ES2925852T3

ES2925852T3 - Procedimiento y aparato para determinar un índice de biodiversidad de insectos

Info

Publication number: ES2925852T3
Application number: ES20158120T
Authority: ES
Inventors: Thomas Nikolajsen; Klas Rydhmer; Laurence Still; Mikkel Brydegaard Sorensen; Flemming Bent Rasmussen; Alfred Gösta Viktor Strand
Original assignee: FaunaPhotonics Agriculture and Environmental AS
Current assignee: FaunaPhotonics Agriculture and Environmental AS
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2022-10-20
Anticipated expiration: 2040-02-19
Also published as: BR112022016237A2; EP3868202A1; EP4106519A1; US20230106933A1; AU2021225057A1; EP3868202B1; WO2021165479A1; DK3868202T3

Abstract

Un aparato para determinar un índice de biodiversidad de insectos, que comprende: una pluralidad de dispositivos sensores ópticos de insectos configurados para posicionarse individualmente dentro de un área geográfica, cada dispositivo sensor de insectos configurado para: monitorear la actividad de los insectos dentro de un volumen de detección que se extiende fuera del dispositivo sensor de insectos mediante detectar luz del volumen de detección, y emitir datos del detector indicativos de uno o más atributos detectados ópticamente asociados con los respectivos eventos de detección de insectos detectados, siendo cada evento de detección de insectos indicativo de la presencia de uno o más insectos en el volumen de detección; un sistema de procesamiento de datos acoplado comunicativamente a la pluralidad de dispositivos sensores ópticos de insectos y configurado para: recibir datos del detector de los respectivos de la pluralidad de dispositivos sensores ópticos de insectos, siendo los datos del detector indicativos de uno o más atributos detectados ópticamente asociados con el respectivo insecto detectado eventos de detección, y computar, a partir de los datos recibidos del detector, un índice de biodiversidad de insectos indicativo de la biodiversidad de insectos dentro del área geográfica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y aparato para determinar un índice de biodiversidad de insectos

Campo técnico

La presente divulgación se refiere a un procedimiento y a un aparato para determinar un índice de biodiversidad de insectos.

Antecedentes

El descenso del número de insectos, en particular, la pérdida de biodiversidad de insectos, es uno de los principales desafíos a los que actualmente hace frente el mundo y se considera uno de los mayores riesgos del siglo XXI.

Un reciente informe de la OCDE titulado "Biodiversity: Finance and the Economic and Business Case for Action, mayo de 2019" indica lo siguiente: "La pérdida de biodiversidad es uno de los mayores riesgos del siglo XXI. Socava la salud y el bienestar de los seres humanos, la resiliencia social y el progreso hacia los objetivos de sostenibilidad y desarrollo. Comporta elevados costes para nuestras economías y hace mucho más difícil abordar otros desafíos globales, tales como el cambio climático".

"El planeta hace frente a su sexta extinción masiva, y se estima que la tasa actual de extinción de especies es tan alta como 1000 veces la tasa de referencia (prehumana). Además, el generalizado y rápido descenso de la población está afectando incluso a las especies comunes que son fundamentales para los procesos ecológicos: desde 1970, el mundo ha perdido un 60 % de su población de vertebrados global y más de un 40 % de las especies de insectos están descendiendo rápidamente".

Al abordar los problemas relacionados con el descenso del número de insectos, la actual falta de datos precisos y exactos es un problema clave para la investigación, las empresas y los responsables de la toma de decisiones. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de obtener datos precisos que puedan orientar y facilitar las acciones y la legislación apropiadas para garantizar entornos y usos sostenibles de productos químicos, mientras que se permite una producción de alimentos suficiente para sustentar a una población creciente. Los procedimientos actuales para estudiar y monitorizar la biodiversidad y el comportamiento de los insectos se basan en procedimientos laboriosos en los que los insectos se obtienen con redes y trampas manuales y se analizan posteriormente por medio de análisis microscópico y genético.

Por tanto, es deseable proporcionar procedimientos y aparatos eficaces, pero precisos, para determinar un índice de biodiversidad de insectos que permita la obtención de datos exhaustivos para respaldar los procedimientos de toma de decisiones y que proporcione a la industria una herramienta para equilibrar la producción con la sostenibilidad.

El número de insectos en un área geográfica puede variar con el tiempo, pero también en un área dada. Estas variaciones temporales y espaciales convierten a la determinación exacta de las medidas fiables y consistentes de la biodiversidad en un desafío. En particular, los insectos se distribuyen, a menudo, de forma no uniforme en un área y se pueden producir puntos calientes de concentraciones de insectos localmente altas. Además, la localización de dichos puntos calientes puede cambiar con el tiempo.

Además, otros procedimientos tradicionales para cuantificar un índice de biodiversidad se basan en la identificación exacta de las especies de insectos, haciendo así que los procedimientos tradicionales requieran mucha mano de obra, sean sensibles a la variación en el conocimiento de los expertos y sean propensos a errores. Esto, a su vez, reduce el aumento a escala de los procedimientos tradicionales y puede reducir su valor comparativo cuando se calculan para diferentes áreas geográficas habitadas por diferentes especies y/o clasificadas por diferentes expertos humanos. Por ejemplo, el Instituto para la Política Ambiental Europea resumió la situación de la investigación en Dinamarca en 2017 como sigue: "Existe un número muy pequeño de expertos en abejas silvestres en Dinamarca y una significativa falta de conocimiento sobre la abundancia, distribución y perspectivas de las especies" (véase E. G. Evelyn Underwood, Gemma Darwin, "Pollinator Initiatives in EU Member States: Success

Factors and Gaps," 2017.) Actualmente, por tanto, la investigación y la monitorización se ven afectadas por prácticas muy costosas y que requieren mucha mano de obra al estudiar los insectos, que implican típicamente redes entomológicas, instalación de trampas e identificación.

La instalación de trampas se puede realizar con diversos procedimientos dependiendo del insecto diana, ya que cada tipo de trampa está condicionada hacia diferentes especies. El número total de insectos obtenidos, N, se puede identificar por un taxónomo usando típicamente un microscopio o secuenciación de ADN de cada insecto obtenido individual.

A partir de este tipo de taxonomía, los insectos se pueden separar en diferentes grupos. El número de grupos se denomina típicamente riqueza poblacional, R, mientras que el número de insectos en cada grupo se denomina abundancia, ri, de insectos dentro de un determinado grupo. A partir de estos datos, se puede construir un índice de biodiversidad de diversas maneras, tal como el índice de biodiversidad de Shannon, H:

R

H = ^ r¿ln(r¿)

i= 1

o la biodiversidad de Simpson, D

Un punto importante es que la agrupación de insectos no es un procedimiento estandarizado, sino que, más bien, depende fuertemente del contexto de un estudio específico. Como ejemplo, la delimitación de las especies puede ser de acuerdo con el orden (moscas), la familia (sírfidos) e incluso el tipo de género dentro de una familia. Además, se realizan estudios donde se define la biodiversidad de acuerdo con los bioservicios que diversos grupos proporcionan a un ecosistema, por ejemplo, la polinización.

Usando el enfoque explicado anteriormente, la capacidad de obtener datos con alta resolución espacial y temporal normalmente es muy limitada y se realizan estudios de forma intensiva durante un corto periodo o bien a baja intensidad durante un largo periodo. Por ejemplo, un reciente estudio sobre el descenso del número de insectos (véase C. A. Hallmann etal., "More than 75 percent decline over 27 years in total flying insect biomass in protected areas," PLoS One, vol. 12, n.° 10, 2017) implicó vaciar trampas Malaise cada 11 días en promedio, después de lo que cada muestra de insecto se secó y pesó manualmente. La simple monitorización de la biomasa voladora es, por lo tanto, una tarea masiva y difícil de repetir en diferentes hábitats.

Para reducir la mano de obra asociada con la monitorización de insectos, se han realizado intentos para introducir soluciones técnicas.

Por ejemplo, el documento US 9585376 describe un sistema de dispositivos electrónicos de monitorización de insectos (EIMD). Cada uno de los EIMD comprende un señuelo para atraer al menos a una especie de insectos diana, uno o más sensores que generan una o más señales de salida en respuesta a un insecto que se aproxima al señuelo, y un controlador electrónico configurado para determinar si el insecto que se aproxima al señuelo pertenece a la al menos una especie de insectos diana usando las una o más señales de salida. En algunos modos de realización, este sistema de la técnica anterior puede comprender una pluralidad de EIMD configurados para comunicarse sobre de una red inalámbrica compartida por la pluralidad de EIMD. Sin embargo, los señuelos típicamente solo atraen a determinadas especies y, por lo tanto, no son adecuados para monitorizar la biodiversidad de la población de insectos total en un área dada.

En un campo diferente, el documento US 5956463 describe un sistema automatizado para monitorizar datos auditivos de flora y fauna silvestres y grabar los mismos para su posterior análisis e identificación. El sistema comprende uno o más micrófonos, que se pueden localizar en diversas localizaciones en el campo, acoplar a un aparato de grabación para grabar vocalizaciones de la flora y fauna silvestres en formato digital. Los datos registrados resultantes se procesan previamente, segmentan y analizan por medio de una red neuronal para identificar las respectivas especies. En particular, se usa la clasificación de la especie para discriminar llamadas de la flora y fauna silvestres y para identificar el animal del que se originó una llamada seleccionada. Aunque este sistema de la técnica anterior minimiza la necesidad de intervención humana e interpretación subjetiva de los sonidos grabados, su utilidad para determinar la biodiversidad de insectos es limitada. En primer lugar, los instrumentos basados en audio son sensibles al ruido de audio, que puede enmascarar los sonidos generados por insectos, limitando así el intervalo de detección del sistema y su uso en áreas urbanas, a lo largo de carreteras o en las proximidades de otras fuentes de sonido. Además, la clasificación de especies en base a llamadas de flora y fauna silvestres no es adecuada para la mayoría de los insectos. Finalmente, el entrenamiento de un sistema de clasificación por redes neuronales que determine las especies todavía requiere una laboriosa obtención y clasificación de datos de entrenamiento. Otros documentos en el estado de la técnica para este campo son: documento US 2005/025357 A1 (LANDWEHR VAL R [US] ET AL.) 3 de febrero de 2005 (03-02-2005) y MONTEIRO L S ET AL. : "High Diversity of Drosophilidae in High-Altitude Wet Forests in Northeastern Brazil", NEOTROPICAL ENTOMOLOGY, SOCIEDAD ENTOMOLOGICA DO BRASIL, SAO PAULO, BR, vol. 45, n.° 3, 8 de marzo de 2016 (08-03-2016), páginas 265-273, XP035971322, ISSN: 1519-566X, DOI: 10.1007/S13744-016-0364-3 [obtenido el 08-03-2016]

El valor de monitorizar la biodiversidad es significativo tanto para la agricultura como para la ecología y los autores de la invención no están al tanto de herramientas conocidas que puedan proporcionar una medida estandarizada de la diversidad de insectos voladores. Por tanto, en general, es deseable proporcionar un procedimiento y aparato adecuados para determinar la biodiversidad de insectos. En particular, es deseable proporcionar un procedimiento para determinar la biodiversidad de insectos que sea aumentable a escala, exacto y eficaz. Además, sigue siendo deseable proporcionar un aparato que sea poco complejo, duradero, fiable y exacto. Además, es deseable proporcionar un aparato que, en gran medida, sea no intrusivo, que permita una detección sustancialmente no condicionada de una gran variedad de tipos de insectos y que solo afecte mínimamente a la actividad de los insectos, ya que esto permite una determinación más exacta de un índice de biodiversidad.

Sumario

En el presente documento se divulgan modos de realización de un aparato para determinar un índice de biodiversidad de insectos.

De acuerdo con un aspecto, los modos de realización del aparato comprenden:

una pluralidad de dispositivos de sensor óptico de insectos configurados para situarse individualmente dentro de un área geográfica, cada dispositivo de sensor de insectos configurado para:

- monitorizar la actividad de los insectos dentro de un volumen de detección que se extiende fuera del dispositivo de sensor de insectos detectando la luz del volumen de detección, y para

- emitir datos de detector indicativos de uno o más atributos detectados ópticamente asociados con los respectivos acontecimientos de detección de insectos detectados, siendo indicativo cada acontecimiento de detección de insectos de que uno o más insectos están presentes en el volumen de detección;

un sistema de procesamiento de datos acoplado en comunicación a la pluralidad de dispositivos de sensor óptico de insectos y configurado para:

- recibir datos de detector de los respectivos de la pluralidad de dispositivos de sensor óptico de insectos, siendo indicativos los datos de detector de uno o más atributos detectados ópticamente asociados con los respectivos acontecimientos de detección de insectos detectados, y para

- calcular, a partir de los datos de detector recibidos, un índice de biodiversidad de insectos indicativo de la biodiversidad de insectos dentro del área geográfica.

Como los dispositivos de sensor de insectos detectan ópticamente atributos asociados con acontecimientos de detección de insectos en un volumen de detección fuera de los dispositivos de sensor de insectos, el aparato es no intrusivo para el entorno en el sentido de que no depende y, en consecuencia, no está condicionado por feromonas u otros medios para atraer, atrapar o aniquilar insectos. En particular, los insectos se pueden detectar en su entorno natural independientemente de su afinidad por una determinada tecnología de señuelo o trampa, reduciendo así la sensibilidad de los resultados de medición a diferentes técnicas de instalación de trampas para diferentes especies de insectos. De acuerdo con algunos modos de realización, los acontecimientos de detección de insectos detectados están taxonómicamente no clasificados, y el sistema de procesamiento de datos está configurado para calcular un índice de biodiversidad de insectos directamente a partir de los atributos detectados ópticamente asociados con los acontecimientos de detección taxonómicamente no clasificados. En consecuencia, el sistema de procesamiento de datos está configurado para calcular el índice de biodiversidad directamente a partir de los atributos detectados ópticamente, es decir, sin una clasificación taxonómica intermedia de los insectos detectados individuales, es decir, sin cartografiar los insectos detectados con respecto a grupos conocidos de insectos, por ejemplo, a familias o especies conocidas. En otras palabras, se evita la etapa de clasificación taxonómica de insectos y, en cambio, se calcula directamente el índice de biodiversidad a partir de las muestras de datos obtenidos. Por tanto, los modos de realización del aparato pueden obtener y procesar automáticamente los datos de detector de manera estandarizada, incrementando así la comparabilidad de los resultados en diferentes áreas geográficas. Además, el procedimiento reduce la influencia de clasificaciones erróneas, por ejemplo, debido a errores humanos, en el índice de biodiversidad de insectos resultante. Además, el aparato puede calcular un índice de biodiversidad de insectos incluso en casos donde no se conocen las especies de insectos de la población o donde los atributos detectables ópticamente no se han clasificado previamente en grupos conocidos de insectos.

