本發(fā)明涉及昆蟲探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種遷飛昆蟲空中監(jiān)測(cè)識(shí)別方法及裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的研究表明，自然界中許多種類的昆蟲存在遷飛現(xiàn)象。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，遷飛昆蟲有助于農(nóng)作物授粉，但遷飛性害蟲破壞農(nóng)作物生長(zhǎng)，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。為此，人們研究遷飛昆蟲監(jiān)測(cè)技術(shù)，以便根據(jù)蟲情信息及時(shí)采取防治措施，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失。為了直接觀測(cè)識(shí)別昆蟲的類型，研究昆蟲的遷飛習(xí)性，通常使用系留氣球或風(fēng)箏拖帶空中捕蟲網(wǎng)來捕捉飛蟲，獲取昆蟲類型、數(shù)量、密度等實(shí)測(cè)信息。但這種方法對(duì)于低密度昆蟲，捕捉到的機(jī)率較小，采樣數(shù)據(jù)樣本較少，采樣效率較低。地面燈誘法可以作為一種輔助識(shí)別昆蟲的方法。但其燈光照射的高度有限，比較容易捕捉近地面的飛行昆蟲，很難捕捉到高空遷飛的昆蟲，并且這種方法也難以直接獲得昆蟲的飛行高度信息。近年來昆蟲雷達(dá)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展。該研究領(lǐng)域發(fā)展了一系列不同波長(zhǎng)(x波段、ka波段等)、不同體制(垂直波束、單天線掃描等)的昆蟲雷達(dá)，用來獲取觀測(cè)區(qū)域內(nèi)遷飛昆蟲回波圖像。昆蟲雷達(dá)可以長(zhǎng)期系統(tǒng)地監(jiān)測(cè)遷飛昆蟲，其遙感數(shù)據(jù)具有很高的時(shí)空分辨率，已成為遷飛昆蟲研究領(lǐng)域強(qiáng)有力的監(jiān)測(cè)工具。遷飛昆蟲種類的判別是雷達(dá)圖像分析的難點(diǎn)之一。盡管國(guó)內(nèi)外昆蟲雷達(dá)學(xué)家一直努力提高昆蟲雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別能力，在雷達(dá)回波中提取目標(biāo)昆蟲的體型、振翅頻率等信息，但是體型相近的昆蟲可能屬于不同種類。因此，實(shí)證資料的獲取顯得非常重要。在雷達(dá)遙感觀測(cè)的同時(shí)，如能獲取高空實(shí)測(cè)資料，對(duì)于深入理解昆蟲雷達(dá)回波圖像、提取遷飛昆蟲參數(shù)，特別是對(duì)遷飛昆蟲種類的判別具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有遷飛昆蟲直接監(jiān)測(cè)識(shí)別方法存在的問題，以及昆蟲雷達(dá)遙感觀測(cè)存在的判別昆蟲種類難題，提供一種在空中直接實(shí)時(shí)觀測(cè)識(shí)別遷飛昆蟲種類的方法，并且提供一種利用該方法在空中直接觀測(cè)識(shí)別遷飛昆蟲的裝置。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種遷飛昆蟲空中監(jiān)測(cè)識(shí)別裝置，包括：

一個(gè)用于搭載觀測(cè)裝置的飛行平臺(tái)；

飛行平臺(tái)下面安裝有連接固定桿；

連接固定桿之間安裝有為監(jiān)測(cè)識(shí)別裝置提供電能的儲(chǔ)能模塊；

連接固定桿下面安裝有視角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，視角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由方位和俯仰兩個(gè)維度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，每個(gè)調(diào)節(jié)維度機(jī)構(gòu)包括匯流環(huán)、電機(jī)和齒輪向；

視角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上安裝具有運(yùn)動(dòng)防抖性能的可見光攝像機(jī)和紅外線攝像機(jī)；

提供監(jiān)測(cè)高度、位置、環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)的gps及溫濕度傳感器；

