虫情测报灯介绍与项目研究
第1章 绪 论
虫情测报灯专为农林业虫情测报而研制，该灯由托普仪器利用光电技术实现自动诱虫、杀虫、分装等功能。可配备风速风向、环境温度湿度、光照等多种传感器接口，在需要时监测环境参数，并可通过GPRS上传数据。以监测环境与病虫害之间的关系。其主要的型号是TPCB-II-C型的，它预留多种接口，为虫情的可视化、在线实时监测提供支持。广发应用于农业、林业、牧业、烟草、茶叶、药材、果园等领域。
托普最新研制开发的一种简易、实用、新型测报工具，为全国各个乡、村设立的监测点提供更及时、准确的虫情测报服务。产品更为接近植物测报、多层次测报；为了解不同气象环境因子带来不同的生物特性，专门研究生产出的太阳能虫情测报灯，从根本上改变了环境多样性带来的标靶测报数据及防治时带来的差异。该灯设置一个多层集虫箱，虫体落下后根据虫体大小自动分开，箱内需加装处理装置对标靶进行处理，操作简单，使用方便。
众所周知，病虫害对农作物造成了极大的损失，病虫害会使农作物经济受损，产量减少，质量下降。以往，人们用喷洒农药来解决病虫害问题，长期以来，由于化肥和农药的大量使用，带来了农药残留、土壤板结和环境污染等一系列生态问题，直接威胁着人类的健康。科学研究表明，人类肿瘤、血液病和神经系统等多种疾病的发生与环境和食品的污染存在直接关系。随着农业技术的发展和不断改进，作物病虫害防治采取农业、物理、生物措施与药剂防治相结合的方法，不仅可以收到事半功倍的效果，而且可以大大降低防治成本，减少农药用量和环境污染【l】。
进入2l世纪初，知识经济与经济全球化进程明显加快，科学技术发展突飞猛进，科技实力的竞争成为世界各国综合国力竞争的核心，农业科学技术已成为推动世界各国农业发展的强大动力，以农业生物技术和信息技术为特征的新的科技革命浪潮正在世界各国全面兴起。在这场新的农业科技浪潮中，美国、日本、德国等发达国家，印度、巴西等发展中国家，近年来都在制定实施新的农业科技发展战略，改革农业科技体制与运行机制，加大农业科研投入，加快农业科技创新步伐，抢占农业科技发展的制高点。这既对我国农业科技提出了严峻的挑战，更提供了迎头赶上新的农业科技革命、实现农业科技跨越式发展的历史性机遇【2】。
宁波农技推广总站推出了三种农作物害虫非化学防治技术有频振式杀虫灯诱杀害虫技术、性诱捕器诱杀害虫技术、色板诱杀害虫技术[3】等。在这些技术中，性诱捕器诱杀技术是近年来发展起来的一种治虫新技术，在性诱捕器上装置性诱剂，每亩农作物上悬挂性诱捕器1～2个，能诱杀大量前来寻偶交配的雄性昆虫，可有效减少田间的虫卵量，减少打药次数。性诱捕器诱杀害虫技术是一种生物技术，具有高效、无毒、不伤害天敌、不污染环境等优点。
浙江托普仪器有限公司坐落于美丽的西子湖畔，国家重点旅游城市——杭州市，是一家集科、工、贸为一体的综合型高新技术企业。公司主营业务是研发、生产和销售应用于土壤、气象、种子、植物生理、环境、粮油食品等农业生态和食品领域检测仪器仪表，为农业、林业、气象、水利、环境、农产品检测等相关领域提供综合解决方案。多年来，公司研发生产了百余种农业专用仪器和相关集成系统方案，产品销往全国各地及欧洲、东南亚、非洲等地。在国内已形成系列产品最齐全、专业化程度最高、系统软件集成最丰富，并具有多项自主知识产权的农业专用仪器研发、生产基地。
1．2课题研究的目的和意义