En general, los modos de realización del aparato permiten una detección más uniforme de una gran variedad de insectos, independientemente de la especie de insectos específica. De ahí que los modos de realización del aparato proporcionen un cálculo de una medida más exacta de la biodiversidad de insectos. Como el aparato calcula automáticamente el índice de biodiversidad de insectos a partir de los datos de detector adquiridos, el aparato es menos sensible al sesgo del investigador o a la variación en la técnica de clasificación.

Los modos de realización del aparato descrito en el presente documento pueden proporcionar una medida estandarizada de la biodiversidad de insectos para permitir la comparación de la biodiversidad con el tiempo y entre localizaciones geográficas diferentes. Los modos de realización del aparato se pueden hacer funcionar de manera completamente automatizada, facilitando así la evaluación de la biodiversidad de insectos en tiempo real, día a día, hora a hora e incluso minuto a minuto.

Cada dispositivo de sensor de insectos se puede montar en un sitio de detección estacionario o no estacionario, por ejemplo, montado en un vehículo. El vehículo puede ser un vehículo terrestre, es decir, un vehículo que funciona mientras está en contacto con la superficie del suelo. Un vehículo terrestre, por ejemplo, se puede conducir sobre ruedas o similares. Por ejemplo, el vehículo terrestre puede ser un tractor u otro vehículo agrícola. Otros ejemplos de vehículos incluyen vehículos aéreos, tales como un avión, un helicóptero o similares. El vehículo puede ser un vehículo tripulado o un vehículo no tripulado.

Cada dispositivo de sensor de insectos puede comprender un módulo de iluminación configurado para iluminar el volumen de detección, en particular, todo el volumen de detección. Cada dispositivo de sensor de insectos puede comprender un módulo detector que comprenda uno o más detectores configurados para detectar la luz del volumen de detección, en particular, de todo el volumen de detección. Por tanto, el módulo detector puede emitir una señal de sensor indicativa de la luz detectada, por ejemplo, indicativa de una intensidad de luz detectada como una función del tiempo.

En algunos modos de realización, cada dispositivo de sensor de insectos comprende un módulo de iluminación y un módulo detector. El módulo de iluminación se puede configurar para iluminar el volumen de detección con luz de iluminación y el módulo detector se puede configurar para detectar una porción retrodispersada de la luz de iluminación, estando retrodispersada la porción retrodispersada por insectos que se mueven alrededor del volumen de detección. Los autores de la invención han descubierto que se puede realizar una detección y/o identificación fiable de insectos detectando y analizando la luz, en particular, luz retrodispersada, a partir de insectos iluminados. En particular, el módulo detector se puede configurar para registrar un perfil temporal de la luz reflejada/retrodispersada, ya que el perfil temporal de la luz reflejada/retrodispersada es una huella del insecto que se puede usar para distinguir entre diferentes tipos de insectos.

El volumen de detección es un volumen 3D a partir del que el dispositivo de sensor de insectos obtiene una entrada de sensor adecuada para la detección de insectos. Por tanto, el volumen de detección puede estar completa o parcialmente definido por el campo de visión y la profundidad de campo del módulo detector. En modos de realización donde el volumen de detección se ilumina por un módulo de iluminación, el volumen de detección se puede definir como un solapamiento del volumen iluminado por el módulo de iluminación y por un volumen definido por el campo de visión y la profundidad de campo del módulo detector.

El volumen de detección puede tener una conformación, tamaño y posición predeterminados con respecto al módulo de iluminación y/o con respecto al módulo detector, por ejemplo, con respecto a una abertura y/o un eje óptico del módulo detector. En particular, el volumen de detección, durante todo el procedimiento de detección, puede ser estacionario con respecto al módulo detector y al módulo de iluminación. En consecuencia, el módulo detector puede comprender una o más lentes que definan un eje óptico del módulo detector y/o que definan una distancia focal. La distancia focal se puede fijar durante todo el procedimiento de detección. Además, el eje óptico se puede fijar durante todo el procedimiento de detección, por ejemplo, con respecto al módulo de iluminación y/o con respecto a un alojamiento del dispositivo de sensor de insectos. Sin embargo, se apreciará que el dispositivo de sensor de insectos puede permitir que el tamaño, conformación y/o posición relativa del volumen de detección se configuren previamente y adapten a un entorno de medición específico, por ejemplo, cambiando la orientación y/o posición relativa del módulo de iluminación y del módulo detector. El módulo detector puede comprender además una abertura.

El volumen de detección puede tener una variedad de conformaciones y tamaños, tales como conformación de recuadro, cilíndrica, conformación esférica, conformación cónica, piramidal, troncocónica, troncopiramidal, etc. En algunos modos de realización, el volumen de detección tiene un tamaño de al menos 0,2 m3, tal como de al menos 0,5 m3, tal como de al menos 1 m3, tal como de al menos 2 m3, tal como al menos 3 m3.

En algunos modos de realización, el volumen de detección tiene un tamaño de menos de 20 m3, tal como de menos de 10 m3, tal como de menos de 5 m3, facilitando así la iluminación uniforme con alto brillo de todo el volumen de detección mientras que se permite una detección fiable, por ejemplo, de las trayectorias y/o frecuencias de aleteo de los insectos.

En algunos modos de realización, el volumen de detección tiene una proporción de aspecto, por ejemplo, definida como una proporción de un borde más grande con respecto a un borde más pequeño de un recuadro delimitador mínimo del volumen de detección. En algunos modos de realización, la proporción de aspecto no es más grande de 10:1, tal como no más grande de 5:1, tal como no más grande de 3:1, tal como no más grande de 2:1. Por ejemplo, la proporción de aspecto puede estar entre 1:1 y 10:1, tal como entre 1:1 y 5:1, tal como entre 1:1 y 3:1, tal como entre 2:1 y 3:1. Una baja proporción de aspecto del volumen de detección permite rastrear insectos en movimiento durante un periodo de tiempo relativamente largo, independientemente de la dirección de desplazamiento de los insectos, permitiendo así una detección más exacta de diferentes insectos, por ejemplo, insectos voladores o saltadores, insectos que se mueven a diferentes velocidades, etc. Además, un tiempo de observación relativamente largo también incrementa la exactitud de los atributos detectables ópticamente determinados, tales como frecuencia de aleteo, etc. El recuadro delimitador mínimo puede tener un borde vertical y dos horizontales. El borde vertical puede ser el borde más pequeño del recuadro delimitador mínimo. Por ejemplo, una proporción entre cada uno de los bordes horizontales y el borde vertical puede estar entre 2:1 y 10:1, tal como entre 2:1 y 5:1, tal como entre 2:1 y 3:1.

Cada dispositivo de sensor de insectos se puede configurar para emplearse en un área geográfica de modo que el volumen de detección se pueda elevar por encima de la superficie del suelo en una desviación vertical mínima. Para este fin, el dispositivo de sensor de insectos puede incluir o de otro modo configurarse para montarse en una estructura de soporte estacionaria o móvil. En algunos modos de realización, el dispositivo de sensor de insectos y/o la estructura de soporte está(n) configurado(s) de modo que el volumen de detección se extiende desde una parte superior de un dosel de vegetación hacia arriba. En consecuencia, se evita o al menos se reduce la interferencia de la vegetación con el dispositivo de sensor de insectos, por ejemplo, bloqueando la trayectoria de la luz. Para este fin, la desviación vertical mínima se puede predeterminar, por ejemplo, se puede configurar antes del uso. Para este fin, la estructura de soporte puede ser ajustable para ajustar la altura de montaje del dispositivo de sensor de insectos, para adaptar la desviación vertical mínima a la vegetación en las proximidades del dispositivo de sensor de insectos. Por ejemplo, el dispositivo de sensor de insectos se puede montar de modo que la desviación vertical del dispositivo de sensor de insectos por encima de la superficie del suelo sea ajustable y/o de modo que la orientación del dispositivo de sensor de insectos con respecto a la superficie del suelo sea ajustable. El tamaño de la desviación vertical puede depender de la altura de la vegetación que crece en el área de tierra donde se emplea el dispositivo de sensor de insectos. La desviación vertical se puede elegir para que sea más grande que una altura de la vegetación, por ejemplo, más grande que una altura máxima de la población de plantas que constituyen la vegetación en el área de tierra donde se emplea el dispositivo de sensor de insectos, o más grande que la mediana de una altura de la población de plantas en el área de tierra donde se emplea el dispositivo de sensor de insectos. Por ejemplo, la desviación vertical mínima se puede elegir entre 10 cm y 5 m, tal como entre 20 cm y 3 m, tal como entre 20 cm y 2 m, tal como entre 50 cm y 2 m. En algunos modos de realización, cuando el aparato comprende una pluralidad de sensores de insectos, la desviación vertical se puede elegir para que sea sustancialmente la misma para todos los dispositivos de sensor de insectos del aparato.

En algunos modos de realización, el volumen de detección está localizado en una proximidad del dispositivo de sensor de insectos. En particular, el volumen de detección se puede extender entre un extremo proximal y un extremo distal del volumen de detección, con respecto al dispositivo de sensor de insectos, por ejemplo, con respecto a una abertura u otro orificio de entrada óptica del módulo detector. En algunos modos de realización, el extremo distal puede estar a no más de 5 m del dispositivo de sensor de insectos, tal como a no más de 4 m, tal como a no más de 3 m. El extremo proximal puede estar separado del dispositivo de sensor de insectos, por ejemplo, de una abertura u otro orificio de entrada óptica del módulo detector, en 10 cm o más, tal como en 20 cm o más, tal como en 30 cm o más.

Los modos de realización del dispositivo de sensor de insectos descrito en el presente documento son, en particular, adecuadas para detectar insectos en el aire, tales como insectos voladores o saltadores. Los modos de realización del dispositivo de sensor de insectos descrito en el presente documento permiten la detección de insectos que se mueven dentro del volumen de detección durante tiempos de observación suficientemente largos para identificar y distinguir de forma fiable diferentes atributos detectables ópticamente, por ejemplo, frecuencias de aleteo y/o trayectorias y/o proporciones cuerpo-ala y/o proporciones de melanización. Se ha descubierto que dichas técnicas permiten el cálculo fiable de un índice de biodiversidad de insectos cuando los insectos individuales permanecen en el volumen de detección durante un tiempo suficiente.

El uso de un volumen amplio cerca del dispositivo de sensor de insectos en lugar de, por ejemplo, un haz estrecho que se extienda lejos del dispositivo de sensor de insectos, proporciona una serie de ventajas:

• La alineación óptica es menos sensible, lo que permite que el dispositivo de sensor de insectos funcione durante extensos periodos de tiempo sin una calibración continua.

• Se requiere una menor intensidad de luz, lo que hace que el dispositivo de sensor de insectos sea seguro para los ojos y, por lo tanto, pueda funcionar sin supervisión en el campo.

• Como la intensidad recibida de un insecto disminuye con la distancia, se puede realizar una mejor estimación del tamaño en base a la amplitud de la señal recibida.

• Solo se necesita una baja resolución espacial (menos "píxeles") para enfocar adecuadamente el volumen iluminado sobre un sensor de imagen. Mientras que los instrumentos de largo alcance dependen de la luz pulsada y usan tubos fotomultiplicadores muy costosos y sensibles para obtener la luz, o, para las configuraciones geométricas de Scheimpflug, matrices lineales CMOS con miles de píxeles, los modos de realización del sensor de insectos descrito en el presente documento pueden obtener la luz en tan solo cuatro fotodiodos, donde cada diodo submuestrea el haz. Esto, a su vez, permite el uso de frecuencias de muestreo muy altas. La alta frecuencia de muestreo (intervalo de MHz) permite el uso de bloqueo en la amplificación que posibilita la capacidad de registrar dos longitudes de onda en un diodo. Esto reduce la complejidad óptica del dispositivo de sensor de insectos y permite mediciones exactas de la reflectividad espectral a dos longitudes de onda, sin verse afectado por la iluminación de fondo, tal como la luz solar, mientras que todavía permite un alto factor de forma temporal en dos (o más) canales.

• El movimiento de insectos en el volumen se monitoriza en 4 sensores con campo de visión no solapante.

Esto significa que es posible monitorizar la dirección y velocidad del vuelo.

• Un haz más ancho proporciona tiempos de tránsito más largos y acontecimientos de insectos que mejoran la calidad de los datos.

En algunos modos de realización, el módulo de iluminación comprende una fuente de luz que está configurada para emitir luz incoherente. Las fuentes de luz adecuadas incluyen diodos emisores de luz (LED) y lámparas de halógeno, ya estas que pueden iluminar simultáneamente un gran volumen de detección con suficiente intensidad de luz. Además, las fuentes de luz incoherente son útiles para proporcionar una iluminación homogénea, sin manchas, del volumen de detección, en particular, una iluminación simultánea de un gran volumen de detección sin necesidad de ninguna operación de exploración. Esto reduce la complejidad del sistema óptico y permite una detección fiable de las frecuencias de aleteo y/o trayectorias, incluso de insectos en movimiento rápido.

No obstante, en su lugar, se pueden usar otras fuentes de luz, incluyendo fuentes de luz coherente, tales como láseres. En algunos modos de realización, la fuente de luz está configurada para emitir luz de forma continua mientras que, en otros modos de realización, la luz se enciende y apaga intermitentemente, por ejemplo, es pulsada.

En algunos modos de realización, el módulo de iluminación comprende una fuente de luz que está configurada para emitir luz visible y/o luz en el infrarrojo y/o infrarrojo cercano y/o luz en una o más de otras bandas de longitud de onda, coherente o incoherente. La luz en el infrarrojo y/o infrarrojo cercano (tal como la luz en la banda de longitud de onda entre 700 nm y 1500 nm, tal como entre 700 nm y 1000 nm) no es detectable por muchos insectos y, por tanto, no influye en el comportamiento del insecto.

