一种利用挥发物的农作物虫害诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种利用挥发物的农作物虫害诊断方法。它的步骤如下：l）将待测农作物苗盛放在静态顶空采样器中，静置；2）将静态顶空采样器的顶空气体导入电子鼻传感器阵列反应室内，传感器阵列与顶空气体发生反应得到响应信号；传感器响应信号是传感器接触到顶空气体后的电阻与传感器在经过洁净空气时的电阻的比值；3)提取第60s电子鼻信号作为特征数据，使用主成分分析和线性判别分析方法对农作物虫害特征数据进行特征分析；4)采用逐步判别分析和人工神经网络建立传感器响应信号与农作物样品虫害程度之间关系的数学模型。本发明专利技术克服现有农作物虫害检测技术的缺陷，检测方法简单、操作容易、时间短、精度高、能较准确地检测农作物受虫害的程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农作物生长期虫害检测技术，特别涉及，专利技术了农作物挥发物的静态采样装置，以及使用电子鼻虫害检测新方法。
技术介绍
农作物在生长期阶段会受到害虫严重危害，虫害是导致农作物减产的重要原因。 在农作物虫害的防治体系中，虫害的诊断至今为薄弱环节，如何农作物虫危害进行快速准确的判断是制定正确防范措施、降低虫害发生率、保证农业增产的重要前提。通常使用的农作物虫害的诊断方法是田间观察法，通过有经验的生产者或植保专家在田间对农作物颜色、叶片萎蔫或卷曲程度、单位面积上叶片或冠层受害比例等农作物形态、生理指标地观察，然后判定农作物受虫害胁迫的程度、等级。这种依靠人力在田间观察，从而获取病虫害灾情的方法不仅费时费力，且准确度不高，更重要的是受到观察者自身经验的影响。近年来，有几种虫害机器检测和监测技术的报道。主要包括以下几种1、声特征检测法其原理是通过拾音器获取害虫的爬行声、飞翔声、打斗声、吃食声、鸣叫声等声音电信号，经过信号放大和滤波降噪处理后，把害虫的声频率与环境的声频率分开，得到害虫的声频谱，利用声频谱估计害虫的种类和数量级。这种方法的缺点是害虫的声信号较弱且在检测过程中易受传感器噪声、环境噪音等方面的干扰，致使有用信号经常被淹没，在分辨复合种类、多数量害虫的声信息等方面还很困难。2、图像识别法通过对已获取的植株图像进行处理，确定害虫的位置、密度、种类等特征。这种方法的缺点是只适合检测静态(昆虫样本)的样本，对于田间所采集的动态图像处理和分析将更复杂，处理速度慢。3、雷达观测法主要用于迁飞性害虫的监测。迁飞性害虫通常在高空远距离迁移，人力无法直接进行观测，给虫害预报带来很大难度，昆虫雷达为迁飞性害虫的观测提供了强有力的工具。这种方法的缺点是昆虫雷达的监测成本过高，难以实施长期不间断的观测，难以满足对害虫进行田间在线精准检测的需要。4、光谱监测法其原理是农作物受害虫侵染后，其外部形态和生理效应发生变化，受害农作物的光谱特性与健康农作物的光谱特性相比，某些特征波段的值会发生不同程度的变化。利用农作物受害后光谱特性的变异信息，可以监测农作物虫害的发生程度及趋势。这种方法的缺点是由于害虫的隐蔽性和迁移性，在田间对害虫虫体的直接检测较困难，目前光谱监测法的研究多集中在储藏农产品虫害方面。5、遥感技术在不直接接触目标物体的情况下，远距离接收目标物体的反射或辐射光谱以得到相关的光谱数据与图像，从而通过分析和反演获知目标地物的有关信息。 农作物受到虫害后，其内部成分会发生轻微的变化，突出的表现是叶绿素含量减少，受到重度虫害后，大片的农作物会发黄变色，根据这个特点可以从遥感解译图像上进行区分。这种方法的缺点是只适用于大范围的虫害监测，并且精度不高。现有农作物虫害的机器检测技术，其出发点大都是结合害虫的特征如(声学特性、 外形特征)进行研究，而很少有结合农作物自身的特点来进行研究，很少有利用农作物挥发物的进行水稻虫害检测的报道，更没有关于农作物挥发物提取的静态采样装置的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有农作物虫害检测技术的缺陷，提供。本专利技术根据农作物在受到害虫危害后后会产生特异性的挥发物，使用电子鼻检测这种农作物产生的特异性挥发物可以判断农作物受害的情况。本专利技术的检测方法简单、容易操作、检测时间短、精度高、能较准确地检测农作物有无虫害和受虫害的程度。利用挥发物的农作物虫害诊断方法的步骤如下1)采用静态顶空采样装置对生长期的农作物样品进行处理，所述静态顶空采样装置包括顺次连接的空气过滤器、活性碳、特氟隆管、静态顶空采样器；把农作物苗放置在静态顶空采样器中，将经过滤后的洁净空气充满静态顶空采样器后进行密封，农作物在静态顶空采样器中放置15 20min后使用农作物虫害检测的电子鼻系统进行采样，所述农作物虫害检测的电子鼻系统包括顺次连接的静态顶空采样器、电子鼻、计算机，电子鼻包括传感器阵列反应室、第一气泵、第二气泵、标准气体；传感器阵列反应室一端分别与第一气泵、标准气体相连，传感器阵列反应室另一端与第二气泵相连；2)对静态顶空采样器的农作物顶空气体进行采样，将静态顶空采样器的顶空气体导入电子鼻传感器阵列反应室内，采样时间为70 s，获取传感器阵列与顶空气体发生反应得到的响应信号；传感器阵列响应信号是传感器阵列接触到顶空气体后的电导率G与传感器阵列在经过洁净空气时的电导率的比值，即S = G/(V用计算机对得到的响应信号进行分析；3)提取第60s电子鼻信号作为特征数据，使用主成分分析和线性判别分析方法对农作物虫害特征数据进行特征分析；4)采用逐步判别分析和人工神经网络建立传感器响应信号与农作物样品虫害程度之间关系的数学模型。