经由电源控制器向电子控制器以及一个或多个传感器供电。
在一些实施例中，在一定观测时间段内，一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统可进一步包括具有至少一个蚊虫收集器。在其他实施例中，一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统可以进一步包括容纳电子控制器的壳体。壳体可以构造成可互换地装配有立体形状的蚊虫收集器之一。
根据另一方面，综合蚊虫管理系统可以包括多个电子蚊虫监测设备(一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统)。
多个蚊虫运动轨迹识别及预测系统中的每一个可以包括一个或多个传感器，电子控制器以及无线电，传感器被配置为检测目标蚊虫种类。
具体方法为：被配置为通过将传感器融合算法应用于由所述一个或多个传感器生成的所述一个或多个超声波雷达定位信号，来确定接近所述接近的个体蚊虫是否属于所述至少一种蚊虫的种类i；
电子控制器，其被配置为对在一个时间段内检测到的目标蚊虫的数量进行计数,方法为：
A：传感器超声波雷达定位信号f1(k)通过在固定时间τ[k，k+1]内与参考蚊虫信息频率做相关检测，通过和本地蚊虫执行一定搜索步长的相关峰值R(Δf)计算执行峰值检测得到蚊虫种类i；
B：在和先验蚊虫频率范围内出现较高的相关峰值R(Δf)的条件下，识别为蚊虫种类和活动频率；在观测时间段τ[k，k+1]重复步骤A与B得到不同种类蚊虫下的蚊虫数量xi，于不同种类蚊虫在一定时间内的计数结果实现蚊虫分布密度函数的计算；
无线电，其被配置为传输通信在检测期间检测到的目标蚊虫的数量xi。
在蚊虫管理系统的一些实施例中，多个蚊虫运动轨迹识别及预测系统中的每个可以进一步包括被配置为确定一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统的位置的超声波雷达定位模块，在检测到蚊虫种类的情况下基于无线通信网络将蚊虫触发信号发送到超声波雷达定位模块，开启蚊虫定位使能模块，实现不同蚊虫种类的定位解算功能，具体为：在检测到蚊虫种类的条件下，和所述电子控制器连接的确定所述一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统的部署位置的定位系统模块，启动蚊虫定位系统得到相应蚊虫种类下的位置[x，y，z]和速度[v]。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统中的每一个的无线电可以被进一步配置为通过无线网络传输一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统的位置。多个一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统中的每一个的无线电可以被配置为通过无线网络直接与多个一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统中的仅第一子集通信。多个一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统中的每一个的无线电可以被配置为使用多跳通信在无线网络上与多个一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统中的第二子集间接通信，具体为：基于蚊虫定位系统得到的一定时间内的相应蚊虫种类下的位置与速度执行蚊虫杀虫剂使能开关实现蚊虫的杀害。
附图说明
图1示出了自动蚊虫管理系统的一个实施例。
具体实施方式
尽管本公开的概念易受各种修改和替代形式的影响，但是其特定示例性实施例已经通过示例在附图中示出并且将在本文中详细描述。然而，应理解，无意将本公开的概念限制为所公开的特定形式，而是相反，其意图是涵盖落入本公开的精神和范围内的所有修改，等同形式和替代形式。如所附权利要求书所定义的本发明。
在下面的描述中，可以阐述许多具体细节，例如系统组件的类型和相互关系，以便提供对本公开的更透彻的理解。然而，本领域技术人员将认识到，可以在没有这种具体细节的情况下实践本公开的实施例。在其他情况下，可能没有详细示出控制结构，门级电路和完整的软件指令序列，以免混淆本公开。具有所包括的描述的本领域普通技术人员将能够实现适当的功能而无需过度的实验。
说明书中对“一个实施例”，“一个实施例”，“说明性实施例”等的引用表示所描述的实施例可以包括特定的特征，结构或特性，但是每个实施例都不一定包括该特定的特征，结构或特征。而且，这样的短语不一定指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征，结构或特性时，可以认为结合其他实施例来影响这种特征，结构或特性在本领域技术人员的知识范围内。没有明确描述。