En algunos modos de realización, el módulo de iluminación está configurado para iluminar selectivamente el volumen de detección con luz de dos o más bandas de longitud de onda, en particular, dos o más bandas de longitud de onda mutuamente espaciadas. En algunos modos de realización, el módulo de iluminación está configurado para emitir un haz de iluminación que incluya una mezcla homogénea de luz que consista en dos o más bandas de longitud de onda (por ejemplo, a 808 y 970 nm, respectivamente). Para este fin, el módulo de iluminación puede incluir una primera fuente de luz, por ejemplo, que comprenda uno o más LED, configurada para emitir selectivamente luz de una primera banda de longitud de onda. El módulo de iluminación puede incluir además una segunda fuente de luz, por ejemplo, que comprenda uno o más LED, configurada para emitir selectivamente luz de una segunda banda de longitud de onda, que se puede espaciar de la primera banda de longitud de onda. El módulo de iluminación puede incluir además una o más fuentes de luz adicionales, por ejemplo, que comprendan uno o más LED, configuradas para emitir selectivamente luz de una o más segundas bandas de longitud de onda adicionales, que se pueden espaciar de la primera banda de longitud de onda y/o segunda banda de longitud de onda. El módulo detector se puede configurar para detectar selectivamente las bandas de longitud de onda seleccionadas. En un modo de realización, el módulo de iluminación está configurado para emitir luz a una primera banda de longitud de onda a 808 nm /- 25 nm y luz a una segunda banda de longitud de onda a 970 nm /- 25 nm. Un sistema de iluminación multiespectral de este tipo facilita la detección de color de insectos en movimiento.

El uso de más de una longitud de onda introduce la posibilidad de medir el "color" o el contenido de melanina de las dianas. La absorción de melanina disminuye al incrementar las longitudes de onda. Al usar dos o más canales a longitudes de onda bien separadas y al comparar la proporción de la intensidad recibida a estas dos longitudes de onda, se puede estimar el contenido de melanina. Por ejemplo, una posible medida indicativa de la proporción de melanización se puede expresar como la proporción I^ai/(I^ai+ M u otra medida de la intensidad detectada relativa (indicada como Iai e Ia², respectivamente) a dos bandas de longitud de onda alrededor de las longitudes de onda A¹y Á², respectivamente. En un modo de realización, A¹= 808 nm y A²= 970 nm.

En algunos modos de realización, el aparato separa además la contribución de cuerpo y ala de la señal registrada. En consecuencia, el aparato puede determinar la melanización tanto del cuerpo como del ala en el insecto. También permite que el aparato estime con mayor exactitud otros rasgos característicos, tales como la frecuencia de aleteo, puesto que el aparato puede tratar independientemente la señal recibida en cada longitud de onda y obtener dos mediciones separadas de la frecuencia de aleteo. Si por algún motivo no están de acuerdo, ese acontecimiento de detección de insectos, por ejemplo, se puede descartar como ruido.

En algunos modos de realización, el módulo de iluminación está configurado para emitir luz con intensidad variable, en particular, pulsada o de otro modo modulada a una o más frecuencias de modulación. En algunos modos de realización, el módulo de iluminación está configurado para emitir luz a la primera banda de longitud de onda modulada a una primera frecuencia de modulación y para emitir luz a la segunda banda de longitud de onda modulada a una segunda frecuencia de modulación, diferente de la primera frecuencia de modulación. En un modo de realización, la luz a la primera banda de longitud de onda (por ejemplo, a 808 nm) se modula a 80 kHz y la luz a la segunda banda de longitud de onda (por ejemplo, a 980 nm) se modula a 120 kHz. Por tanto, el módulo detector se puede configurar para detectar señales luminosas a partir del volumen de detección y para filtrar selectivamente las señales luminosas detectadas con las primera y segunda frecuencias, respectivamente. En consecuencia, el módulo detector puede detectar selectivamente las respectivas bandas de longitud de onda con un único detector y suprimir eficazmente la luz de fondo, tal como la luz del día o la luz de fuentes de luz distintas del módulo de iluminación. Se apreciará que los modos de realización alternativos incluirán más de dos bandas de longitud de onda y las más de dos bandas de longitud de onda se pueden modular a las respectivas frecuencias de modulación.

En un modo de realización, el filtrado selectivo de las bandas de modulación se puede realizar eficazmente usando detección de bloqueo de sensibilidad de fase, que elimina además el ruido de otras fuentes de luz.

Se puede proporcionar una iluminación conveniente de un volumen de detección relativamente grande, en particular, una iluminación simultánea de todo el volumen de detección, con un módulo de iluminación compacto, por ejemplo, cuando el módulo de iluminación está configurado para emitir un haz de luz divergente, en particular, un haz de luz que tenga un ángulo de divergencia en al menos una dirección de entre 2° y 45°, tal como de entre 10° y 30°, medido como un ángulo completo entre los rayos que se originan en la fuente de luz y que intersecan los extremos opuestos de un diámetro de haz.

El módulo de iluminación puede incluir, por ejemplo, uno o más elementos ópticos, tales como uno o más reflectores y/o una o más lentes que dirijan la luz desde la fuente de luz como un haz de luz, tal como un haz de luz divergente, de una conformación en sección transversal adecuada hacia el volumen de detección. Por ejemplo, el haz de luz puede tener una sección transversal rectangular o redonda, por ejemplo, ovalada o circular. En consecuencia, el volumen de detección puede tener una conformación troncocónica o troncopiramidal.

Cuando se detectan insectos en movimiento en un campo de vegetación, ha resultado que un volumen de detección troncocónico o troncopiramidal que tiene una base/sección transversal alargada (por ejemplo, elíptica o rectangular) es, en particular, ventajoso. La base/sección transversal puede ser una sección transversal ortogonal a un eje óptico de la unidad de detector o de la unidad de iluminación. En algunos modos de realización, la base/sección transversal alargada tiene una anchura (medida en una dirección horizontal) que es más grande que una altura (medida en una dirección vertical), por ejemplo, de modo que la proporción entre la anchura y la altura sea de al menos 3:2, tal como de al menos 2:1, por ejemplo, de entre 3:2 y 5:1, tal como de entre 3:2 y 3:1, tal como de entre 2:1 y 3:1. Un volumen de detección que tenga una sección transversal alargada con un eje longitudinal horizontal donde el volumen de detección se eleve por encima de la superficie del suelo por una desviación vertical mínima permite que el volumen de detección se disponga como un volumen relativamente plano, por ejemplo, un volumen en conformación de recuadro plano o un volumen, en general, en conformación de rebanada de pastel plano, que se puede disponer horizontalmente por encima de un dosel de vegetación. Un volumen de este tipo reduce los reflejos, la luz parásita u otros efectos perturbadores de las plantas que de otro modo podrían interferir en el procedimiento de detección. Además, un volumen de detección de este tipo hace un uso eficaz de la potencia de iluminación disponible para iluminar un volumen donde se produce la mayor parte de la actividad de los insectos.

Cuando el volumen de detección está definido por un solapamiento entre el volumen de iluminación y el campo de visión y la profundidad de campo del módulo detector, el módulo de iluminación se puede configurar para iluminar un volumen de iluminación cónico o piramidal o troncocónico o troncopiramidal, en particular, con una base/sección transversal alargada como se describe anteriormente con referencia al volumen de detección.

En algunos modos de realización, el módulo detector comprende un sistema de formación de imágenes, tal como una cámara. El sistema de formación de imágenes incluye una lente óptica configurada para formar una imagen de un plano de imagen sobre un sensor de imagen, por ejemplo, un detector de silicio de cuadrante o un sensor de imagen que tenga una mayor resolución. En algunos modos de realización, el plano de imagen está localizado entre 1 m y 5 m, tal como entre 1 m y 4 m, tal como 1,5 m y 3 m frente a la lente óptica. El sistema de formación de imágenes está dispuesto de modo que el campo de visión del sistema de formación de imágenes se solape, o incluso coincida sustancialmente, con el volumen iluminado al menos en dicho plano de imagen.

El sistema de formación de imágenes puede tener un campo de visión y una profundidad de campo lo suficientemente grandes como para registrar imágenes de todo el volumen de detección, en particular, imágenes suficientemente enfocadas para permitir la detección de los atributos detectables ópticamente usados para calcular el índice de biodiversidad de insectos. El sistema de formación de imágenes se puede configurar para detectar acontecimientos perturbadores, por ejemplo, animales o plantas más grandes que cruzan el volumen de detección.

El sistema de formación de imágenes también puede servir como detector para detectar la radiación de fondo. En algunos modos de realización, las señales de sensor registradas por el sensor de imagen se pueden usar por el aparato para detectar insectos y/o para detectar trayectorias aéreas de los insectos, detectando frecuencias de aleteo y/u otros atributos. Las trayectorias aéreas también son ejemplos de atributos detectados ópticamente que pueden servir como entrada para el cálculo del índice de biodiversidad de insectos.

En algunos modos de realización, uno o más detectores comprenden uno o más fotodiodos. Los fotodiodos individuales que reciben luz de todo el volumen de detección o de una parte del volumen de detección permiten una detección rápida con resolución temporal de los cambios en la intensidad de la luz retrodispersada. Dichas señales se pueden usar para determinar las frecuencias de aleteo de los insectos voladores que, a su vez, se pueden usar para detectar la presencia de insectos y, opcionalmente, para distinguir entre diferentes tipos de insectos en base a las propiedades de los patrones de aleteo, por ejemplo, las amplitudes relativas de múltiples frecuencias en un espectro de frecuencias asociado con un acontecimiento de insecto detectado.

En algunos modos de realización, el módulo detector comprende una matriz de fotodiodos, por ejemplo, una matriz lineal u otra 1D o una matriz 2D, u otra forma de sensor de imagen 2D que permita una detección con resolución espacial de la luz que incide sobre diferentes áreas de un plano de imagen. El módulo detector se puede configurar para dirigir la luz desde diferentes subvolúmenes del volumen de detección sobre los respectivos fotodiodos de la matriz o sobre las respectivas áreas de un sensor de imagen 2D, permitiendo así una detección con resolución espacial de insectos.

En algunos modos de realización, el módulo detector está configurado para detectar selectivamente la luz a una longitud de onda predeterminada o pequeña banda de longitud de onda. En algunos modos de realización, el módulo detector está configurado para detectar selectivamente luz a dos o más longitudes de onda o pequeñas bandas de longitud de onda donde las dos o más longitudes de onda o bandas de longitud de onda están espaciadas entre sí y no se solapan entre sí. Para este fin, el módulo detector puede comprender uno o más sensores sensibles a la luz, por ejemplo, uno o más fotodiodos, matrices de fotodiodos o sensores de imagen, configurados para detectar selectivamente la luz a dos o más longitudes de onda o pequeñas bandas de longitud de onda donde las dos o más longitudes de onda o bandas de longitud de onda estén espaciadas entre sí y no se solapen entre sí. Esto se puede lograr, por ejemplo, por un sensor sensible a la luz donde los respectivos filtros de paso de banda se sitúen selectivamente y de forma alterna frente a respectivas áreas sensibles a la luz del sensor. De forma alternativa, el módulo detector puede incluir dos o más sensores sensibles a la luz separados, cada uno configurado para detectar luz a una respectiva longitud de onda o banda de longitud de onda. Sin embargo, de forma alternativa, el módulo detector se puede configurar para separar electrónicamente las señales de sensor de la luz en las respectivas bandas de longitud de onda, por ejemplo, empleando y filtrando la luz modulada como se describe en el presente documento.

En particular, se ha descubierto que un módulo detector configurado para detectar selectivamente luz a 808 nm y 970 nm, respectivamente, es adecuado para detectar y distinguir diferentes tipos de insectos, por ejemplo, en base a una proporción de luz retrodispersada a la respectiva longitud de onda. En algunos modos de realización, el módulo detector comprende al menos un primer sensor sensible a la luz configurado para detectar selectivamente la luz dentro de una primera banda de longitud de onda; y al menos un segundo sensor sensible a la luz para detectar selectivamente la luz dentro de una segunda banda de longitud de onda, no solapante con la primera banda de longitud de onda.

De forma alternativa, el módulo detector comprende un sensor sensible a la luz configurado para detectar selectivamente la luz dentro de una primera banda de longitud de onda y dentro de una segunda banda de longitud de onda, no solapante con la primera banda de longitud de onda. En el último modo de realización, el módulo detector puede incluir un filtro por modulación para registrar por separado la luz recibida en las primera y segunda bandas de longitud de onda y modulada a las primera y segunda frecuencias de modulación, respectivamente. En general, el módulo detector puede incluir un único detector o múltiples detectores.

Además de hacer posible distinguir señales a dos longitudes de onda por un único detector, el filtro por modulación garantiza además que se pueda detectar solo luz con la frecuencia correcta y, opcionalmente, la fase correcta por el módulo detector. Esto, a su vez, garantiza que el módulo detector sea insensible a la luz de otras fuentes de luz, tales como el sol u otras fuentes artificiales. Una supresión eficaz de otras fuentes de luz garantiza además que los datos de detector adquiridos en diferentes localizaciones y a diferentes tiempos sean comparables y permitan el cálculo de un índice de biodiversidad estandarizado.

En un modo de realización preferente, las señales de sensor se filtran por modulación por medio de un amplificador de bloqueo o por medio de otro filtro por modulación electrónico adecuado para extraer señales moduladas a una frecuencia de modulación diana. Cuando la luz de iluminación a diferentes bandas de longitud de onda también se modula a diferentes frecuencias de modulación, el módulo detector puede separar las señales de sensor relacionadas con diferentes bandas de longitud de onda en canales separados en base al filtrado por modulación.

El aparato puede comprender una o más unidades de procesamiento configuradas para recibir una señal de sensor de un módulo detector de al menos uno de los módulos sensores de insectos y para procesar la señal de sensor recibida para detectar uno o más acontecimientos de detección de insectos y extraer uno o más atributos detectables ópticamente asociados con los acontecimientos de detección de insectos detectados. El procesamiento puede incluir uno o más de los siguientes: amplificación, conversión A/D, filtrado, calibración, detección de rasgos característicos, análisis de frecuencias, cálculo de atributos y/o similares.