农作物病虫害自动测报系统是集电子技术、遥感技术、网络技术、计算机技术、通信技术于农业中，将现代科技应用于农业，实现农业数字化和信息化。具有自动识别害虫类型、自动统计害虫数目、自动数据采集和预报、预警作用。其研究的意义主要体现在以下几个方面：
(1)提高了农业的科技含量。高科技含量的数字农业必将推动电子技术、计算机技术、通信技术等高新技术在农业上的应用，从而使农业走向信息化、自动化、高效化【4】。农作物病虫害自动测报系统具有高新的现代电子技术、计算机技术、通信技术、网络技术，大力推进农业科技创新，科技促进农业的发展。
(2)解放了农保员的劳动力。按照传统方式，由农保员到田间的诱捕器去数数的方式，显得工作量大，既费时又费力，而且不卫生，在现在社会分工情况下很难实现。所以研究农作物害虫自动测报系统采用先进自动化的采集统计数据、预报数据，传送数据，实现数据的自动化和信息化，可以大大解放农保员的劳动力。
(3)提高了农业的产量和质量。本系统采用性信息素诱捕器，属于生物诱捕器。将性信息素放置在分机对应的容器里，来引诱雄性昆虫前来交配将其捕获，容器里装有不同的性信息素，可分别统计不同种类昆虫的数量。农保员通过主机观察不同时期昆虫的种类和数量，哪种病虫害数量居多，就增加哪种性信息素的含量，提高农业的产量和质量。 (4)有利于农业企业的日常管理和决策。农作物病虫害自动测报系统，分机具有记忆功能，可通过按键查看历史记录，分机采用太阳能和电瓶供电，以保证24小时都有电，主机将分机发送的数据进行处理，绘制成曲线，能清楚明了得看出害虫的变化趋势。另外数据还会通过移动短信的形式发送给农保员，便于农业的日常管理以及作出相应的决策。
1．3农作物病虫害自动测报技术概述
数字农业是用数字化技术，按人类需要的目标对农业所涉及的对象和全过程进行数字化和可视化的表达、设计、控制、管理的农业。作为全面促进农业、农村可持续发展的数字农业技术，其发展具有非常重大的战略意义。数字农业将工业可控生产和计算机辅助设计的思想引入农业，把信息技术作为农业生产力的重要要素，参与到农业各个环节中，并使之成为不可缺少的组成部分【5】。将信息技术引入农业发展，如农作物的病虫害自动测报技术的实现等，是非常具有实际应用价值的。农田的害虫种类繁多，数量庞大，灯下常见的有数百种。长期以来，我国多沿用黑光灯诱集害虫、人工识别计数的测报方法，其效率、准确度和时效性与测报人员的综合素质密切相关，主观因素较大，影响了测报的准确性和时效性[6】。由于农业田间害虫检测预报的不准确与不及时，错过防治时机，从而导致目前在我国仅害虫一项每年粮棉损失即达13％～16％。因此农田害虫的实时、准确的识别，是现代农业的一种必然应用趋势，也是当今数字农业迫切需要研究和解决的问题。
1．4农作物病虫害自动测报技术国内外研究现状
目前，国内外在检测农作物害虫方面主要有擂样、诱集、声测、近红外等几种方法谷物害虫分类的主要方法是以其外部形状特征为依据，借助显微镜通过观察昆虫的整体极色、斑点、花纹特征以及触角、头部、背部、腹部、口器、复眼、腿部、翅、毛和刺的形态结构特征，与已有准确记录的模式标本进行人工对照鉴别。这些方法由于人工检测的效率低下、信息素的合成困难、环境嗓声的干扰等原因，均不能准确地在线检测出谷物害虫的种类、密度等信息，难以满足粮库害虫检测的要求。因此在国内外，对农作物害虫的检测技术上也有大量的研究。
1．4．1国外研究现状