自动化蚊虫管理系统的一个示意性实施例示于图1中的蚊虫管理系统包括多个蚊虫运动轨迹识别及预测系统，从而形成一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统部署在一个房间中。蚊虫管理系统可以包括任何数量的一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统。每个一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统使用至少一个或多个检测目标蚊虫何时进入的电子传感器，自动监控附近的蚊虫。下面参考图1描述可以在蚊虫管理系统中使用的一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统的优选实施例。
优选实施例1：
由于一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统的组件是模块化的，因此许多不同类型的传感器电子设备外壳组合在一起，以组装针对特定类型蚊虫或实现所需性能的一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统。例如，一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统的一个或多个传感器可以体现为一个或多个超声波雷达传感器等。多种类型的蚊虫收集器可以与一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统一起使用。例如，每个一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统可采用类似于立体的蚊虫收集器，比如桶状或者球状。
优选实施例2：
一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统通过分析超声波雷达传感器的端子处的电压和电流信号的特征来检测目标蚊虫。当目标蚊虫接近和/或接触超声波雷达传感器的线圈时，超声波雷达定位电脉冲。蚊虫被超声波雷达传感器接触到可视范围边界一段时间τ[k，k+1]时，通过执行传感器融合算法执行蚊虫种类的区分与计数，具体方法为：
被配置为通过将传感器融合算法应用于由所述一个或多个传感器生成的所述一个或多个超声波雷达定位脉冲信号；
电子控制器可以分析每个电脉冲的一个或多个属性，包括频谱f(k)，振幅A(k)，上升时间τ(k)，下降时间τ(k+1)内超声波雷达定位信号的电脉冲的宽度和频率f1等，来确定接近所述接近的个体蚊虫是否属于所述至少一种蚊虫的种类i；
基于蚊虫活动频率信息做先验信息的存储,得到先验频率
基于蚊虫的先验频率信息与所述电子控制器的超声波雷达定位信号执行一定搜索步长的相关峰计算；
传感器超声波雷达定位电脉冲信号f1(k)通过在固定时间τ[k，k+1]内与参考蚊虫信息频率做相关检测，通过和本地蚊虫的相关峰值R(Δf)执行峰值检测，通过设定判别门限ε，在超过判别门限的条件下得到蚊虫种类i；
观测时间段τ[k，k+1]重复步骤A，B，C得到不同种类蚊虫下的蚊虫数量xi；按照蚊虫的种类i,频率范围fi和不同种类对应的个数i，fi，xi执行超声波雷达定位。
蚊虫被超声波雷达传感器接触到可视范围边界一段时间τ[k，k+1]时，被配置无线通信网络模块将蚊虫触发信号发送到超声波雷达定位模块，开启蚊虫定位使能模块，实现不同蚊虫种类的定位解算功能，通过启动蚊虫定位系统，基于配置的超声波雷达系统执行相应种类蚊虫的活动频率范围下的定位解算功能得到蚊虫活动位置x，y，z，vx，vy，vz
基于电子蚊虫活动状态监测系统超声波雷达定位的定位信息执行蚊虫的蚊虫杀虫剂使能开关，实现蚊虫精准杀害；蚊虫落入一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统的蚊虫收集器中，实现蚊虫的精准杀害。蚊虫收集器可以与一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统一起使用。
蚊虫被超声波雷达传感器接触到可视范围边界一段时间τ[k，k+1]基于不同种类蚊虫在一定时间内的计数结果实现蚊虫分布密度函数的计算,具体如下：
首先基于不同方向上的蚊虫种类的个数在一定时间段内取平均得到蚊虫分布的均值μ和方差δ；基于均值μ和方差δ拟合概率概率密度函数的拟合得到f(i)；
基于不同蚊虫的种类i,频率范围fi和不同种类对应的个数xi执行运动状态的预测得到蚊虫运动轨迹xi，yi，zi，vi
xi＝x+vx.Δτ
yi＝y+vy·Δτ
zi＝z+vz·Δτ
vi＝v+vi·Δτ