En particular, la unidad de procesamiento puede procesar la señal de sensor para detectar uno o más rasgos característicos de la señal que indiquen la presencia de uno o más insectos en el volumen de detección y extraer de la señal de sensor uno o más atributos detectables ópticamente asociados con los acontecimientos de detección de insectos detectados. La unidad de procesamiento se puede configurar además para contar el número de acontecimientos de detección de insectos detectados, por ejemplo, dentro de un periodo de tiempo predeterminado, una ventana deslizante o similar, para determinar una estimación de una cantidad de insectos detectados en el volumen de detección, por ejemplo, como un número de insectos detectados en el volumen de detección, por ejemplo, por unidad de tiempo y/o por unidad de volumen.

En consecuencia, la unidad de procesamiento puede emitir datos de detector procesados que representen los respectivos acontecimientos de detección de insectos y los atributos detectados.

La unidad de procesamiento se puede implementar como una unidad de procesamiento local, integrada en el dispositivo de sensor de insectos y configurada para procesar las señales de sensor del módulo detector de dicho dispositivo de sensor de insectos en el que está integrada la unidad de procesamiento. En otros modos de realización, algunas o todas las etapas de procesamiento se realizan por una unidad de procesamiento externa al dispositivo de sensor de insectos, es decir, la unidad de procesamiento se puede implementar en un dispositivo externo al dispositivo de sensor de insectos o se puede distribuir entre una unidad de procesamiento local del dispositivo de sensor de insectos y una unidad de procesamiento remoto, separada del dispositivo de sensor de insectos.

Por ejemplo, en dichos modos de realización, una unidad de procesamiento local del sensor de insectos puede emitir datos de sensor que representen las señales de sensor detectadas, opcionalmente procesadas previamente de forma adecuada, y la unidad de procesamiento externa puede procesar además las señales de sensor para extraer los atributos detectables ópticamente. La unidad de procesamiento externa se puede separar del sistema de procesamiento de datos que realiza el cálculo del índice de biodiversidad de insectos o se puede integrar en el mismo.

En algunos modos de realización, la unidad de procesamiento está configurada para extraer uno o más atributos detectables ópticamente asociados con los acontecimientos de detección de insectos detectados. Los atributos detectados ópticamente pueden incluir uno o más atributos detectables ópticamente que se pueden determinar a partir de las señales de sensor adquiridas por el dispositivo de sensor óptico de insectos. Los ejemplos de atributos detectables ópticamente incluyen: una o más frecuencias de aleteo, una proporción cuerpo-ala, una proporción de melanización (color), una trayectoria de movimiento detectada de un insecto dentro del volumen de detección, una velocidad de movimiento detectada de un insecto dentro del volumen de detección, un brillo de insecto, o similares. En algunos modos de realización, los atributos detectados ópticamente incluyen una representación de intensidades de luz asociadas con el acontecimiento de detección de insectos. La representación de intensidades de luz puede incluir una representación con resolución temporal y/o con resolución de frecuencia, uno o más rasgos característicos de una representación con resolución temporal y/o con resolución de frecuencia, una versión procesada de una representación con resolución temporal y/o con resolución de frecuencia registrada y/o similares. Por ejemplo, la representación puede incluir intensidades con resolución temporal en respectivas bandas de longitud de onda. Los rasgos característicos adecuadas de una representación pueden incluir una o más localizaciones de máximos y/o mínimos de la representación, uno o más valores máximos o mínimos de la intensidad de luz, localizaciones, tamaños y/o anchuras de uno o más picos detectados en la representación y/u otros rasgos característicos detectables. Los ejemplos de una versión procesada de una representación con resolución temporal y/o con resolución de frecuencia registrada incluyen una versión comprimida, una versión codificada, una versión autocodificada y/o una versión reducida dimensionalmente de la representación con resolución temporal y/o con resolución de frecuencia registrada. En algunos modos de realización, el cálculo del índice de biodiversidad de insectos se basa en una combinación de dos o más atributos detectables ópticamente. Los datos de detector de cada sensor de insectos pueden ser indicativos de una cantidad, por ejemplo, un número, de insectos detectados, detectados en el volumen de detección durante un periodo de muestreo. Los datos de detector pueden incluir uno o más atributos detectados ópticamente asociados con cada acontecimiento de detección de insectos detectado y/u otra representación adecuada de los atributos detectados, por ejemplo, una distribución de atributos detectados durante un periodo de muestreo. Se apreciará que, en algunos modos de realización, los datos de detector pueden incluir datos no procesados o solo parcialmente procesados, por ejemplo, intensidades de luz detectadas con resolución temporal o espectros a partir de los que se pueden extraer uno o más atributos detectables ópticamente o que por sí mismos pueden servir como atributos detectados ópticamente.

La detección y/o identificación de insectos en base a frecuencias de aleteo, proporciones de melanización y brillo de insecto se describe con más detalle en el documento WO 2017/182440 y en Gebru et. al.: "Multiband modulation spectroscopy for the determination of sex and species of mosquitoes in flight", J. Biophotonics. 2018. Aunque los documentos anteriores describen estos indicadores en el contexto de un sistema LIDAR que usa el principio de Scheimflug y en el contexto de la clasificación de insectos, los autores de la presente invención se han dado cuenta de que los atributos extraídos por estas técnicas también se pueden aplicar a dispositivos de sensor de insectos en base a otras fuente de luz que iluminen un volumen extenso en lugar de un haz de láser estrecho y al cálculo de un índice de biodiversidad en lugar de una clasificación taxonómica de insectos. Por ejemplo, el documento WO 2017/182440 divulga un sistema LIDAR basado en láser para detectar fauna aérea. Un sistema LIDAR de este tipo para la fauna aérea utiliza un haz de láser colimado que se transmite relativamente lejos en la atmósfera, y un receptor/detector mide la luz de láser retrodispersada de los insectos. Aunque un instrumento de este tipo pueda obtener un gran número de registros, los sistemas LIDAR, en general, son sensibles a la alineación y requieren láseres de alta potencia para proporcionar un haz de láser de suficiente largo alcance y de suficiente intensidad. En consecuencia, un sistema de este tipo requiere una instalación cuidadosa y el funcionamiento de un láser de alta potencia típicamente requiere supervisión y normalmente no es adecuado para su funcionamiento, por ejemplo, en áreas urbanas.

Aquí, y en lo que sigue, se pretende que el término unidad de procesamiento comprenda cualquier circuito y/o dispositivo adecuadamente adaptado para realizar las funciones descritas en el presente documento. En particular, el término unidad de procesamiento comprende una unidad de microprocesamiento programable de propósito general o especial, tal como una unidad central de procesamiento (CPU) de un ordenador o de otro sistema de procesamiento de datos, una unidad de procesamiento de señales digitales (DSP), un circuito integrado específico de aplicación (ASIC), una matriz lógica programable (PLA), una matriz de puertas programable en campo (FPGA), un circuito electrónico de propósito especial, etc., o una combinación de los mismos.

En algunos modos de realización, el aparato comprende una pluralidad de dispositivos de sensor de insectos en los que los datos de detector de los respectivos dispositivos de sensor de insectos se calibran de acuerdo con una referencia de detector que es uniforme en la pluralidad de sensores ópticos de insectos. En consecuencia, los datos de detector de diferentes dispositivos de sensor de insectos son comparables y se pueden usar para el cálculo de un índice único de biodiversidad de insectos. Además, los índices de biodiversidad calculados a partir de datos de detector de diferentes dispositivos de sensor de insectos son directamente comparables.

En algunos modos de realización, la calibración de acuerdo con una referencia de detector uniforme incluye uno o más de los siguientes:

1) Una calibración uniforme del eje de tiempo para las intensidades de luz con resolución temporal detectadas, extrayendo así características de frecuencia consistentes del comportamiento de aleteo. Esto se puede lograr por la calibración uniforme de los respectivos relojes de procesador de los dispositivos de sensor de insectos.

2) Una estandarización de las características de ruido de los dispositivos de sensor de insectos para que los dispositivos de sensor de insectos tengan un nivel de detección similar y, a su vez, proporcionen proporciones consistentes de cuerpo con respecto a ala. Las características de ruido de los dispositivos de sensor de insectos están determinadas principalmente por las características del sensor sensible a la luz, por ejemplo, por las características del detector de cuadrante y el funcionamiento de los circuitos de amplificadores de transimpedancia asociados con cada uno de los detectores individuales del detector de cuadrante. Estos se pueden estandarizar empleando tolerancias de fabricación adecuadas.

3) Calibración/estandarización de la detectividad de cada dispositivo de sensor de insectos para cada longitud de onda, proporcionando así una detección consistente de la proporción de melanización de diferentes sensores.

La detectividad del dispositivo de sensor de insectos para una longitud de onda dada es una combinación de muchos factores, incluyendo:

1) El nivel y el perfil espacial exacto de la luz emitida desde el módulo de iluminación, en particular, el solapamiento espacial de las dos longitudes de onda por todo el volumen de detección.

2) La alineación exacta del módulo detector óptico, incluyendo la lente, el detector de cuadrante y la alineación relativa de los dos.

Como la detectividad es la suma de varias variables interdependientes, no siempre es posible garantizar una coincidencia exacta de ambos factores entre los dispositivos de sensor de insectos. En consecuencia, de forma ventajosa se usa un procedimiento de estandarización para medir las desviaciones entre los dispositivos de sensor de insectos y/o entre diferentes áreas de sensor del mismo dispositivo de sensor de insectos para permitir una calibración adecuada. En algunos modos de realización, esto se puede lograr por un procedimiento de calibración en el que se dejan caer esferas u otros objetos de respectivos colores predefinidos dentro del volumen de detección de un dispositivo de sensor de insectos. Esto se puede hacer en todo el volumen de detección. Al monitorizar la proporción de señales en los diferentes canales de longitud de onda del módulo detector, se puede detectar una proporción característica para cada dispositivo de sensor de insectos y posteriormente compensarla, por ejemplo, determinando una o más desviaciones y/o uno o más factores multiplicativos y/o una o más de otras funciones de calibración para ajustar uno o más de los respectivos niveles de intensidad en las una o más bandas de longitud de onda. En algunos modos de realización, las respectivas funciones de calibración se pueden determinar para cada área sensible a la luz, por ejemplo, para cada fotodiodo de una matriz de áreas sensibles a la luz. En consecuencia, en algunos modos de realización, cada dispositivo de sensor de insectos está configurado para emitir datos de detector calibrado, calibrados al menos en base a un conjunto de datos de detectividad específica de longitud de onda indicativos de una detectividad específica de dispositivo y específica de longitud de onda del dispositivo de sensor de insectos con respecto a uno o más objetos de calibración predeterminados dentro del volumen de detección a respectivas longitudes de onda.

En algunos modos de realización, cada dispositivo de sensor de insectos comprende una interfaz de comunicaciones para transferir datos sobre acontecimientos de detección de insectos detectados desde el dispositivo de sensor de insectos al sistema de procesamiento de datos para permitir que el sistema de procesamiento de datos obtenga datos estandarizados de una pluralidad de dispositivos de sensor óptico de insectos.

La interfaz de comunicaciones puede ser una interfaz alámbrica o inalámbrica configurada para la comunicación directa o indirecta de los datos de detector al sistema de procesamiento de datos. Por ejemplo, la comunicación indirecta puede ser por medio de un dispositivo de puerta de enlace, por medio de uno o más de otros dispositivos de sensor de insectos u otro nódulo para transmitir los datos de detector. La comunicación puede ser por medio de una red de comunicaciones adecuada, tal como por medio de una red de telecomunicaciones celular, por ejemplo, usando GSM/GPRS, UMTS, EDGE, 4G, 5G o cualquier otro estándar de telecomunicaciones celulares adecuado. En algunos modos de realización, la interfaz de comunicaciones se puede configurar para su comunicación vía satélite. De forma alternativa o adicionalmente, el dispositivo de sensor de insectos puede incluir un dispositivo de almacenamiento de datos local para registrar los datos de detector y permitir que los datos almacenados se puedan recuperar por medio de un puerto de datos o un dispositivo de almacenamiento de datos extraíble.

El sistema de procesamiento de datos se puede implementar como uno o más ordenadores programados adecuadamente, tales como un ordenador independiente, como una pluralidad de ordenadores acoplados en comunicación, por ejemplo, como un sistema cliente-servidor, como un ordenador virtual o similares. El sistema de procesamiento de datos se puede acoplar directa o indirectamente en comunicación a los uno o más dispositivos de sensor de insectos y recibir los datos de detector obtenidos desde los uno o más dispositivos de sensor de insectos. Para este fin, el sistema de procesamiento de datos puede comprender una interfaz de comunicaciones alámbrica o inalámbrica adecuada, por ejemplo, como se describe en relación con la interfaz de comunicaciones de los dispositivos de sensor de insectos.

El sistema de procesamiento de datos está configurado, por ejemplo, por un programa informático adecuado, para calcular un índice de biodiversidad de insectos a partir de los datos de detector recibidos.

El sistema de procesamiento de datos puede calcular uno o más índices de biodiversidad de insectos. Por ejemplo, el sistema de procesamiento de datos puede calcular un respectivo índice local de biodiversidad de insectos para cada de los uno o más dispositivos de sensor de insectos individuales. Cada índice local de biodiversidad de insectos puede ser, por tanto, indicativo de la biodiversidad de insectos local en el entorno alrededor de un dispositivo de sensor de insectos individual correspondiente. Adicionalmente o de forma alternativa, el sistema de procesamiento de datos puede calcular un índice global de biodiversidad a partir de los datos de detector recibidos de una pluralidad de dispositivos de sensor de insectos localizados dentro de un área geográfica más grande. Por tanto, el índice global de biodiversidad de insectos puede ser indicativo de la biodiversidad de insectos en un área geográfica más grande.

El cálculo del índice de biodiversidad de insectos directamente a partir de los datos de detector se puede realizar de una serie de maneras.