数字农业在国外的研究当前已经达到了一个比较高的水平，具体体现在农业中应用计算机处理农业数据，建立数据库，开发农业知识工程及专家系统，应用标准化网络技术，开展农业信息服务网络的研究与开发。在信息采集与动态监测方面，遥感发挥了巨大的功用。因此以数字农业技术为指导的农业田间害虫的自动识别和检测也同样达到了较高的水准。
美国学者Zayas等采用机器视觉技术对散装小麦仓中的一种甲虫一谷蠢成虫进行了研究[刀。他们采用多光谱分析和模式识别的技术相结合来检测害虫，结果表明该法有较高的识别率，但残缺粮粒、草籽、害虫的姿态等因素对检测结果有较大的影响。
另外，自从1971年美国的Kuwahara等人【8】报道了粉斑螟、印度谷螟等信息素的化学结构后，迄今为止已有20余种信息素分子结构被鉴定出，涉及仓储害虫近30种，其中印度谷螟、谷斑皮蠢、锯谷盗、米象等十几种主要仓储害虫的信息素p】已能够进行人工合成。在最近十几年时间里，英国、美国、意大利与加拿大等几个发达国家先后在仓储害虫信息素的结构鉴定、活性测定、筛选、仓储害虫的监测、诱捕器的研制以及直接防治诱杀法、迷向法等应用研究方面开展了较为系统和深人的试验探索，并已在诸多方面取得很大进展【1 01。其中利用害虫生物学特性如趋光性、信息素和引诱剂的诱集法【11。14】尤为重要。日本在对危害果树最严重的梨子食心虫和桃子食心虫的迷向防治试验中，防治效果达到了梨小被害果率为对照区的1／3，桃小被害果率为对照区的1／6，试验的主要树种有苹果、梨、桃、梅等。对苹果透翅蛾、桃潜叶蛾、卷叶蛾类等害虫的迷向试验也取得了良好效果。
1．4．2国内研究现状
而在我国，虫害测报技术虽然已经得到了一定的应用，但是仍然难以满足目前粮库中害虫检测的要求，其主要原因是在准确地在线检测害虫的种类、密度等信息的问题上，都或多或少地存在一些不足。《‘‘十五"粮食行业科技发展规划》中已明确提出当前存在的主要问题之一是应用基础研究和软科学研究急需加强，通过信息技术等高科技带动粮食技术的发展缺乏前瞻性研究粮食科技工作遵循的首条基本原则是跟踪世界粮食科技发展前沿与解决实际问题相结合粮食科技发展的一个任务是研制害虫传感器，实现粮堆虫害的自动化检测、智能分析和自动控制，以完善安全储粮综合治理专家决策支持系统。由此可见，研究有效的害虫在线检测技术，准确地给出害虫的种类、密度等信息，可为害虫的综合防治提供科学的决策依据，也具有重要的实际应用价值。
国内外许多学者在害虫的综合预测模型方面也做了大量的研究工作，而预测模型准确的测报结果是以准确的害虫在线检测为前提的。而利用信息技术构建结构简单、预报准确、自动化程度高的病虫害自动测报系统，更是具有重大的实际意义。王世举、王朔【1 61等人利用仓储害虫的吃食和爬行声进行仓储害虫检测可行性设计方案，对粮库和中草药仓库采集的声信号进行傅里叶频谱分析，根据声信号的强度确定害虫种群的数量，由其基波频率可以成功确定害虫的种类以及成虫还是幼虫。邱道尹，张红涛【r7】等人设计了大田害虫实时检测系统。其中诱集传输机构可自动诱集并调整害虫姿态，使其平稳经过摄像视区，同时运用神经网络分类器对常见的9种害虫成功地进行了分类。中国农业大学DM IST实验室利用自行开发的软件Bugviser对温室白粉虱自动计数，精确率达到90％以上【l睨¨。而在目前计算机视觉技术已经非常适合麦蜘蛛、潜叶蝇、红蜘蛛、蚜虫和粉虱等微小害虫种群密度的估算【221。另外，针对植株体本色而设计的信息视觉技术也得到了一定的发展：为了克服传统RGB三基色相机图像颜色重建的缺点，冯洁等[23】提出用多光谱相机捕获植物光谱图像的方法：根据图像捕获位置和观测位置照明光源的情况重建出植物病虫害的真实色彩。试验结果表明16个通道的多光谱图像能够重建出植物病虫害的颜色。