尽管已经在附图和前面的描述中详细示出和描述了本公开，但是这样的示出和描述应被认为是示例性的，而不是限制性的，应理解，仅示出和描述了示例性实施例，并且所有改变希望保护落入本公开精神内的各种修改和变型。由于本文描述的系统，系统和方法的各种特征而产生本公开的多个优点。将注意的是，本公开的设备，系统和方法的替代实施例可以不包括所描述的所有特征，但是仍然受益于这些特征的至少一些优点。

Claims (10)

1.一种蚊虫运动轨迹识别及预测系统,其特征在于，基于一个或多个传感器执行蚊虫运动轨迹识别及预测系统，在得到蚊虫种类和活动位置信息的时刻启用蚊虫杀虫器使能开关，并执行一定时间范围内的蚊虫计数和分布密度函数；具体包括：
一个或多个传感器，被配置为响应于单个蚊虫接近后产生一个或多个输出电子信号；
和电子控制器，其被配置为执行传感器产生的电子信号序列的信号分析与检测，对接近传感器一定范围的单个蚊虫进行识别与计数；
杀害至少一种目标蚊虫种类的杀虫剂。
2.根据权利要求1所述的蚊虫运动轨迹识别及预测系统，其特征在于，所述电子控制器被配置为通过分析频谱f(k)、振幅A(k)、上升时间τ(k)和下降时间τ(k+1)内输出信号的电脉冲的宽度和频率f1，对接近传感器一定范围的单个蚊虫进行识别与计数。
3.根据权利要求1所述的蚊虫运动轨迹识别及预测系统，其特征在于，所述蚊虫运动轨迹识别及预测的步骤为：
S11:被配置为通过将传感器融合算法应用于由所述一个或多个传感器生成的所述一个或多个输出信号，来确定接近的个体蚊虫是否属于所述至少一种蚊虫的种类i；
S12:传感器输出信号f1(k)通过在固定时间τ[k，k+1]内与参考蚊虫信息频率做相关检测，通过和本地蚊虫的相关峰值R(Δf)执行峰值检测得到蚊虫种类i，并按照蚊虫的种类i、频率范围fi和不同种类对应的个数输出；
S13:在检测到蚊虫种类的条件下，和所述电子控制器连接的定位系统模块，启动蚊虫定位系统得到相应蚊虫种类下的位置[x，y，z]和速度[v]；
S14:基于蚊虫定位系统得到的一定时间内的相应蚊虫种类下的位置与速度执行蚊虫杀虫器使能开关实现蚊虫的杀害；
S15:基于不同种类蚊虫在一定时间内的计数结果实现蚊虫分布密度函数的计算。
4.根据权利要求3所述的蚊虫运动轨迹识别及预测系统，其特征在于，所述S12：传感器输出信号f1(k)通过在固定时间τ[k，k+1]内与参考蚊虫信息频率做相关检测，通过和本地蚊虫的相关峰值R(Δf)执行峰值检测得到蚊虫种类i，并按照蚊虫的种类i.频率范围fi和不同种类对应的个数的方法为：
A：基于蚊虫活动频率信息做先验信息的存储与分类；
B：基于蚊虫的先验频率信息与所述电子控制器的输出信号执行一定搜索步长的相关峰计算；
C：在和先验蚊虫频率范围内出现较高的相关峰值R(Δf)的条件下，识别为蚊虫种类和活动频率；
D：在观测时间段τ[k，k+1]重复步骤A～C得到不同种类蚊虫下的蚊虫数量xi。
5.根据权利要求3所述的蚊虫运动轨迹识别及预测系统，其特征在于，所述S13:在检测到蚊虫种类的条件下，和所述电子控制器连接的超声波雷达模块，启动蚊虫定位系统得到相应蚊虫种类下的位置与速度的方法为：
A：基于传感器输出信号执行蚊虫种类识别条件下得到蚊虫种类与个数；
B：启动蚊虫定位系统，基于配置的超声波雷达模块执行相应种类蚊虫的活动频率范围下的定位解算功能。
6.根据权利要求1所述的蚊虫运动轨迹识别及预测系统，其特征在于，还包括用于与相邻电子蚊虫活动状态监测系统无线通信的通信模块，基于电子蚊虫活动状态监测系统输出的定位信息执行蚊虫的蚊虫杀虫剂使能开关，实现蚊虫的精准杀害。
7.根据权利要求3所述的蚊虫运动轨迹识别及预测系统，其特征在于，所述S14:基于蚊虫定位系统得到的一定时间内的相应蚊虫种类下的位置与速度执行蚊虫杀虫器使能开关实现蚊虫的杀害方法为：A：基于蚊虫定位系统得到蚊虫位置信息后开启蚊虫杀虫器使能开关；
B：基于无线通信的通信模块和蚊虫定位结果实现蚊虫杀虫器实现蚊虫的精准杀害；C：基于蚊虫收集器实现杀害后的蚊虫的收集。
8.根据权利要求3所述的蚊虫运动轨迹识别及预测系统其特征在于，，所述S15:基于不同种类蚊虫在一定时间内的计数结果实现蚊虫分布密度函数的计算的方式为：
A：基于不同方向上的蚊虫种类的个数在一定时间段内取平均得到蚊虫分布的均值μ和方差δ；B：基于均值μ和方差δ拟合概率概率密度函数的拟合。
9.根据权利要求1所述的蚊虫运动轨迹识别及预测系统，其特征在于，所述至少一种目标蚊虫种类包括：淡色库蚊、致乏库蚊及三带喙库蚊中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的蚊虫运动轨迹识别及预测系统，其特征在于，所述杀害至少一种目标蚊虫种类的杀虫剂包括市场上公开中的一种或多种。
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