所述的步骤1)为将待测农作物苗盛放在静态取样采样器中，在密封板未密封时开启空气泵，泵的流量控制在2L/min，充入经过滤的空气，时间为aiiin;然后将密封板和进气口密封好，静置一段15 20min后待测。所述的步骤2)为顶空气体由农作物样品挥发物气体在静态顶空采样器形成；在第一气泵关闭情况下打开第二气泵，将静态顶空采样器的顶空气体导入电子鼻传感器阵列反应室内，使用的电子鼻其传感器阵列由10个金属氧化物传感器组成，每个传感器每1 S 采集一次数据，采样时，样品气体通过电子鼻第二气泵以400 ml/min的速率被吸附到传感器通道中，经过传感器阵列后由出口排出。所述的步骤3)为原始数据为10个传感器第60 s的响应信号，即一个10维向量，利用主成分分析和线性判别分析对这个10维向量进行特征选择和特征提取，针对有无虫害、不同程度虫害的农作物进行分析。所述的步骤4)为使用逐步判别分析BP神经网络建立电子鼻响应信号与农作物样品虫害程度之间关系的数学模型，将每组不同受害程度的农作物样品随机抽取分别作为训练集和预测集，使用训练集进行建模，用模型对预测集进行测试。用电子鼻传感器第60s 响应信号作为为特征值作为BP神经网络的输入，建立一个三层的BP神经网络结构，虫害数量作为网络的输出。本专利技术克服了人为虫害灾情观察的费时费力、准确度不高的情况，排除了人为主观因素的干扰，提供了一种通过挥发物综合信息来评价农作物虫害的新方法。附图说明图1为本专利技术的农作物虫害检测的电子鼻系统结构示意图； 图2(a)为本专利技术的静态顶空采样装置结构示意图2(b)为本专利技术的密封板的示意图3(a)为电子鼻传感器对水稻受40头虫害池后挥发物的响应特性； 图3(b)为电子鼻传感器对未受害水稻挥发物的响应特性； 图4(a)为受虫害2小时后的水稻主成分分析(PCA)的区分结果； 图4(b)为受虫害2小时后的水稻线性判别分析(LDA)的区分结果； 图5(a)为受虫害6小时后的水稻主成分分析(PCA)的区分结果； 图5(b)为受虫害6小时后的水稻线性判别分析(LDA)的区分结果； 图6(a)为受虫害12小时后的水稻主成分分析(PCA)的区分结果； 图6(b)为受虫害12小时后的水稻线性判别分析(LDA)的区分结果； 图7 (a)为BP神经网络模型对水稻受虫害池后的预测值和实际值； 图7 (b)为BP神经网络模型对水稻受虫害他后的预测值和实际值； 图7(c)为BP神经网络模型对水稻受虫害1 后的预测值和实际值； 图中，静态顶空采样器1、进气口 1. 1、玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
；４）采用逐步判别分析和人工神经网络建立传感器响应信号与农作物样品虫害程度之间关系的数学模型。感器阵列接触到顶空气体后的电导率Ｇ与传感器阵列在经过洁净空气时的电导率Ｇ０的比值，即Ｓ　＝　Ｇ／Ｇ０，用计算机对得到的响应信号进行分析；３）提取第６０ｓ电子鼻信号作为特征数据，使用主成分分析和线性判别分析方法对农作物虫害特征数据进行特征分析与第二气泵（２．３）相连；２）对静态顶空采样器（１）的农作物顶空气体进行采样，将静态顶空采样器（１）的顶空气体导入电子鼻传感器阵列反应室（２．１）内，采样时间为７０　ｓ，获取传感器阵列与顶空气体发生反应得到的响应信号；传感器阵列响应信号是传鼻（２）、计算机（３），电子鼻（２）包括传感器阵列反应室（２．１）、第一气泵（２．２）、第二气泵（２．３）、标准气体（２．４）；传感器阵列反应室（２．１）一端分别与第一气泵（２．２）、标准气体（２．４）相连，传感器阵列反应室（２．１）另一端态顶空采样器（１）中，将经过滤后的洁净空气充满静态顶空采样器（１）后进行密封，农作物在静态顶空采样器（１）中放置１５－２０ｍｉｎ后使用农作物虫害检测的电子鼻系统进行采样，所述农作物虫害检测的电子鼻系统包括顺次连接的静态顶空采样器（１）、电子１．一种利用挥发物的农作物虫害诊断方法，其特征在于它的步骤如下：１）采用静态顶空采样装置对生长期的农作物样品进行处理，所述静态顶空采样装置包括顺次连接的空气过滤器（４）、活性碳（５）、特氟隆管（６）、静态顶空采样器（１）；把农作物苗放置在静...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，周博，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86