1．4-3 农作物病虫害自动测报技术的发展趋势
信息技术和农作物病虫害防治工作的结合具有十分积极的意义。由于具有检测效率高、成本低、劳动小、无污染等优点，现有的自动测报系统已经能够达到粮食保质，保量和保鲜的目的，推广应用将具有可观的社会效益和经济效益。信息技术在农作物病虫害防治工作中将可以应用在如下两个方面：
在信息素诱捕方面，昆虫信息素这一种对人畜及其它生物无任何毒性，对生态环境无任何污染即无公害问题的生物制剂开始为人们所关注。利用害虫的信息素防治害虫无疑是今后发展的方向，虽然目前它们还不能完全代替农药防治，但应该作为综合防治体系的重要部分，可以减少农药使用，达到保护环境、保护害虫天敌、保护生态的目的。在信息技术与害虫检测技术的结合方面，计算机视觉技术、传感器技术、地面和高空
监测技术集成等勾画出了未来农作物病虫害监测的基础。田间取样，包括取样标准、图像质量、样品有无其它噪音干扰等是目前此技术所面临的问题；传感器技术基于传统性诱剂技术，适用于对性诱剂有趋性害虫，包括棉红铃虫、梨小食心虫、杨树透翅蛾和亚洲玉米螟等害虫的自动化监测，同时对害虫预测、农药使用和天敌释放有重要的指导意义；同时，传感器技术也可以利用害虫声检测技术来对农作物中的害虫进行检测。与传统的农产品害虫检测方法相比，此方法具有快速、准确、灵敏度高、价廉等优点。不同物种声信息存在一定差异，因此储粮害虫声特征可以作为种类鉴别的一种。而在未来，大尺度区域性的害虫数量、危害程度和分布面积将可以利用地面和高空遥感监测技术等获得。
虽然目前农田病虫害检测技术方面的研究在实际应用中具有一定的效果，但依然难以满足广泛地害虫检测的要求。加之现实情况中害虫等的种类非常复杂，且近年来害虫种类有上升的趋势，使得一些检测方法在实际应用的过程中受到一定的限制【24】。因此，仍需不断研究和探讨新的、有效的储粮害虫的检测方法，为害虫的综合防治提供可靠的、科学的决策。
1．5课题的研究内容
本课题主要解决如何统计被捕杀的害虫，以及如何利用这些数据进行预报，其特点是利用最新的电子技术、计算机技术进行农业数字化的探索。具有自动识别害虫类型、自动统计害虫数目、自动数据采集和预报、预警作用。解放了劳动力，解决了目前农业中存在的一大技术难题，推进了农业数字化、信息化发展。
本系统考虑实际应用场合，设计了近距离(1km内)自动采集系统和远距离(大于lkm)采集系统，适用于不同区域使用。
近距离系统由分机系统和主机系统组成。分机部分分为供电、昆虫检测、数据处理与传输。首先利用EE．SPX414型红外传感器对昆虫进行检测，利用STC89C52单片机进行昆虫数据统计和处理，并显示在分机面板上，用STR．30进行远距离无线传输，将相关信息在分机与主机间进行传递，利用太阳能加电瓶方式进行供电，保证系统阴雨天不间断工作。主机部分由STR．30无线传输模块、计算机、软件组成，通过软件发出不同指令，完成对分机的数据采集、传输以及进行数据相关处理，并实现预警预报功能。
