專利名稱：一種倉儲害蟲發生信息實時監測方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及針對糧食倉儲害蟲的監測技術，特指利用嗅覺可視化技術監測害蟲的信息素發生狀況的方法及系統。
背景技術：
糧食收購一般正值夏季高溫期，是害蟲最容易發生發展的時期，因此，新入倉的糧食普遍帶有害蟲，特別是隱蔽性害蟲。害蟲在糧食入倉初期發生數量較少，危害不大，但到達一定時間段后，害蟲的種群則會迅速繁殖發展(依照邏輯斯蒂克公式)，相應的危害量也急劇增加。在中國的中部，在適宜的條件下，入倉三個月的且未進行任何害蟲治理措施的糧食重量損失可達11. 25%，6個月則高達35. 12%。對于入倉時間較長的糧食，由于害蟲防治時熏蒸需要密閉及散氣，不適合繼續入糧，所以害蟲防治過早會給后期入糧造成較大的不便，而防治太遲則使糧食遭受重大損失，因此，最好在害蟲大規模繁殖之前這ー合適的時機采取防治措施。目前，對入倉糧食害蟲的防治時機通常根據工作人員的經驗來判斷，其缺陷·是對正確的防治時機的判斷很難把握，導致糧食儲藏的安全隱患。糧倉內害蟲的最佳防治時機，即害蟲繁殖的高峰期前，害蟲在繁殖交配之前，雌蟲會向雄蟲發出信息素，使得雄蟲得以尋找到雌蟲并交配繁殖。在害蟲繁殖高峰期前，倉庫中即有大量雌蟲發出的信息素，如能采用合宜方法對害蟲的信息素進行監測，即能獲取害蟲發生狀況，把握合理的防治時機對害蟲進行綜合治理。目前，有采用氣相色譜法和其它儀器分析法對害蟲信息素氣體成分和含量的檢測分析，但這些方法的實施需要對樣品進行前處理，實驗耗時比較長，主要應用在實驗室研究中，并不能應用于糧庫實時檢測分析害蟲的信息素。因此，糧食儲藏迫切需求ー種快速、客觀、可實時檢測和分析害蟲活動狀況的監測方法。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有糧食倉儲過程中的害蟲發生狀況監測和防治時機無法選擇的問題，提供一種基于嗅覺可視化技術的倉儲害蟲發生信息實時監測的方法及系統，可采集并分析各種主要害蟲雌蟲發生的信息素，并可快速、客觀、可靠地監測糧食倉儲害蟲發生繁殖狀況。本發明倉儲害蟲發生信息實時監測系統采用的技術方案是該系統包括若干個氣體采集室、氣體反應室和計算機，若干個氣體采集室分散放置在糧倉的信息素監測區域內，每個氣體采集室的出口處均通過氣流導管匯集后連接微型泵的輸入端，微型泵的輸出端通過氣流導管連接氣體反應室；氣體反應室內腔中固定設置嗅覺可視化傳感器和攝像頭，嗅覺可視化傳感器由傳感器底板和固定在傳感器底板上表面的嗅覺可視化傳感器陣列組成，攝像頭位于嗅覺可視化傳感器陣列的正面；攝像頭通過信號線連接圖像采集卡，圖像采集卡連接計算機，圖像采集卡和計算機位于氣體反應室外部。