將可見光和紅外兩路監(jiān)測(cè)圖像及傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸回地面的無線傳輸模塊及天線；

采集傳感器數(shù)據(jù)和視頻圖像、收發(fā)數(shù)據(jù)和完成系統(tǒng)控制的主控電路模塊。

作為優(yōu)選，所述飛行平臺(tái)可根據(jù)實(shí)際飛行高度需求選用無人機(jī)或系留氣球，無人機(jī)可以選用多旋翼航拍飛行器，系留氣球球內(nèi)充有氦氣，利用浮力和系纜拉力維持懸停狀態(tài)。

作為優(yōu)選，所述無線信號(hào)傳輸模塊采用cypresswirelessusbnx片上射頻系統(tǒng)和功率放大器件，工作在2.4ghz頻段，信號(hào)傳輸距離達(dá)到2km。

作為優(yōu)選，所述主控電路模塊采用arm11系列s3c6410嵌入式處理器，管理整機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制、傳感器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、電源管理等功能。

一種采用上述裝置的遷飛昆蟲空中監(jiān)測(cè)識(shí)別方法，包括如下步驟：

步驟1：根據(jù)現(xiàn)有資料，建立遷飛昆蟲類型、遷飛高度、遷飛季節(jié)、遷飛時(shí)間、觀測(cè)地點(diǎn)、氣象條件等典型參數(shù)的遷飛昆蟲參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，確定各參數(shù)典型值或其區(qū)間范圍。利用現(xiàn)有的遷飛昆蟲基本參數(shù)，可以確定觀測(cè)時(shí)間和地點(diǎn)、以及觀測(cè)高度。

步驟2：根據(jù)現(xiàn)有圖像資料，建立昆蟲種類圖像數(shù)據(jù)庫(kù)。圖像數(shù)據(jù)庫(kù)為識(shí)別遷飛昆蟲種類提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

步驟3：確定需要觀測(cè)的昆蟲類型，根據(jù)其遷飛氣象條件、遷飛季節(jié)及時(shí)間選定合適的觀測(cè)時(shí)機(jī)和地點(diǎn)。

步驟4：確定觀測(cè)高度，可以根據(jù)該類型昆蟲通常遷飛的高度來定。如果有昆蟲雷達(dá)同步觀測(cè)，可以根據(jù)雷達(dá)觀測(cè)獲得的昆蟲回波圖像指示高度來確定。

步驟5：利用系留氣球搭載監(jiān)測(cè)裝置至遷飛高度，根據(jù)觀測(cè)環(huán)境調(diào)節(jié)攜帶相機(jī)的快門時(shí)間、感光度等參數(shù)，拍攝該高度處的視頻圖像；利用攜帶的傳感器監(jiān)測(cè)高空氣象環(huán)境數(shù)據(jù)。

步驟6：將視頻圖像和環(huán)境數(shù)據(jù)無線實(shí)時(shí)傳輸至地面，在軟件端可以進(jìn)一步調(diào)整觀測(cè)位置和觀測(cè)視角，將指令無線發(fā)送至空中監(jiān)測(cè)裝置。

步驟7：利用圖像處理技術(shù)提取圖像上目標(biāo)形態(tài)特征，比對(duì)昆蟲圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，識(shí)別出可能存在的遷飛昆蟲類型。對(duì)時(shí)間序列的圖像進(jìn)一步處理，估計(jì)昆蟲運(yùn)動(dòng)參數(shù)、蟲群密度等信息。

作為優(yōu)選，所述步驟7包括以下步驟：

步驟7-1：昆蟲圖像預(yù)處理。通常高空拍攝的視頻圖像受復(fù)雜多變的環(huán)境影響，光照條件、拍攝平臺(tái)晃動(dòng)、拍攝角度等因素導(dǎo)致圖像質(zhì)量問題。因此需要對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括圖像增強(qiáng)、目標(biāo)區(qū)域分割、目標(biāo)邊緣檢測(cè)等操作。