En algunos modos de realización, calcular el índice de biodiversidad de insectos comprende calcular el índice de biodiversidad de insectos a partir de los atributos detectados ópticamente, que están asociados con los respectivos de un conjunto de acontecimientos de detección de insectos detectados. En algunos modos de realización, cada elemento del conjunto de acontecimientos de detección de insectos detectados se puede asociar con una pluralidad de atributos de diferentes tipos, por ejemplo, una frecuencia de aleteo y una proporción de melanización y/u otros atributos asociados con el acontecimiento de detección de insectos. Por ejemplo, cada acontecimiento de detección de insectos se puede asociar con una n-tupla. Cada n-tupla representa n atributos asociados con el acontecimiento de detección de insectos correspondiente. El procedimiento puede usar diferentes números de atributos, es decir, n puede ser un número entero más grande o igual que 1, por ejemplo, n puede ser igual a 1, 2, 3, 4 o más grande. Por ejemplo, en un modo de realización n=2 y cada n-tupla incluye una frecuencia aleteo y una proporción cuerpo-ala. El conjunto de acontecimientos de detección de insectos detectados a partir del que se calcula el índice de biodiversidad incluye una pluralidad de acontecimientos de detección de insectos, tal como al menos 50 acontecimientos de detección de insectos, por ejemplo, al menos 100 acontecimientos de detección de insectos, tal como al menos 500 acontecimientos de detección de insectos.

En algunos modos de realización, calcular el índice de biodiversidad de insectos comprende calcular el índice de biodiversidad de insectos como una medida de la variabilidad de los atributos detectados ópticamente asociados con los respectivos del conjunto de acontecimientos de detección de insectos detectados. En particular, el sistema de procesamiento de datos puede calcular la medida de la variabilidad realizando un análisis estadístico de los atributos detectados ópticamente asociados con el conjunto de acontecimientos de detección de insectos detectados, en particular, un análisis multivariante. Por ejemplo, el sistema de procesamiento de datos puede calcular una o más medidas que representen la diversidad del conjunto de n-tuplas. Los ejemplos de medidas de variabilidad incluyen, pero no se limitan a, un rastro de covarianza (varianza total), una entropía de covarianza, un determinante de covarianza y una desviación estándar sumada, o una combinación de los mismos.

En algunos modos de realización, calcular la medida de la variabilidad incluye realizar un agrupamiento de los acontecimientos de detección de insectos detectados de acuerdo con al menos los atributos detectados ópticamente asociados con los respectivos acontecimientos de detección de insectos detectados. El agrupamiento puede dar como resultado un conjunto de agrupamientos, incluyendo cada agrupamiento uno o más de los acontecimientos de detección de insectos detectados. Los enfoques de agrupamiento de ejemplo incluyen DBSCAN y modelos de mezcla gausiana. Las salidas útiles de los enfoques basados en agrupamiento incluyen, pero no se limitan a, el número de agrupamientos, los parámetros requeridos para lograr un número dado de agrupamientos o rasgos característicos del criterio de información bayesiano o de Akaike.

Existe una serie de maneras en las que el procedimiento puede calcular un índice de biodiversidad de insectos a partir de una salida de un procedimiento de agrupamiento no supervisado. Por ejemplo, el índice de biodiversidad de insectos se puede calcular a partir del número de agrupamientos resultantes, calculando un índice de Shannon o Simpson a partir de los agrupamientos resultantes, aplicando un procedimiento de mezcla gausiana, aplicando un enfoque de gradiente de AIC de mezcla gausiana, etc., o una combinación de los mismos.

Usando, por ejemplo, el procedimiento de agrupamiento DBSCAN, el número de agrupamientos encontrados es uno de los parámetros de salida del procedimiento de agrupamiento. Este número de agrupamientos se puede usar como un índice de biodiversidad como un número que recuerda la riqueza de especies (es decir, el número de especies diferentes presentes en un área).

Otros modelos de agrupamiento, tales como los modelos de mezcla gausiana, requieren que el número de agrupamientos esté definido previamente antes del entrenamiento y, por lo tanto, no proporcionan a priori una medida similar a la riqueza. Un enfoque aquí es definir previamente un intervalo de posibles agrupamientos (por ejemplo, entre 1 y 100 con una etapa de 1) y, a continuación, ajustar el modelo para cada número de agrupamiento. La bondad de ajuste de estos modelos se puede describir por una función externa, por ejemplo, el criterio de información bayesiano o el criterio de información de Akaike. Por tanto, se puede determinar un 'mejor' número similar de agrupamientos identificando el punto mínimo en la distribución generada de valores de bondad de ajuste.

Los índices de Shannon y Simpson son procedimientos usados para cuantificar la diversidad de una población que se puede dividir en grupos discretos. En ecología convencional, estos grupos, en general, están alineados con niveles taxonómicos, tales como especie, género o familia. Sin embargo, en un enfoque no supervisado para la cuantificación de la biodiversidad, se puede usar el número óptimo de agrupamientos, por ejemplo, determinado como se analiza anteriormente. En este caso, los parámetros de entrada para los índices de Shannon y Simpson serían el número de agrupamientos y el número de individuos clasificados en cada agrupamiento.

Los BIC y AIC no son procedimientos infalibles y, a veces, no producen un valor mínimo único o fiable. Sin embargo, en el caso del BIC, la distribución en algún punto siempre cruza el eje x en un valor que cambia con el número de agrupamientos ideales. Cuantos más agrupamientos estén presentes en los datos, más alto cruzará la distribución el eje x. Este enfoque siempre da como resultado un único valor (el eje x solo se cruza una vez) y el valor es mucho mayor que el número predicho de agrupamientos, lo que permite algunos matices adicionales. Los autores de la invención han descubierto que este enfoque produce valores que se correlacionan bien con los datos reales del terreno con un coeficiente de correlación de R2 = 0,90.

El enfoque de gradiente de AIC es un intento de mejorar el enfoque del criterio de información de Akaike para evaluar el número óptimo de agrupamientos. La función de AIC, cuando se aplica a un conjunto de datos descriptivos de acontecimientos de detección de insectos, a menudo toma la forma de un codo oblicuo, donde el criterio cae bruscamente a medida que se incrementa el número de agrupamientos, y, a continuación, en algún punto de inflexión, el gradiente disminuye bruscamente y el criterio continúa descendiendo. Esto significa que no existe ningún punto mínimo definido. El gradiente de AIC parece correlacionarse con el punto en el que se encuentra la inflexión de codo, por lo que este enfoque cuantifica el gradiente del descenso lineal inicial.

Otros ejemplos de procedimientos para calcular una medida de la variabilidad de los atributos detectados ópticamente asociados con los respectivos acontecimientos de detección de insectos incluyen una descripción estadística de los acontecimientos sin procesar usando técnicas de autocodificación o similares y reducción dimensional de los atributos detectados ópticamente.

En algunos modos de realización, el cálculo del índice de biodiversidad de insectos se basa en un modelo matemático que cartografía directamente los atributos detectados ópticamente asociados con los respectivos acontecimientos de detección de insectos detectados con respecto a un índice de biodiversidad de insectos. En particular, el modelo matemático puede ser un modelo de aprendizaje automático, tal como un modelo de aprendizaje automático supervisado. Por ejemplo, cuando se aplica un modelo de aprendizaje automático supervisado, el sistema de procesamiento de datos se configura para implementar un modelo de aprendizaje automático entrenado, en particular, un modelo entrenado por aprendizaje supervisado. El aprendizaje supervisado puede implicar la aplicación de un conjunto de entrenamiento para entrenar un modelo de aprendizaje automático para predecir la biodiversidad de una entrada, como un número, tal como un índice existente o novedoso, o bien en una o más categorías. Los datos de entrenamiento pueden comprender datos de detector de uno o más dispositivos de sensor de insectos y mediciones de biodiversidad conocidas a partir de ensayos de campo o bien datos simulados. Los ejemplos de modelos de aprendizaje automático incluyen una red neuronal convolucional o completamente conectada, un árbol de decisiones o similares.

En general, el índice de biodiversidad de insectos se refiere a una medida numérica adecuada de la biodiversidad de insectos, en particular, insectos en el aire, tales como insectos voladores o saltadores. Para el propósito de la presente descripción, un índice de biodiversidad de insectos también se denominará índice de biodiversidad de los insectos o simplemente índice de biodiversidad. El índice de biodiversidad de insectos se puede representar como un número, por ejemplo, un número entre 0 y 1, o de otra manera adecuada, por ejemplo, como una categorización en clases de biodiversidad, por ejemplo, "baja", "media", "alta", etc. En algunos modos de realización, el cálculo del índice de biodiversidad de insectos puede comprender la correlación de los atributos detectados ópticamente asociados con un conjunto de acontecimientos de detección de insectos detectados con una métrica de biodiversidad conocida tal como, pero sin limitarse a, el índice de biodiversidad de Simpson o Shannon.

Se apreciará que la unidad de procesamiento y/o el sistema de procesamiento de datos se pueden implementar como un sistema cliente-servidor o un sistema distribuido similar, donde la adquisición de datos y, opcionalmente, algún procesamiento de señales, se realiza localmente en el dispositivo de sensor de insectos, mientras que otras partes de las tareas de procesamiento de datos se pueden realizar por un sistema principal remoto.

La presente divulgación se refiere a diferentes aspectos, incluyendo el aparato descrito anteriormente y, en lo que sigue, a los correspondientes aparatos, sistemas, procedimientos y/o productos, proporcionando cada uno uno o más de los beneficios y ventajas descritos en relación con uno o más de los otros aspectos, y teniendo cada uno uno o más modos de realización correspondientes a los modos de realización descritos en relación con uno o más de los otros aspectos y/o divulgados en las reivindicaciones adjuntas.

De acuerdo con otro aspecto, en el presente documento se divulgan modos de realización de un procedimiento implementado por ordenador de determinación de un índice de biodiversidad de insectos, comprendiendo el procedimiento:

- recibir datos de detector de uno o más dispositivos de sensor óptico de insectos, siendo los datos de detector indicativos de uno o más atributos detectados ópticamente asociados con los respectivos acontecimientos de detección de insectos, detectados por los uno o más dispositivos de sensor de insectos, en el que los acontecimientos de detección de insectos detectados están taxonómicamente no clasificados;

- calcular un índice de biodiversidad de insectos directamente a partir de los atributos detectados ópticamente asociados con los acontecimientos de detección taxonómicamente no clasificados.

De acuerdo con otro aspecto, en el presente documento se divulgan modos de realización de un sistema de procesamiento de datos configurado para realizar etapas del procedimiento descrito en el presente documento. En particular, el sistema de procesamiento de datos puede tener almacenado en el mismo un código de programa adaptado para provocar que, cuando se ejecute por el sistema de procesamiento de datos, el sistema de procesamiento de datos realice las etapas del procedimiento descrito en el presente documento. El sistema de procesamiento de datos se puede realizar como un único ordenador o como un sistema distribuido que incluya múltiples ordenadores, por ejemplo, un sistema cliente-servidor, un sistema basado en la nube, etc. El sistema de procesamiento de datos puede incluir un dispositivo de almacenamiento de datos para almacenar el programa informático y datos de detector. El sistema de procesamiento de datos puede incluir una interfaz de comunicaciones para recibir datos de detector.

De acuerdo con otro aspecto, un programa informático comprende un código de programa adaptado para provocar que, cuando se ejecute por un sistema de procesamiento de datos, el sistema de procesamiento de datos realice las etapas del procedimiento descrito en el presente documento. El programa informático se puede realizar como un medio legible por ordenador, tal como un CD-ROM, DVD, disco óptico, tarjeta de memoria, memoria flash, dispositivo de almacenamiento magnético, disquete, disco duro, etc., que tenga almacenado en el mismo el programa informático. De acuerdo con un aspecto, un medio legible por ordenador tiene almacenado en el mismo un programa informático como se describe en el presente documento.

También en el presente documento se divulgan ejemplos de un dispositivo de sensor de insectos para detectar insectos en un volumen de detección, comprendiendo el dispositivo de sensor de insectos:

un módulo de iluminación configurado para iluminar el volumen de detección con luz de iluminación que comprende luz a una primera banda de longitud de onda modulada a una primera frecuencia de modulación y luz a una segunda banda de longitud de onda, diferente de la primera banda de longitud de onda, modulada a una segunda frecuencia de modulación, diferente de la primera frecuencia de modulación;

un módulo detector que comprende un detector configurado para detectar luz del volumen de detección;

una unidad de procesamiento configurada para recibir señales de sensor del módulo detector y configurada para filtrar la señal de sensor recibida para extraer una primera señal de sensor modulada a la primera frecuencia de modulación y una segunda señal de sensor modulada a la segunda frecuencia de modulación y, en base a las primera y segunda señales de sensor, para detectar al menos un insecto en el volumen de detección y para determinar al menos un atributo detectable ópticamente del insecto detectado, tal como una proporción de melanización y/o una dirección de movimiento.

Los modos de realización del dispositivo de sensor de insectos proporcionan mediciones exactas mientras que mantienen una baja complejidad óptica del dispositivo de sensor de insectos. Los modos de realización del dispositivo de sensor de insectos permiten mediciones exactas de la reflectividad espectral a dos o más longitudes de onda, en gran medida, sin verse afectado por la iluminación de fondo, tal como la luz solar, mientras que todavía permiten un alto factor de forma temporal en dos o más canales. En consecuencia, los modos de realización del dispositivo de sensor de insectos son, en particular, útiles para medir la biodiversidad de insectos, ya que se pueden emplear y hacer funcionar múltiples sensores de coste relativamente bajo en una gran variedad de condiciones ambientales.

El módulo detector puede comprender una matriz de fotodiodos configurados para recibir luz de respectivas partes del volumen de detección. En algunos modos de realización, la matriz de elementos fotosensibles comprende no más de 128 fotodiodos, tal como no más de 64, tal como no más de 25, tal como no más de 16, tal como no más de 9, tal como no más de 4 fotodiodos.

El módulo detector se puede configurar para obtener señales a una frecuencia de muestreo de al menos 1 MHz. Una alta frecuencia de muestreo (por ejemplo, en el intervalo de MHz) facilita el uso de bloqueo en la amplificación, que posibilita registrar dos longitudes de onda en un diodo.