本發明倉儲害蟲發生信息實時監測系統的監測方法采用的技術方案包括如下步驟A、通過常規經驗知識確定需要監測信息素發生狀況的幾種主要害蟲，確定這些害蟲雌蟲散發信息素成分和濃度；選擇對這些信息素敏感的色敏材料制成嗅覺可視化傳感器；B、通過計算機獲取嗅覺可視化傳感器陣列在純凈空氣中各個色敏材料的信息，作為基準顏色信息；C、開啟微型泵使各個氣體采集室采集糧倉內的氣體，當氣體反應室內氣體成分和濃度發生變化時，嗅覺可視化傳感器陣列的氣體色敏材料顏色即發生變化；計算機獲取變化后的顏色圖像，將變化后的顏色信息的RGB像素值減去所述基準顏色信息的RGB像素值，得到反應前后的顏色變化值；D、當顏色變化值超過預設的閾值時，計算機將每一個顏色變化值轉化為相應的信號值，將各個信號值相融合得到與儲糧害蟲揮發出信息素成分和濃度相關的嗅覺可視化傳感器信號響應特征矩陣，對信號響應特征矩陣進行主成分分析，選取主成分特征向量，將主成分特征向量與步驟A中已確定的儲糧害蟲信息素成分和濃度一起建立偏最小二乘回歸模型；E、實測害蟲信息素時，根據所述偏最小二乘回歸模型得到害蟲信息素濃度值。本發明的有益效果是
I、本發明利用嗅覺可視化監測倉庫中害蟲發生狀況，即通過可視化傳感器陣列顏色信息的變化，判斷糧倉中發生的主要害蟲散發的信息素濃度，可快速、智能地檢測害蟲信息素的發生狀況，以此判別害蟲的交配狀況，不用進糧倉，在倉外即可了解糧倉內的主要害蟲發生信息，從而可選擇合適的防治時機，為把握害蟲的合理防治時機提供重要參考。2、本發明提供了柔性技術，可根據糧倉內發生的主要害蟲確定雌蟲的信息素成分，選擇相應靈敏度強的色敏材料，制作高靈敏度、專一性的嗅覺可視化傳感器陣列。此外，還可以根據糧倉內害蟲取食和呼吸發出的氣體及糧食霉變發出的氣體，更換嗅覺可視化傳感器陣列，實時監測倉內糧食的信息。下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。
圖I是本發明倉儲害蟲發生信息實時監測系統的結構框架 圖中1.氣體采集室；2.過濾網；3.氣流導管；4.傳感器底板；5.嗅覺可視化傳感器陣列；6.氣體反應室；7.微型泵；8.攝像頭；9.圖像采集卡；10.計算機。圖2是本發明倉儲害蟲發生信息實時監測系統的檢測流程圖。
具體實施例方式如圖I所示的本發明的倉儲害蟲發生信息實時監測系統，該系統包括氣體采集室
I、氣體反應室6和計算機10，氣體采集室I有若干個，若干個氣體采集室I分散放置在糧倉的信息素監測區域內，每個氣體采集室I的出口處均通過氣流導管3匯集后連接微型泵7的輸入端。在每個氣體采集室I的出口處均封有一個過濾網2，這樣各種氣體可以經過濾網2后再進入氣流導管3，而小麥麥粒及灰塵等雜質則被阻擋在外，從而保證了氣流導管3中氣體順暢運行。微型泵7的輸出端通過氣流導管3連接氣體反應室6，在氣體反應室6內 腔中固定設置嗅覺可視化傳感器和攝像頭8，嗅覺可視化傳感器由傳感器底板4和嗅覺可視化傳感器陣列5組成，嗅覺可視化傳感器陣列5固定布置在傳感器底板4上表面，攝像頭8位于嗅覺可視化傳感器陣列5的正面，面對著嗅覺可視化傳感器陣列5，可對嗅覺可視化傳感器陣列5進行攝像。攝像頭8通過信號線連接圖像采集卡9，圖像采集卡9連接計算機10，圖像采集卡9和計算機10位于氣體反應室6外部。采用圖I所示的系統監測時，先是通過常規經驗知識獲取糧倉中發生的害蟲種類及害蟲的取食危害狀況信息，檢測分析糧倉中的害蟲發生危害情況，確定需要監測信息素發生狀況的幾種主要害蟲，并進ー步確定這些害蟲雌蟲散發信息素的成分。