步驟7-2：提取昆蟲圖像特征參數(shù)，如似圓度、偏心率、周長(zhǎng)、橫軸長(zhǎng)、縱軸長(zhǎng)等。

步驟7-3：綜合昆蟲圖像數(shù)據(jù)庫(kù)及其參數(shù)，分析識(shí)別昆蟲類型，計(jì)算遷飛昆蟲運(yùn)動(dòng)參數(shù)、蟲群密度。

有益效果：利用本發(fā)明提供的遷飛昆蟲空中監(jiān)測(cè)識(shí)別方法及裝置，可以獲得遷飛昆蟲的直接觀測(cè)圖像、環(huán)境數(shù)據(jù)以及昆蟲種類信息。在遷飛昆蟲和植物保護(hù)領(lǐng)域，特別是利用昆蟲雷達(dá)圖像識(shí)別昆蟲種類研究領(lǐng)域具有重要意義?？罩兄苯佑^測(cè)結(jié)合地基昆蟲雷達(dá)觀測(cè)，有助于人們更加深入地認(rèn)識(shí)地基昆蟲雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)。本發(fā)明監(jiān)測(cè)遷飛昆蟲的方法在蟲情預(yù)警、農(nóng)作物防災(zāi)減災(zāi)方面同樣具有實(shí)際價(jià)值。

附圖說明

圖1為遷飛昆蟲空中監(jiān)測(cè)方法流程圖；

圖2為遷飛昆蟲空中監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-飛行平臺(tái)，2-連接固定桿，3-視角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，4-可見光攝像機(jī)，5-gps及溫濕度傳感器，6-無線傳輸模塊及天線，7-主控電路模塊，8-紅外線攝像機(jī)，9-儲(chǔ)能模塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖2所示，一種遷飛昆蟲空中監(jiān)測(cè)識(shí)別裝置，包括飛行平臺(tái)1、連接固定桿2、視角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3、可見光攝像機(jī)4、gps及溫濕度傳感器5、無線傳輸模塊及天線6、主控電路模塊7、紅外線攝像機(jī)8和儲(chǔ)能模塊9；

所述飛行平臺(tái)1用于搭載觀測(cè)裝置，并運(yùn)送至昆蟲遷飛高度，下面安裝有連接固定桿2，連接固定桿2之間安裝有儲(chǔ)能模塊9，為監(jiān)測(cè)識(shí)別裝置提供電能；連接固定桿2下面安裝有視角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3，視角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3由方位和俯仰兩個(gè)維度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，每個(gè)調(diào)節(jié)維度機(jī)構(gòu)包括匯流環(huán)、電機(jī)和齒輪，可以調(diào)整相機(jī)觀測(cè)方向；視角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3上安裝有可見光攝像機(jī)4和紅外線攝像機(jī)8，具有運(yùn)動(dòng)防抖性能，分別提供可見光與紅外圖像，適合白天和夜晚連續(xù)監(jiān)測(cè)，圖像信息作為研究昆蟲遷飛習(xí)性和特征的直接觀測(cè)數(shù)據(jù)，具有重要價(jià)值；所述監(jiān)測(cè)識(shí)別裝置還設(shè)置gps及溫濕度傳感器5、無線傳輸模塊及天線6、主控電路模塊7，gps及溫濕度傳感器5提供監(jiān)測(cè)高度、位置、環(huán)境溫度和濕度數(shù)據(jù)；無線傳輸模塊及天線6可以將可見光和紅外兩路監(jiān)測(cè)圖像及傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸回地面；主控電路模塊7采集傳感器數(shù)據(jù)和視頻圖像、收發(fā)數(shù)據(jù)和完成系統(tǒng)控制功能。