El módulo de iluminación se puede configurar para iluminar el volumen de detección con luz de iluminación que comprenda luz a más de dos bandas de longitud de onda, por ejemplo, 3 o 4 o 5 o más bandas de longitud de onda, cada una modulada a una respectiva frecuencia de modulación. Por tanto, la unidad de procesamiento se puede configurar para filtrar la señal de sensor recibida para extraer una pluralidad correspondiente de más de dos señales de sensor moduladas a las respectivas frecuencias de modulación y, en base a las más de dos señales de sensor, para detectar al menos un insecto en el volumen de detección y determinar al menos un atributo detectable ópticamente del insecto detectado.

En algunos modos de realización, el dispositivo de sensor de insectos comprende o está acoplado en comunicación a uno o más dispositivos de sensor ambiental para detectar datos ambientales, como datos meteorológicos. Los ejemplos de datos ambientales incluyen temperatura ambiente, humedad, cantidad de precipitación, velocidad del viento, etc. El uno o más dispositivos de sensor ambiental se pueden incluir en el mismo alojamiento que el sensor óptico o se pueden proporcionar como una unidad separada, por ejemplo, una estación meteorológica, pudiéndose acoplar en comunicación a un dispositivo de sensor de insectos y/o a un dispositivo de procesamiento de datos remoto. En algunos modos de realización, un sistema de dispositivos de sensor de insectos puede incluir uno o más dispositivos de sensor ambiental. En particular, en algunos modos de realización, cada dispositivo de sensor de insectos puede tener un dispositivo de sensor ambiental asociado mientras que, en otros modos de realización, el sistema puede incluir más o menos dispositivos de sensor ambiental en comparación con el número de dispositivos de sensor de insectos. En consecuencia, un procedimiento de cálculo de un índice de biodiversidad puede, además de los atributos detectados ópticamente, basar además el cálculo del índice de biodiversidad en datos ambientales asociados con los atributos detectados ópticamente. Por ejemplo, el procedimiento puede basar el cálculo del índice de biodiversidad en uno o más de los siguientes parámetros indicativos de las condiciones ambientales durante el periodo donde se han registrado los atributos detectados ópticamente: temperatura ambiente, hora del día, precipitación, humedad, velocidad del viento, etc. o una combinación de los mismos. Para este fin, un modelo matemático no solo puede recibir los atributos detectados ópticamente como entrada, sino también uno o más datos ambientales u otros datos adicionales, tales como la hora del día, la época del año, etc.

Además, en algunos modos de realización, el procedimiento puede calcular el índice de biodiversidad a partir de los parámetros detectados ópticamente y compensar el índice de biodiversidad calculado para los datos ambientales detectados, por ejemplo, aplicando un factor de corrección adecuado u otra función de corrección. Las funciones o factores de corrección adecuados se pueden basar en datos de entrenamiento, por ejemplo, en forma de un modelo de aprendizaje automático entrenado, una tabla de consulta y/o similares.

Los aspectos, modos de realización, rasgos característicos y ventajas adicionales se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de modos de realización y con referencia a los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

Los modos de realización preferentes se describirán con más detalle en relación con los dibujos adjuntos, donde

la FIG. 1 muestra una vista esquemática de un aparato para determinar un índice de biodiversidad de insectos;

la FIG. 2 ilustra esquemáticamente un modo de realización de un sistema de procesamiento de datos;

las FIGS. 3 y 4 ilustran esquemáticamente modos de realización de un dispositivo de sensor de insectos;

la FIG. 5 ilustra esquemáticamente un ejemplo de señales de sensor de un módulo detector de un modo de realización de un dispositivo de sensor de insectos como se describe en el presente documento;

las FIGS. 6 y 7 ilustran ejemplos de volúmenes de detección;

la FIG. 8 muestra un diagrama de flujo de un ejemplo de un procedimiento para determinar un índice de biodiversidad de insectos;

las FIGS. 9A y 9B muestran recuentos de insectos obtenidos por procedimientos de instalación de trampas convencionales de dos campos con diferentes grados de biodiversidad;

las FIGS. 10A y 10B muestran histogramas correspondientes de frecuencias de aleteo obtenidas para los dos campos por un dispositivo de sensor de insectos como se describe en el presente documento;

la FIG. 11 muestra un ejemplo de una predicción de biodiversidad calculada en base a datos de sensor para el campo con baja biodiversidad (izquierda) y el campo con alta biodiversidad (derecha).

Descripción detallada

La FIG. 1 muestra una vista esquemática de un aparato para determinar un índice de biodiversidad de insectos. El aparato, en general, designado por el número de referencia 100, comprende un sistema de procesamiento de datos 200 y una pluralidad de dispositivos de sensor de insectos 120. Los dispositivos de sensor de insectos se emplean por toda un área geográfica 300. Cada dispositivo de sensor de insectos 120 se puede montar en un soporte estacionario o móvil adecuado, por ejemplo, en un bastidor, en un sostén, en un vehículo, etc.

Como se describirá con más detalle a continuación, cada dispositivo de sensor de insectos puede comprender un módulo de iluminación que incluya una fuente de luz, tal como una o más lámparas de halógeno, uno o más LED o similares, configurada para iluminar un volumen iluminado en una proximidad del dispositivo de sensor de insectos. El dispositivo de sensor de insectos puede comprender además un módulo detector que incluya uno o más detectores y uno o más elementos ópticos configurados para capturar la luz retrodispersada a partir de al menos una porción del volumen iluminado y guiar la luz capturada sobre los uno o más detectores. El volumen iluminado a partir del que la luz se captura por el módulo detector para detectar insectos se denomina volumen de detección 150. En general, el volumen de detección se puede definir como el volumen a partir del que el módulo detector obtiene señales luminosas útiles para detectar insectos. El volumen de detección típicamente se define por un solapamiento del volumen iluminado por el módulo de iluminación y por el campo de visión y la profundidad de campo del módulo detector. El dispositivo de sensor de insectos comprende una unidad de procesamiento configurada para realizar la detección de insectos y enviar información sobre la población de insectos detectada y los atributos detectables ópticamente asociados al sistema de procesamiento de datos.

Preferentemente, los dispositivos de sensor de insectos 120 son del mismo tipo y están calibrados y estandarizados de acuerdo con una referencia de detector común, permitiendo así que los datos de detector y los atributos determinados por ellos se comparen entre sí y/o se usen como entrada para un cálculo de un índice global de diversidad de insectos asociado con el área geográfica 300.

El sistema de procesamiento de datos 200 puede ser un ordenador independiente o un sistema de múltiples ordenadores, por ejemplo, un sistema cliente-servidor, un sistema basado en la nube o similares. Un ejemplo de un sistema de procesamiento de datos se describirá con más detalle a continuación con referencia a la FIG. 2.

Cada dispositivo de sensor de insectos 120 es un dispositivo de sensor óptico de insectos que usa luz reflejada/retrodispersada de insectos en un volumen de detección 150 para detectar insectos y medir atributos detectables ópticamente de los insectos detectados, por ejemplo, uno o más de los siguientes: una o más frecuencias de aleteo, una proporción cuerpo-ala, una proporción de melanización (color), una trayectoria de movimiento detectada de un insecto dentro del volumen de detección, una velocidad de movimiento detectada de un insecto dentro del volumen de detección, un brillo de insecto, o similares.

En general, el dispositivo de sensor de insectos detecta acontecimientos de detección de insectos. Un acontecimiento de detección de insectos se refiere a la detección de uno o más insectos que están presentes en el volumen de detección. La detección de un acontecimiento de detección de insectos se puede basar en uno o más criterios de activación, por ejemplo, basar en un nivel de señal de la señal de sensor detectada y/o en otra propiedad de las señales de sensor detectadas por el módulo detector del dispositivo de sensor de insectos en respuesta a la luz recibida del volumen de detección.

El volumen de detección 150 asociado con cada dispositivo de sensor de insectos es un volumen de detección externo al dispositivo de sensor de insectos correspondiente localizado en las proximidades del dispositivo de sensor de insectos. Un ejemplo de un dispositivo de sensor de insectos se describirá con más detalle a continuación con referencia a la FIG. 3. Los ejemplos de volúmenes de detección se describirán con más detalle a continuación con referencia a las FIGS. 6 y 7.

En el ejemplo de la FIG. 1, el aparato comprende tres dispositivos de sensor de insectos similares. Se apreciará que otros modos de realización pueden incluir menos o más dispositivos de sensor de insectos. Por ejemplo, algunos modos de realización pueden incluir solo un único dispositivo de sensor de insectos, mientras que otros modos de realización pueden incluir 5, 10, 20, 100 o incluso más dispositivos de sensor de insectos. Se apreciará que el número de dispositivos de sensor de insectos se puede elegir dependiendo de factores tales como el tamaño y variabilidad del área geográfica, la exactitud deseada del índice de biodiversidad resultante, la resolución espacial de los respectivos índices locales de biodiversidad, etc.

Cada dispositivo de sensor de insectos 120 está acoplado en comunicación al sistema de procesamiento de datos 200 y comunica los datos de detector obtenidos, incluyendo los atributos medidos, al sistema de procesamiento de datos 200. En el ejemplo de la FIG. 1, cada dispositivo de sensor de insectos comunica los datos de detector obtenidos por medio de una red de telecomunicaciones celular al sistema de procesamiento de datos 200, por ejemplo, por medio de una red GSM/GPRS, red USTM, red EDGE, red 4G, red 5G u otra red de telecomunicaciones adecuada. Se apreciará que la comunicación puede ser una comunicación directa o por medio de uno o más nódulos intermedios. De forma similar, la comunicación puede usar tecnologías de comunicación alternativas o adicionales, por ejemplo, otros tipos de comunicación inalámbrica y/o comunicación alámbrica. Además, los datos de detector obtenidos se pueden almacenar localmente por el dispositivo de sensor de insectos para la posterior recuperación manual de cada dispositivo de sensor de insectos, por ejemplo, en un dispositivo de almacenamiento de datos portátil y la posterior entrada al sistema de procesamiento de datos 200.

El sistema de procesamiento de datos 200 está configurado para ejecutar un programa informático para analizar los datos de detector de uno o más dispositivos de sensor de insectos y para calcular un índice de biodiversidad de insectos directamente a partir de los datos de detector como se describe en el presente documento, es decir, sin una clasificación taxonómica intermedia de los insectos detectados. El dispositivo de procesamiento de datos puede generar el índice calculado de biodiversidad de insectos en una forma adecuada, por ejemplo, en una pantalla, en un dispositivo de almacenamiento, por medio de una interfaz de comunicación de datos y/o similar.

En el ejemplo de la FIG. 1, uno de los dispositivos de sensor de insectos comprende un dispositivo de sensor ambiental 180 para detectar uno o más parámetros ambientales, tales como temperatura, velocidad del viento, humedad y/u otros datos meteorológicos. Los datos ambientales detectados también se comunican al sistema de procesamiento de datos, por ejemplo, directamente por el dispositivo de sensor ambiental o por el dispositivo de sensor de insectos. Se apreciará que, en algunos modos de realización, cada sensor de insectos incluye o se acopla funcionalmente a un dispositivo de sensor ambiental. En otros modos de realización, solo un subconjunto de dispositivos de sensor de insectos incluye o se acopla funcionalmente a un dispositivo de sensor ambiental. De forma alternativa o adicionalmente, el aparato puede incluir uno o más dispositivos de sensor ambiental empleados en el área geográfica 300 y acoplados en comunicación al sistema de procesamiento de datos 200 por separado de los dispositivos de sensor de insectos. Por tanto, el sistema de procesamiento de datos también puede basar el cálculo del índice de biodiversidad en los datos ambientales detectados por el/los dispositivo(s) de sensor ambiental, por ejemplo, calculando un índice modificado de biodiversidad de insectos o de otro modo relacionando el índice calculado de biodiversidad de insectos con las condiciones ambientales detectadas.

La FIG. 2 muestra una vista esquemática de un ejemplo de un sistema de procesamiento de datos 200, por ejemplo, el sistema de procesamiento de datos 200 del aparato de la FIG. 1.

El sistema de procesamiento de datos 200 comprende una unidad de procesamiento central 240 u otra unidad de procesamiento adecuada. El sistema de procesamiento de datos comprende además un dispositivo de almacenamiento de datos 230 para almacenar código de programa, datos de detector recibidos y, opcionalmente, un modelo matemático para calcular el índice de biodiversidad de insectos. Los ejemplos de dispositivos de almacenamiento de datos adecuados incluyen un disco duro, una EPROM, etc. El sistema de procesamiento de datos comprende además una interfaz de comunicaciones de datos 270, por ejemplo, un adaptador de red, un módulo GSM u otro circuito adecuado para comunicarse por medio de una red de comunicaciones celular o por medio de otra tecnología de comunicaciones inalámbricas. Para este fin, el sistema de procesamiento de datos comprende además una antena 271. Se apreciará que el sistema de procesamiento de datos puede incluir una interfaz de comunicaciones de datos alámbrica en lugar de o además de una interfaz de comunicaciones inalámbrica. El sistema de procesamiento de datos comprende además una interfaz de salida 220, por ejemplo, una pantalla, un puerto de salida de datos o similares.

La FIG. 3 ilustra esquemáticamente un modo de realización de un dispositivo de sensor de insectos. El dispositivo de sensor de insectos, en general, designado por el número de referencia 120, comprende una unidad de procesamiento 140, un módulo detector 130 y un módulo de iluminación 131, todos albergados dentro de un alojamiento 110. En este ejemplo, el módulo de iluminación y el módulo detector están alineados verticalmente entre sí y el módulo de iluminación está dispuesto por debajo del módulo detector. Sin embargo, también son posibles otras disposiciones.

En general, para maximizar la cantidad de luz retrodispersada de los insectos dentro del volumen de detección 150, puede ser preferente situar el módulo de iluminación contiguo o de otro modo cerca del módulo detector, de modo que la dirección de iluminación y la dirección de visualización solo definan un ángulo relativamente pequeño entre ellas, por ejemplo, de menos de 30°, tal como de menos de 20°. En algunos modos de realización, el módulo de iluminación está configurado para emitir un haz de luz a lo largo de una dirección de iluminación, y el módulo detector define una dirección de visualización, por ejemplo, como un eje óptico del módulo detector, en el que la dirección de iluminación y la dirección de visualización definen un ángulo entre sí, siendo el ángulo entre 1° y 30°, tal como entre 5° y 20°.