例如，通過常規知識得知，糧食倉庫在春夏季節發生的儲糧害蟲有玉米象、米象、谷蠹、赤擬谷盜及鋸谷盜等；根據相關文獻查詢檢測這些害蟲的信息素成分，如從文獻查知玉米象的信息素成分為5-羥基-4-甲基-3-庚酮。或者根據常規的化學分析方法(通常為氣相色譜法)獲取各種儲糧害蟲的信息素成分和濃度，建立害蟲信息素數據庫，可確定各種糧庫在不同時期發生的儲糧害蟲信息素，為下一次分析提供基礎。根據主要害蟲的信息素成分，選擇對這些成分敏感的色敏材料并制作嗅覺可視化傳感器。例如包括23種金屬卟啉化合物和3種有機弱酸堿指示劑(甲基橙、甲基紅、酚酞))作為備選的色敏傳感器材料；然后根據倉儲中發生的害蟲及信息素數據庫中相應的信息素成分，對這批備選色敏材料進行篩選，從中選擇3-5個對所要檢測害蟲信息素敏感的氣體色敏材料；再針對所選擇的每種氣體色敏材料選擇相應的有機溶剤，將氣體色敏材料以ー定的濃度溶解在有機溶劑中，并通過疏水性白色穩定劑將溶解有選用氣體色敏材料的有機溶劑固定在傳感器底板4上，各自排列并沉積，干燥有機溶劑后即得到嗅覺可視化傳感器陣列5，然后將制作好的嗅覺可視化傳感器安裝到本發明倉儲害蟲發生信息實時監測系統中的氣體反應室6中。通過攝像頭8獲取嗅覺可視化傳感器陣列5的圖像，圖像信號經圖像采集卡9傳送到計算機10，計算機10首先獲取嗅覺可視化傳感器陣列5在純凈空氣中各個色敏材料的圖像信息，作為基準顔色信息。然后，開啟微型泵7工作，使各個氣體采集室I工作，以采集糧倉內的氣體，微型泵7不斷地通過氣流導管3將氣體采集室I內的氣體引導到氣體反應室6內的嗅覺可視化傳感器陣列5上，當氣體反應室6內氣體成分及濃度發生變化時，嗅覺可視化傳感器陣列5的氣體色敏材料顔色與即發生了變化，攝像頭8即捕獲變化后的氣體色敏材料的顏色圖像，并將光信號轉化為模擬電信號輸送至圖像采集卡9，圖像采集卡9將電信號轉換為數字信號(即完成A/D轉換)后輸送至計算機10中，計算機10即獲取變化后的各個色敏材料的顔色信息。計算機10內置圖像采集和處理程序、信號分析和模式識別程序等，將變化后的色敏材料中顔色信息的RGB (即紅、綠、藍)像素值減去基準顔色信息的RGB像素值，得到反應前后的顏色變化值(AR、AG、Λ B)，當各個色敏材料的顏色變化值超過預設的閾值吋，計算機10對其進行處理，對各個色敏材料的區域進行標定，計算每ー個色敏材料的RGB分量顏色變化值并轉化為相應的信號值，將嗅覺可視化傳感器中各個色敏材料所獲取的信號值相融合，即得到與儲糧害蟲揮發出信息素成分和濃度相關的嗅覺可視化傳感器信號響應特征矩陣。對嗅覺可視化傳感器所獲取的信號響應特征矩陣進行主成分分析提取信號特征信息，選取貢獻率較高(85%以上)的前幾個主成分特征向量，將前幾個主成分特征向量與上述常規的氣相色譜法已確定的儲糧害蟲信息素成分和濃度建立一起偏最小ニ乘回歸模型這ー多變量分析數學模型，即信息素濃度檢測模型。當實測害蟲信息素時，只需要通過上述步驟采集嗅覺可視化傳感器信號，根據所 建立的偏最小ニ乘回歸模型對嗅覺可視化傳感器顏色變化分析，則可得到害蟲信息素濃度值，在常規情況下，儲糧害蟲信息素濃度會維持一個相對較低的狀況，當所建立模型預測 到害蟲信息素濃度在快速增長時，即增長為常規濃度2倍以上，且持續快速增長，即為需要對糧倉中發生害蟲進行防治的時機，系統即報警通知相關的管理人員，對糧倉內的害蟲進行治理。