对于远距离采集系统，由分机系统、手持器和主机系统组成，手持器的功能是完成分机数据读取、清除等任务，同时又可以将所采集到的数据传给主机系统，考虑实际使用，手持器配有语音提示功能，方便野外正确操作、使用。
1.6虫情测报灯简介
诱虫灯又叫虫情测报灯，是根据黑光灯诱虫原理，结合生物特性和现代光、电、数控技术研发生产的一种测报工
具，广泛应用于农业、林业、海关、园艺、院校等测报领域。可满足虫情测报可视化、网络化、现代化、自动化工作需要。另外虫情测报灯还具有对害虫预测范围大，使用成本低，使用简单，操作方便等优点。 下面我们来看一看虫情测报灯的测报原理。
虫情测报灯的原理与构造 现代研究认为，夜行性昆虫的趋光性与其导航方式有关。它们通常是以月亮为导航坐标的，且飞行时不是垂直于月光，而是呈斜交；而灯火会让它们误认为是月亮，结果就会以螺旋形渐近线的轨迹飞向灯火。虫情测报灯是根据害虫的趋光、趋色、群集趋性、视感趋波、嗅觉趋化、听觉趋声的信息和特性引诱害虫。近距离用光，远距离用波，加以黄色外壳和气味来引诱害虫扑灯，并通过高压电网 杀死害虫。
虫情测报灯主要分为五个部分；控制器、紫外线光源、高压杀虫网、绝缘支架，外部结构。 控制器可以说是虫情测报灯的心脏，它是实现智能控制的中枢，虫情测报灯天黑开灯，天亮关灯的光控功能，和雨天关灯的智能化功能都是靠它来实现的。虫情测报灯的核心技术 就是以长波紫外线来吸引害虫的靠近，最终将害虫杀死。
紫外线光源主要有三种：一、峰值为365纳米紫外线光源，365纳米紫外线光源又称为黑光灯。大多数昆虫喜欢330-440纳米的紫外线光波。特别是鳞翅目和鞘翅目昆虫，对这一波段更为敏感，峰值为365纳米的长波紫外线灯管，能引诱大多数趋光性害虫，进行测报和诱杀。二、光谱紫外线光源；光谱紫外线灯管，发射波长为300-450纳米的光线。可以将蚊子 、飞蛾等诱至灯光区内，并且有驱之不散的效果。三、特种紫外线光源；在实践中发现，昆虫的趋光行为表现的非常怪异和多变，由于昆虫趋光行为的复杂性和人们对其原因的了解甚少，因此其它的紫外线引诱昆虫，多为漫天撒网。
这样必然会对中性昆虫和益虫实行通杀，难以计算出害虫的数量，不能准确的预报害虫的发生；而特种紫外线光源，以选择种类诱杀为重点，对特定的昆虫有高度诱杀性，又能保护害虫的天敌。特种紫外线光源主要通过灯管荧光粉的配置来控制灯光的波长，以便更好的捕杀害虫，保护益虫。同时通过开灯时段控制，和杀虫网结构的配合，提高击杀害虫的害益比例，保护正常的生物链。 高压杀虫网：是用金属线相间缠绕组成的金属线网。两根线分别通电，使金属网线附带高压电，紫外线光源放至在网的中间。当田间的昆虫受到光源的吸引时，就会接触到金属线，从而遭点击而死。 绝缘支架：主要用来缠绕杀虫网，多由陶瓷、玻璃、塑料制成。根据绝缘性的好坏，多采用陶瓷管，作为绝缘支架。陶瓷管既坚固耐用，又能防止杀虫网相互触碰造成短路。 虫情测报灯的外部结构 一般由塑料制成，分为顶盖和下支撑板两个部分。顶盖多为盖状，起到遮盖灯体，防晒防雨的作用，在盖子上安装有方便悬挂的吊环，电源开关，光控器，雨控器等等。通过电线进行连接，控制着虫情测报灯的正常工作。下支撑板安装在虫情测报灯的底端，形状类似漏斗， 称为接虫盘，有较大的开口，方便被击杀的害虫滑下，为收集被击杀的害虫，往往在底座下套一只袋子，接住被击杀的害虫，方便以后害虫数量与种类的统计工作。同时袋子内可以装上少量的挥发性农药，对还没有彻底击毙的害虫进行熏杀，从而能达到更好的杀虫效果，防止存活的害虫挣脱、逃跑。 虫情测报灯的外壳颜色，一般选用昆虫比较敏感的黄色，这样可以起到更好的引诱作用。各部分之间一般用螺丝进行连接，中间部分为缠绕好高压线的绝缘陶瓷管，将顶盖与底座分别固定到灯体上。拧好灯管，挂上接虫袋，一个完整的虫情测报灯就组装好了。