El módulo de iluminación comprende una matriz de diodos emisores de luz (LED) 161 y una correspondiente matriz de lentes 162 para dirigir la luz de los respectivos LED como un haz divergente 163 a lo largo de una dirección de iluminación 164. La matriz de diodos emisores de luz puede comprender un primer conjunto de diodos configurados para emitir luz selectivamente a una primera banda de longitud de onda, por ejemplo, a 808 nm /- 25 nm. La matriz de diodos emisores de luz puede comprender además un segundo conjunto de diodos configurados para emitir luz selectivamente a una segunda banda de longitud de onda, diferente de la primera banda de longitud de onda, en particular, espaciada de la primera banda de longitud de onda, por ejemplo, a 970 nm /- 25 nm. En otros modos de realización, la matriz de diodos emisores de luz puede incluir tipos alternativos o adicionales de LED. Por ejemplo, en algunos modos de realización, los LED se pueden configurar para emitir luz visible, en el infrarrojo cercano y/o en el infrarrojo de banda ancha.

El módulo detector 130 comprende un sistema óptico 132 en forma de una lente de Fresnel. De forma alternativa, se puede usar otro sistema de lentes. El módulo detector 130 incluye un sensor óptico 133, por ejemplo, uno o más fotodiodos, tal como una matriz de fotodiodos, un sensor CCD o CMOS y el sistema óptico dirige la luz desde el volumen de detección sobre el sensor óptico. En algunos modos de realización, el sistema óptico forma imágenes de un plano de objeto 152 dentro del volumen iluminado sobre el sensor óptico. El campo de visión del sistema óptico y la profundidad de campo del sistema óptico se configuran de modo que el sistema óptico dirija la luz desde una porción del volumen iluminado por el módulo de iluminación sobre el sensor óptico. La porción del volumen iluminado a partir del que el sistema óptico recibe luz de modo que se pueda detectar por el sensor óptico y usar para la detección de insectos define un volumen de detección 150. El sistema óptico 132 define un eje óptico 134 que interseca la dirección de iluminación 164 en un ángulo pequeño, tal como de 10°.

Por ejemplo, cuando un sistema óptico se basa en una lente de cámara que tiene f=24 mm, f/2,8 y un sensor óptico incluye un % de sensor de imagen, el módulo detector se puede configurar para enfocarse en un plano de objeto a 2 m de distancia de la lente, correspondiente a un campo de visión de aproximadamente 1,7 m x 1,7 m y una profundidad de campo de aproximadamente 1,3 m, dando como resultado así un volumen de detección de aproximadamente 3,7 m3.

El módulo detector 130 está acoplado en comunicación a la unidad de procesamiento 140 y envía una señal de sensor indicativa de la radiación capturada por el sensor óptico 133 a la unidad de procesamiento. La unidad de procesamiento 140 puede incluir un ordenador programado adecuadamente u otro dispositivo o sistema de procesamiento adecuado. La unidad de procesamiento recibe la señal de sensor, por ejemplo, una imagen o flujo de imágenes y/o una o más intensidades de luz detectadas del uno o más respectivos fotodiodos y, opcionalmente, otras señales de sensor del módulo detector. La unidad de procesamiento 140 procesa las señales de sensor recibidas para detectar e identificar insectos en el volumen de detección y emite datos de detector indicativos de acontecimientos de detección de insectos detectados y atributos detectables ópticamente asociados.

La FIG. 4 ilustra esquemáticamente una vista más detallada de un ejemplo del dispositivo de sensor de insectos. El dispositivo de sensor de insectos 120 de la FIG. 4 es similar al dispositivo de sensor de insectos de la FIG. 3 y comprende una unidad de procesamiento 140, un módulo detector 130 y un módulo de iluminación 131, todos albergados dentro de un alojamiento 110 y todos como se describe en relación con la FIG. 3. En este ejemplo, el módulo de iluminación 131 incluye una matriz de diodos emisores de luz dispuestos de modo que mezclen múltiples longitudes de onda. En este ejemplo, el módulo de iluminación emite luz a dos bandas de longitud de onda estrechas diferentes, es decir, una primera banda a una primera longitud de onda y una segunda banda a una segunda longitud de onda, tal como 808 nm y 970 nm, respectivamente. La luz del módulo de iluminación se modula a respectivas frecuencias, es decir, la luz a cada longitud de onda se codifica con una frecuencia única. En un ejemplo, la luz a la primera longitud de onda se modula a una primera frecuencia de modulación y la luz a una segunda longitud de onda se modula a una segunda frecuencia de modulación, diferente de la primera frecuencia de modulación. En un ejemplo, la primera frecuencia de modulación es de 80 kHz y la segunda frecuencia de modulación es de 120 kHz. Para este fin, la unidad de procesamiento incluye un circuito de sincronización 141 que tiene un reloj para controlar el módulo de iluminación.

El módulo detector 131 incluye un sensor de imagen 133 que incluye una matriz 2x2 de elementos sensibles a la luz, tales como fotodiodos. En un modo de realización particular, el sensor de imagen es un detector de cuadrante con cuatro fotodiodos de Si individuales dispuestos en un cuadrado. Se apreciará que otros modos de realización pueden incluir una matriz más grande de elementos sensibles a la luz. El sistema óptico 132 está dispuesto con respecto a la matriz de sensores de fotodiodos de modo que forme una imagen de un plano de imagen dentro del volumen de detección en la matriz de fotodiodos. Por tanto, las cuatro áreas sensibles a la luz obtienen luz de cuatro subvolúmenes sustancialmente separados del volumen de detección.

Las señales detectadas de la matriz de fotodiodos 133 se alimentan a la unidad de procesamiento 140. La unidad de procesamiento incluye una bancada de amplificadores 142 con una serie de amplificadores que coinciden con el tamaño de la matriz de fotodiodos. En este ejemplo, la bancada de amplificadores incluye cuatro amplificadores de transimpedancia. Las señales amplificadas se alimentan a una correspondiente bancada de convertidores A/D 143 que incluye una serie de convertidores A/D correspondientes al tamaño de la matriz de fotodiodos, tal como cuatro convertidores A/D. La bancada de convertidores A/D 143 genera respectivas señales digitales con resolución temporal para los fotodiodos individuales. La unidad de procesamiento comprende además un circuito desmultiplexor 144, por ejemplo, una FPGA que implementa una serie de amplificadores de bloqueo correspondientes al tamaño de la matriz de fotodiodos y al número de longitudes de onda. En el presente ejemplo, el circuito desmultiplexor implementa ocho amplificadores de bloqueo. El circuito desmultiplexor 144 desmultiplexa las señales de cada uno de los fotodiodos en señales separadas para las respectivas longitudes de onda, es decir, para cada fotodiodo, el circuito desmultiplexor genera una señal para cada longitud de onda. Para este fin, el circuito desmultiplexor recibe una señal de reloj del circuito de sincronización 141. Los amplificadores de bloqueo sirven además como un filtro eficaz para la luz no modulada con frecuencias alrededor de las dos frecuencias de bloqueo.

Las señales desmultiplexadas resultantes incluyen, por tanto, dos canales específicos de longitud de onda para cada fotodiodo, es decir, 2x4 canales. Se apreciará que, en modos de realización con un número diferente de longitudes de onda o un tamaño de matriz diferente, el número de señales desmultiplexadas será, en general, diferente. Las señales desmultiplexadas se envían a un circuito de procesamiento de datos 145 que procesa las señales individuales para detectar insectos presentes en el volumen de detección, es decir, detectar acontecimientos de detección de insectos y determinar uno o más atributos de cada insecto detectado. Para este fin, el circuito de procesamiento de datos 145 puede realizar inicialmente una calibración de la señal, por ejemplo, en base a datos de calibración almacenados, tal como desviaciones almacenadas y/o factores multiplicativos. El circuito de procesamiento de datos emite datos de detector indicativos de los acontecimientos de detección de insectos y los atributos determinados asociados. El circuito de procesamiento de datos puede registrar además datos de detector asociados con múltiples acontecimientos de detección de insectos. El circuito de procesamiento de datos puede comunicar intermitentemente, por ejemplo, periódicamente, bajo demanda, o cuando el búfer de registro interno esté a punto de llenarse, los datos de detector registrados por medio de la interfaz de comunicaciones 170 a un sistema de procesamiento de datos remoto como se describe en el presente documento.

La FIG. 5 ilustra esquemáticamente un ejemplo de señales de sensor desmultiplexadas desde un módulo detector de un modo de realización de un dispositivo de sensor de insectos como se describe en el presente documento, por ejemplo, un dispositivo de sensor de insectos como se describe en relación con las FIGS. 3 o 4. En este ejemplo, las señales de sensor del módulo detector incluyen series temporales respectivas de intensidades de luz detectadas en dos bandas de longitud de onda estrechas, por ejemplo, como se registra por respectivos fotodiodos provistos de respectivos filtros de paso de banda o por uno de los fotodiodos de la matriz de la FIG. 4. En algunos modos de realización, la señal se puede integrar o de otro modo combinar desde múltiples fotodiodos, desde un sensor de imagen y/o similares.

En este ejemplo, la serie temporal 701 corresponde a la luz detectada a 808 nm, mientras que la serie temporal 702 corresponde a la luz detectada a 970 nm. Sin embargo, otros modos de realización pueden usar otras longitudes de onda y/o más de dos longitudes de onda o bandas de longitud de onda.

La unidad de procesamiento de un dispositivo de sensor de insectos puede procesar las series temporales para detectar la presencia de un insecto en el volumen de detección y determinar uno o más atributos del insecto detectado. De forma alternativa, parte o todo el procesamiento de señales y datos se puede realizar por un sistema de procesamiento de datos externo al dispositivo de sensor de insectos.

En el presente ejemplo, el procedimiento implementado por la unidad de procesamiento y/o un sistema de procesamiento de datos externo puede detectar la presencia de radiación detectada por encima de un umbral predeterminado y/o determinar un armónico fundamental de la respuesta de frecuencia detectada para detectar la presencia de un insecto, es decir, para identificar un acontecimiento de detección de insectos.

Además, el procedimiento puede calcular uno o más atributos del insecto detectado. Los ejemplos de dichos atributos incluyen una frecuencia de aleteo (WBF) fundamental, una proporción cuerpo-ala (BWR) y una proporción de melanización (MEL).

Por ejemplo, el procedimiento puede calcular la frecuencia aleteo (WBF) fundamental a partir del armónico fundamental determinado de la respuesta de frecuencia de un acontecimiento de detección detectado. El procedimiento puede calcular la proporción cuerpo-ala como una proporción media entre una señal de ala y cuerpo. La señal de cuerpo se puede determinar como una señal de referencia 711 de un acontecimiento de detección que representa la dispersión del insecto con las alas cerradas, mientras que la señal de ala se puede determinar como los niveles de señal 712 en los picos en la dispersión.

La proporción de melanización se puede determinar como una proporción media entre las intensidades de señal de los dos canales registrados durante un acontecimiento de detección.

En base a respectivos conjuntos de uno o más de los atributos anteriores, asociados con una pluralidad de acontecimientos de detección de insectos, opcionalmente en combinación con otros parámetros, un sistema de procesamiento de datos puede calcular un índice de biodiversidad de insectos.

En general, los modos de realización del dispositivo de sensor de insectos descrito en el presente documento proporcionan un volumen de detección que es lo suficientemente grande para que el módulo detector observe una serie de insectos representativa de la densidad de población en el área. El volumen de detección también es lo suficientemente pequeño como para iluminarse de forma suficientemente uniforme para proporcionar una intensidad de señal alta en el sensor de imagen.

Además, los modos de realización del aparato descrito en el presente documento proporcionan tiempos de observación rápidos, por ejemplo, para detectar insectos de forma fiable incluso en situaciones de alta actividad de los insectos. Además, los modos de realización del aparato descrito en el presente documento proporcionan tiempos de observación lo suficientemente largos como para poder determinar de forma fiable los atributos de los insectos voladores.

Las FIGS. 6 y 7 ilustran ejemplos de volúmenes de detección. La FIG. La figura 6 muestra esquemáticamente un ejemplo de un volumen de detección troncocónico resultante de un módulo de iluminación que emite un haz de luz divergente con una sección transversal, en general, circular. La FIG. 7 ilustra esquemáticamente un ejemplo de un volumen de detección troncopiramidal.

Para calcular un índice exacto de biodiversidad de insectos es preferente que la actividad de los insectos registrada sea representativa del área en consideración. Para lograr esto, son preferentes estadísticas de conteo suficientemente altas.

Como se describe en el presente documento, algunos modos de realización del dispositivo de sensor de insectos descrito en el presente documento registran una o más series temporales de dispersión de luz de uno o más insectos en vuelo a una o más longitudes de onda de la luz. A partir de la serie temporal registrada, se puede calcular la frecuencia de aleteo y/o la proporción de dispersión del cuerpo y alas, respectivamente. Sin embargo, para obtener un resultado de detección fiable y exacto, la serie temporal registrada debe ser lo suficientemente larga como para que se produzcan múltiples aleteos. La frecuencia de aleteo de los insectos en vuelo abarca desde alrededor de 100 Hz hasta alrededor de 1000 Hz. Para obtener más de 10 aleteos, el tiempo que el insecto esté en el volumen de detección debe ser, en el peor de los casos, preferentemente más de 100 ms. De forma similar, una detección en base a trayectorias de vuelo registradas se facilita por tiempos de observación lo suficientemente largos como para registrar trayectorias de longitud suficiente.

Los modos de realización del dispositivo de sensor de insectos descrito en el presente documento emplean, por tanto, un volumen de detección conformado y dimensionado para permitir tiempos de observación suficientemente largos, incluso cuando el sensor se mueve en un área de tierra.

La extensión del volumen de detección en una dirección a lo largo de un eje óptico del módulo detector debe ser preferentemente más grande de 1 m, tal como más grande de 2 m, tal como más grande de 5 m para garantizar la probabilidad de que los insectos permanezcan dentro del volumen de detección durante un tiempo suficiente. Por ejemplo, la longitud del volumen de detección a lo largo del eje óptico del volumen del detector puede de menos de 100 m, tal como de menos de 50 m, tal como de menos de 20 m.