權利要求
1.一種倉儲害蟲發生信息實時監測系統，其特征是該系統包括若干個氣體采集室、氣體反應室和計算機，若干個氣體采集室分散放置在糧倉的信息素監測區域內，每個氣體采集室的出口處均通過氣流導管匯集后連接微型泵的輸入端，微型泵的輸出端通過氣流導管連接氣體反應室；氣體反應室內腔中固定設置嗅覺可視化傳感器和攝像頭，嗅覺可視化傳感器由傳感器底板和固定在傳感器底板上表面的嗅覺可視化傳感器陣列組成，攝像頭位于嗅覺可視化傳感器陣列的正面；攝像頭通過信號線連接圖像采集卡，圖像采集卡連接計算機，圖像采集卡和計算機位于氣體反應室外部。
2.根據權利要求I所述的一種倉儲害蟲發生信息實時監測系統，其特征是每個氣體采集室的出口處均封有一個過濾網。
3.—種如權利要求I所述倉儲害蟲發生信息實時監測系統的監測方法，其特征是包括如下步驟 A、通過常規經驗知識確定需要監測信息素發生狀況的幾種主要害蟲，確定這些害蟲雌蟲散發信息素成分和濃度；選擇對這些信息素敏感的色敏材料制成嗅覺可視化傳感器； B、通過計算機獲取嗅覺可視化傳感器陣列在純凈空氣中各個色敏材料的信息，作為基準顏色信息； C、開啟微型泵使各個氣體采集室采集糧倉內的氣體，當氣體反應室內氣體成分和濃度發生變化時，嗅覺可視化傳感器陣列的氣體色敏材料顏色即發生變化；計算機獲取變化后的顏色圖像，將變化后的顏色信息的RGB像素值減去所述基準顏色信息的RGB像素值，得到反應前后的顏色變化值； D、當顏色變化值超過預設的閾值時，計算機將每一個顏色變化值轉化為相應的信號值，將各個信號值相融合得到與儲糧害蟲揮發出信息素成分和濃度相關的嗅覺可視化傳感器信號響應特征矩陣，對信號響應特征矩陣進行主成分分析，選取主成分特征向量，將主成分特征向量與步驟A中已確定的儲糧害蟲信息素成分和濃度一起建立偏最小二乘回歸模型； E、實測害蟲信息素時，根據所述偏最小二乘回歸模型得到害蟲信息素濃度值。
全文摘要
本發明公開一種針對糧食倉儲害蟲發生信息實時監測方法及系統，若干個氣體采集室分散放置在糧倉的信息素監測區域內，氣體反應室內腔中固定設置嗅覺可視化傳感器和攝像頭，通過常規經驗知識確定害蟲雌蟲散發信息素成分和濃度，選擇敏感的色敏材料制成嗅覺可視化傳感器；將變化后的顏色信息的RGB像素值減去純凈空氣中RGB像素值得到顏色變化值；當變化值超過預設閾值時將每個變化值轉化為相應的信號值得到信號響應特征矩陣，選取主成分特征向量，與已確定的信息素成分和濃度一起建立偏最小二乘回歸模型；實測害蟲信息素時根據模型即得到害蟲信息素濃度值，以此在倉外即可了解糧倉內的主要害蟲發生信息，從而選擇合適的防治時機。
文檔編號G01N21/78GK102706870SQ20121018864
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月11日 優先權日2012年6月11日
發明者孫力, 林顥, 畢夏坤, 趙杰文, 陳全勝 申請人:江蘇大學