虫情测报灯还分为：太阳能虫情测报灯，利用太阳能来为灯体发电。免去了扯电线充电的麻烦。 还有自洁型虫情测报灯。不用自己清理挂在高压网上的虫体，打开开关灯体自带的刷子就会转动起来，就会把高压网上粘连的的虫体，刷掉，清理的干干净净。 虫情测报灯的使用范围： 虫情测报灯应用范围很广，在农、林、菜园、果园等都可以很好的使用，可以很好的杀灭飞蛾类害虫，准确的预测出害虫的发生、发展情况。 在旱粮作物，如玉米田中来应用，可以很好的预报并杀灭钻心虫，玉米螟，甲虫等害虫。 在水稻等作物中，可以有效的预报，水稻二化螟、水稻三化螟、台湾螟、稻螟、、叶蝉 金刚钻等害虫。 用在果园中，可以有效的防治桃蛀螟、食心虫、吸果叶蛾 等危害水果的害虫。而在无公害蔬菜的生产中，杀虫灯也能起到很好的作用，能够有效防治菜鹅 甜菜夜蛾 天蛾 刺蛾 斜纹夜蛾 菜螟 白飞虱 等危害蔬菜的害虫。 在林业害虫预报方面，虫情测报灯发挥着重要的作用，随着我国造林面积的不断增加，环境气候的变化，林业有害生物逐步呈现扩散蔓延趋势，因此林业病虫害的防治工作越来越重，在众多的防治技术措施中，虫情测报灯发挥了积极的作用，对松毛虫，灯蛾 、美国白蛾 、杨小舟蛾、大青叶蝉等，都能准确的测报出害虫的病情与数量时，防治中心就可以根据这个数据，立刻进行林区喷药防治，及时保护大片的树林。 虫情测报灯的使用 虫情测报灯的放置地点应尽量选择在远离公路和灯源、人为干扰少、行走方便的林地。林间设置密度以灯光相互之间不影响，一般为间隔1 千米以上为好。每天太阳落山后30分钟开灯，太阳出山前30 分钟关灯。 使用时需要一个挂灯的支架，我们可以准备三根长杆，把他们的一端绑定在一起，然后将他们分开架起，用铁丝穿过充测报灯顶端的吊环，挂在架子上即可。在树林果园等有高大树木的地方，还可以把一根长杆固定在两个树干上，在将测报灯固定在长杆上，挂灯时，接虫袋的最下端，与地面的距离不能低于1.5米，目前虫情测报灯种类很多，有使用交流电源的，也有直接使用电池的，使用电源的测报灯 要安装在外接电源方便的地方，以便于接电使用，在野外的大田或树林最好使用电池供电的测报灯，白天取下来充足电，晚上挂出去杀虫，使用起来也非常的方便，不过在使用过程中还有一些事项需要注意。在挂灯时应该垂直悬挂，上下固定，以防止随风摇摆，挂灯高度要随作物的高度适当调整，使用中要及时清理高压网上的虫体，在减少耗电量的同时，还能提高诱虫杀虫效果，清理时一定要切断电源， 用随灯配备的毛刷横向刷网，如有网线触碰，要及时分开，否则会因短路断电不能杀虫，虫情测报灯诱虫光源的正常寿命，是一万小时，因此要维持较好的杀虫效果，就要及时的更换灯管，在雨天的夜晚，蛾类的成虫不能出来活动，同时过大的雨水容易引起灯内电器短路，造成灯的故障，因此雨天不要开灯。同时要经常检查电线，防止漏电引起意外事故，通电后严禁接触高压网。
虫情测报灯能准确的监测、记录和诱捕，农田、菜园、果园、森林里的害虫成虫数据，以及害虫的发生期、发生量和发生范围等；为我国的虫害防治工作作出突出的贡献