Además, como se analiza anteriormente, es preferente que el volumen de detección sea del orden de, o más grande que 1 m3, tal como más grande que 1 m3 Para lograr un volumen de detección de este tipo con un dispositivo de sensor de insectos pequeño y rentable, es preferente que el módulo de iluminación se configure cuidadosamente.

Los volúmenes de detección iluminados mostrados en las FIGS. 6 y 7 proporcionan ambos grandes volúmenes de detección en las proximidades del dispositivo de sensor de insectos, es decir, permiten mediciones representativas y locales.

Los volúmenes de detección mostrados en las FIGS. 6 y 7 representan un solapamiento entre un volumen iluminado, iluminado por un módulo de iluminación del dispositivo de sensor de insectos, y por un volumen detectable desde el que un detector del dispositivo de sensor de insectos recibe luz, es decir, el volumen detectable se puede definir por un campo de visión y profundidad de campo del detector. En un modo de realización, el módulo de iluminación comprende una o más fuentes de luz adecuadas, por ejemplo, uno o más LED de alta potencia, que emiten luz que diverge del módulo de iluminación para distribuir la luz en un gran volumen. En un modo de realización particular, el módulo de iluminación está configurado para emitir luz con un ángulo de divergencia completo en el plano horizontal que sea más grande de 5°, tal como más grande de 10°, tal como más grande de 20°, mientras que la divergencia vertical está limitada a ángulos más pequeños de 2°, tales como más pequeños de 5°. Es preferente este modo de realización, ya que, en consecuencia, el volumen de detección resultante se optimizará en el espacio justo por encima del dosel de vegetación. Además, en este modo de realización, la cantidad de luz que desaparece hacia arriba o hacia la vegetación es limitada.

Es preferente además que el módulo de iluminación esté configurado para dirigir la luz de iluminación a lo largo de un eje óptico central de la luz radiada (es decir, a lo largo de una dirección de iluminación) que apunte hacia arriba en un ángulo tal que elimine por completo la forma de luz que golpea el cultivo, por ejemplo, entre 1° y 30°, tal como entre 2° y 30°, tal como entre 5° y 20°.

En la FIG. 7 se ilustra un ejemplo de un volumen de detección resultante de un haz de iluminación divergente, en conformación de pastel y dirigido hacia arriba. En particular, la FIG. 7 ilustra una vista 3D del volumen de detección 150, así como una vista lateral y una vista superior del volumen de detección. En el ejemplo de la FIG. 7, la distancia dü entre la abertura del módulo detector y el comienzo del volumen de detección es de aproximadamente 1 m. La distancia d¹entre la abertura del módulo detector y el extremo más alejado del volumen de detección es de aproximadamente 10 m. El ángulo de divergencia Overtical del haz de luz divergente en la dirección vertical (ángulo completo) es de aproximadamente 4°, mientras que el ángulo de divergencia Ohorizontal en la dirección horizontal (ángulo completo) es de aproximadamente 20°. Sin embargo, se apreciará que otros modos de realización pueden tener diferente tamaño y/o conformación.

En general, cuando el volumen de detección se sitúa cerca del dispositivo de sensor de insectos, se facilita la iluminación eficaz del volumen de detección y la detección fiable de pequeños insectos. Por ejemplo, el delimitador del volumen de detección más cercano a una abertura del módulo detector puede estar entre 10 cm y 10 m de distancia de la abertura del módulo detector, tal como entre 10 cm y 5 m, tal como entre 10 cm y 2 m. El delimitador del volumen de detección más alejado de una abertura del módulo detector puede estar entre 3 m y 100 m de distancia de la abertura del módulo detector, tal como entre 5 m y 20 m, tal como entre 8 m y 12 m.

La FIG. 8 muestra un diagrama de flujo de un ejemplo de un procedimiento para determinar un índice de biodiversidad de insectos rociando insecticidas.

En la etapa S1 inicial, se proporciona un conjunto de dispositivos de sensor de insectos. En particular, los dispositivos de sensor de insectos se calibran y estandarizan de acuerdo con una referencia común como se describe en el presente documento.

Por ejemplo, el procedimiento de calibración puede incluir las siguientes etapas:

Se provoca que una pluralidad de objetos, por ejemplo, esferas, de respectivos colores se muevan en el volumen de detección, por ejemplo, dejando caer los objetos de modo que atraviesen el volumen de detección del dispositivo de sensor de insectos. Se registran las señales de sensor para cada uno de los objetos. Esto se repite una pluralidad de veces con objetos que se mueven en diferentes posiciones dentro del volumen de detección. Preferentemente, para cada posición, se registran señales de sensor para una pluralidad de movimientos de objetos, tal como al menos 100, tal como más de 500 movimientos de objetos que tengan diferentes colores. Las señales de sensor pueden representar intensidades detectadas (indicadas como I ai e Ia², respectivamente) a dos bandas de longitud de onda alrededor de las longitudes de onda A¹y A², respectivamente, como se describe en el presente documento. Para cada objeto, se calcula la proporción I^ai/(I^ai+ M u otra medida de la intensidad relativa detectada a las dos longitudes de onda. En un modo de realización, A¹= 808 nm y A²= 970 nm. En el caso de una matriz de sensores, tal como un detector de cuadrante, esto se puede realizar para cada área sensible a la luz de la matriz. La distribución de las proporciones detectadas se puede registrar (por ejemplo, para cada matriz sensible a la luz) y las señales de sensor se pueden ajustar por respectivas funciones de calibración para provocar que las distribuciones calibradas se ajusten a una distribución de referencia, por ejemplo, de modo que el pico de la distribución se localice en un valor de referencia común. Conociendo estas funciones de calibración, las proporciones de melanización observadas en insectos por diferentes dispositivos de sensor de insectos se pueden compensar para proporcionar resultados idénticos compensados para variaciones en el solapamiento espacial de las longitudes de onda y el solapamiento exacto de las dos longitudes de onda.

En la etapa S2, los sensores de insectos se emplean en un área geográfica para la que se va a calcular un índice de biodiversidad de insectos.

En la etapa S3, se registran datos de detector indicativos de los respectivos acontecimientos de detección de insectos y se calculan los atributos detectables ópticamente asociados. Esta etapa se puede repetir durante un periodo de tiempo predeterminado o hasta que se hayan obtenido suficientes datos.

En la etapa S4, se calcula un índice de biodiversidad en base a los datos de detector del conjunto de dispositivos de sensor de insectos. De nuevo, la obtención de datos y el cálculo de un índice de biodiversidad se pueden repetir, por ejemplo, para analizar un cambio de biodiversidad con el tiempo.

Ejemplo de cálculo de biodiversidad: procedimiento de varianza total

La biodiversidad de insectos se mide convencionalmente por una combinación de riqueza de especies (número de especies diferentes registradas en una muestra) y estadísticas de agregación, tal como el índice de biodiversidad de Simpson, que tiene en cuenta la abundancia relativa de especies.

Las FIGS. 9A y 9B muestran insectos obtenidos por procedimientos de instalación de trampas convencionales de dos campos con diferentes grados de biodiversidad. Las figuras muestran histogramas que representan el número de recuentos por especie para dos campos con diferentes grados de biodiversidad. La FIG. 9A muestra el número de recuentos para un campo con baja biodiversidad mientras que la FIG. 9B muestra los recuentos correspondientes para un campo con alta biodiversidad.

Los insectos se han clasificado taxonómicamente por un experto en el campo usando un microscopio. En el campo con baja biodiversidad, se identificaron un total de 14 especies de insectos diferentes, mientras que en el campo con alta biodiversidad se identificaron 25 especies de insectos diferentes durante el mismo periodo en las mismas trampas. Incluyendo los números relativos de cada especie, se puede calcular un índice de biodiversidad de Simpson de 0,635 para el campo con baja biodiversidad y de 0,828 para el campo con alta biodiversidad.

las FIGS. 10A y 10B muestran histogramas correspondientes de frecuencias de aleteo obtenidas para los dos campos por un dispositivo de sensor de insectos como se describe en el presente documento; La FIG. 10A muestra el número de recuentos para un campo con baja biodiversidad mientras que la FIG. 10B muestra los recuentos correspondientes para un campo con alta biodiversidad. A partir de la inspección visual, está claro que existen frecuencias de aleteo presentes en el campo con alta biodiversidad que no están presentes en el campo con baja biodiversidad, en particular, alrededor de las frecuencias más altas entre 200 Hz y 300 Hz.

Ambos campos tienen un pico dominante a 100 Hz, pero este pico es ligeramente menos dominante en el histograma de alta biodiversidad que en el histograma de baja biodiversidad.

Están disponibles histogramas similares con diferentes rasgos característicos de los insectos de campo, tales como proporción cuerpo/ala y melanización, y cada uno de estos y su combinación se pueden interpretar para proporcionar una imagen comparativa de la biodiversidad.

Algunos modos de realización del aparato descrito en el presente documento caracterizan, sin la necesidad de una identificación taxonómica de cada insecto detectado, la diversidad de insectos como una medida estadística calculada a partir de la distribución de atributos, tales como la frecuencia de aleteo.

La FIG. 11 muestra una predicción de biodiversidad calculada en base a datos de sensor para el campo con baja biodiversidad (izquierda) y el campo con alta biodiversidad (derecha).

En resumen, las ventajas de algunos o todos los modos de realización divulgados incluyen:

monitorización en tiempo real

la capacidad de detectar variaciones en la biodiversidad día a día, hora a hora e incluso minuto a minuto no condicionados, no se necesita el uso de feromonas u otros procedimientos de manipulación de la actividad de los insectos.

baratos y accesibles

libres de mano de obra y "laboratorio"

estandarizan el formato y obtención de datos

mejoran la capacidad de comparar mediciones de biodiversidad

el índice resultante puede contener más información

reducen el riesgo de error humano y sistemático

Se apreciará que los insectos varían mucho en tamaño y comportamiento. Los tamaños de los insectos pueden variar desde menos de un mm hasta unos pocos cm y los patrones de movimiento de los insectos pueden variar desde insectos parados, flotando, en el aire, hasta insectos que salten con trayectorias balísticas. Se ha descubierto que los modos de realización del aparato y dispositivo de sensor de insectos descritos en el presente documento son útiles para diversos tipos de insectos en el aire, incluyendo insectos voladores que tengan alas e insectos saltadores, tales como pulguilla del nabo saltadora, por ejemplo, pulguilla de la colza y el nabo (psylliodes chrysocephala).

Claims

REIVINDICACIONES

i. Un aparato (100) para determinar un índice de biodiversidad de insectos, que comprende:

una pluralidad de dispositivos de sensor óptico de insectos (120) configurados para situarse individualmente dentro de un área geográfica (300), cada dispositivo de sensor de insectos configurado para:

- monitorizar la actividad de los insectos dentro de un volumen de detección (150) que se extiende fuera del dispositivo de sensor de insectos detectando la luz del volumen de detección, y para

- emitir datos de detector indicativos de uno o más atributos detectados ópticamente asociados con los respectivos acontecimientos de detección de insectos detectados, siendo indicativo cada acontecimiento de detección de insectos de que uno o más insectos están presentes en el volumen de detección;

un sistema de procesamiento de datos (200) acoplado en comunicación a la pluralidad de dispositivos de sensor óptico de insectos y configurado para:

- recibir datos de detector de los respectivos de la pluralidad de dispositivos de sensor óptico de insectos, siendo indicativos los datos de detector de uno o más atributos detectados ópticamente asociados con los respectivos acontecimientos de detección de insectos detectados, y para

- calcular, a partir de los datos de detector recibidos, un índice de biodiversidad de insectos indicativo de la biodiversidad de insectos dentro del área geográfica.
2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los acontecimientos de detección de insectos detectados están taxonómicamente no clasificados y en el que el sistema de procesamiento de datos está configurado para calcular el índice de biodiversidad de insectos directamente a partir de los atributos detectados ópticamente asociados con los acontecimientos de detección taxonómicamente no clasificados.
3. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el sistema de procesamiento de datos está configurado para calcular el índice de biodiversidad de insectos como una medida de la variabilidad de los atributos detectados ópticamente asociados con los respectivos acontecimientos de detección de insectos detectados.
4. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el sistema de procesamiento de datos está configurado para calcular la medida de la variabilidad realizando un análisis estadístico de los atributos detectados ópticamente, en particular, un análisis multivariante, asociado con los respectivos acontecimientos de detección de insectos detectados.
5. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el sistema de procesamiento de datos está configurado para calcular la medida de la variabilidad al menos realizando un agrupamiento de los acontecimientos de detección de insectos detectados de acuerdo con al menos los atributos detectados ópticamente asociados con los respectivos acontecimientos de detección de insectos detectados.
6. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que el sistema de procesamiento de datos está configurado para calcular el índice de biodiversidad de insectos en base a un modelo matemático, en particular, un modelo de aprendizaje automático entrenado por aprendizaje supervisado, que cartografía directamente los atributos detectados ópticamente asociados con los respectivos acontecimientos de detección de insectos detectados con respecto a un índice de biodiversidad de insectos.
7. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada dispositivo de sensor de insectos de la pluralidad de dispositivos de sensor de insectos se calibra en base a una referencia de detector común.
8. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada dispositivo de sensor de insectos está configurado para emitir datos de detector calibrado, calibrados al menos en base a un conjunto de datos de detectividad específica de longitud de onda indicativos de una detectividad específica de longitud de onda de cada dispositivo de sensor de insectos con respecto a uno o más objetos de calibración predeterminados dentro del volumen de detección a respectivas longitudes de onda.
9. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los atributos detectados ópticamente incluyen uno o más atributos elegidos de:

- una trayectoria de movimiento detectada de un insecto dentro del volumen de detección;

- una velocidad de movimiento detectada de un insecto dentro del volumen de detección;

- una o más frecuencias de aleteo detectadas;

- una proporción de melanización;

- un brillo de insecto.
10. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende uno o más dispositivos de sensor ambiental (180) para detectar datos ambientales indicativos de una condición ambiental del área geográfica; y en el que el sistema de procesamiento de datos está configurado para recibir los datos ambientales y para calcular el índice de biodiversidad de insectos a partir de los datos de detector recibidos y de los datos ambientales detectados.