所述飛行平臺(tái)可根據(jù)實(shí)際飛行高度需求選用無人機(jī)或系留氣球，無人機(jī)可以選用多旋翼航拍飛行器，系留氣球球內(nèi)充有氦氣，利用浮力和系纜拉力維持懸停狀態(tài)。所述無線信號(hào)傳輸模塊采用cypresswirelessusbnx片上射頻系統(tǒng)和功率放大器件，工作在2.4ghz頻段，信號(hào)傳輸距離達(dá)到2km。所述主控電路模塊采用arm11系列s3c6410嵌入式處理器，管理整機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制、傳感器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、電源管理等功能。

如圖1所示，一種采用上述裝置的遷飛昆蟲空中監(jiān)測(cè)識(shí)別方法，包括如下步驟：

步驟1：根據(jù)現(xiàn)有資料，建立遷飛昆蟲類型、遷飛高度、遷飛季節(jié)、遷飛時(shí)間、觀測(cè)地點(diǎn)、氣象條件等典型參數(shù)的遷飛昆蟲參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，確定各參數(shù)典型值或其區(qū)間范圍。利用現(xiàn)有的遷飛昆蟲基本參數(shù)，可以確定觀測(cè)時(shí)間和地點(diǎn)、以及觀測(cè)高度。

步驟2：根據(jù)現(xiàn)有圖像資料，建立昆蟲種類圖像數(shù)據(jù)庫(kù)。圖像數(shù)據(jù)庫(kù)為識(shí)別遷飛昆蟲種類提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

步驟3：確定需要觀測(cè)的昆蟲類型，根據(jù)其遷飛氣象條件、遷飛季節(jié)及時(shí)間選定合適的觀測(cè)時(shí)機(jī)和地點(diǎn)。

步驟4：確定觀測(cè)高度，可以根據(jù)該類型昆蟲通常遷飛的高度來定。如果有昆蟲雷達(dá)同步觀測(cè)，可以根據(jù)雷達(dá)觀測(cè)獲得的昆蟲回波圖像指示高度來確定。

步驟5：利用系留氣球搭載監(jiān)測(cè)裝置至遷飛高度，根據(jù)觀測(cè)環(huán)境調(diào)節(jié)攜帶相機(jī)的快門時(shí)間、感光度等參數(shù)，拍攝該高度處的視頻圖像；利用攜帶的傳感器監(jiān)測(cè)高空氣象環(huán)境數(shù)據(jù)。

步驟6：將視頻圖像和環(huán)境數(shù)據(jù)無線實(shí)時(shí)傳輸至地面，在軟件端可以進(jìn)一步調(diào)整觀測(cè)位置和觀測(cè)視角，將指令無線發(fā)送至空中監(jiān)測(cè)裝置。

步驟7：利用圖像處理技術(shù)提取圖像上目標(biāo)形態(tài)特征，比對(duì)昆蟲圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，識(shí)別出可能存在的遷飛昆蟲類型。對(duì)時(shí)間序列的圖像進(jìn)一步處理，估計(jì)昆蟲運(yùn)動(dòng)參數(shù)、蟲群密度等信息。

所述步驟7包括以下步驟：

步驟7-1：昆蟲圖像預(yù)處理。通常高空拍攝的視頻圖像受復(fù)雜多變的環(huán)境影響，光照條件、拍攝平臺(tái)晃動(dòng)、拍攝角度等因素導(dǎo)致圖像質(zhì)量問題。因此需要對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括圖像增強(qiáng)、目標(biāo)區(qū)域分割、目標(biāo)邊緣檢測(cè)等操作。

步驟7-2：提取昆蟲圖像特征參數(shù)，如似圓度、偏心率、周長(zhǎng)、橫軸長(zhǎng)、縱軸長(zhǎng)等。

步驟7-3：綜合昆蟲圖像數(shù)據(jù)庫(kù)及其參數(shù)，分析識(shí)別昆蟲類型，計(jì)算遷飛昆蟲運(yùn)動(dòng)參數(shù)、蟲群密度。

以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。