基于人工智能与物联网害虫监测、预警、防治一体化装置的制作方法

1.本发明涉及利用昆虫趋光性而实施的害虫诱集、监测与防治等技术，属于物理防控领域。


背景技术：

2.我国对于有害昆虫的监测、预警，总体来看已经形成多种技术手段并举的完备体系。本发明所针对的主要是特定地块内的特定害虫。由于地块之间农林作物以及小气候因子的不同，害虫的种类与密度有着显著区别。所以，从害虫防治的精准性着眼，现有的监测、预警体系有着明显的不足。这是其一，是从大的方面而言。
3.其二，现有的害虫监测、预警、防治体系中，有一类利用害虫趋光性而进行诱杀的设备，有的在光源外围安装高电压低电流的带电栅栏，受灯光引诱飞来的虫子触到带电栅栏就会毙命，这一种通常称作电击式杀虫灯；还有一种是在光源外围安装透明撞击板，虫子飞来时撞到撞击板大多会落入下方集虫箱；这一种通常称作撞击式杀虫灯。还有的是将害虫诱集来以后利用水淹或毒杀的方法，不一而足。实际上，这一类设备在使用过程中，都具有一定害虫防治和监测之功能。后来有人在撞击式杀虫灯集虫箱内安装了处理虫体的装置，有的增加对虫子的拍照功能，从而强化了该种设备的害虫监测功能，称作虫情测报灯。
4.实践中，使用最多的是虫情测报灯和电击式杀虫灯。两种设备都存在一定缺陷。
5.虫情测报灯有这样几个特点与不足。第一，遭受撞击落入集虫箱的虫子，一般都是形体偏大的，或因为具有假死特性，或因为撞击后造成短暂晕厥；一些持续飞行能力很强的小虫子则效果欠佳。这种情况下，有可能有些需要重点监测的害虫并没有收集到或收集的数量偏少。第二，由于落入集虫箱的虫子有的很快会复活，而这些复活的虫子大多是鞘翅目即甲壳虫类，它们复活后会在集虫箱内爬来爬去，蹂躏的一些非甲壳虫类“面目全非”，这就给后期的分拣与识别带来难度。第三，由于封闭的集虫箱内虫体易于腐败，同时由于复活的虫子善于“胡作非为”，为了避免此状，有的虫情测报灯在集虫箱内装有电烘干系统，将昆虫烘干致死，以防腐败，如此，既增加了设备的制造成本，也增加了使用功耗。第四，有的虫情测报灯为了避免每天收集到的虫子与另一天收集到的虫子相互混淆，设置了分装装置，使每天的虫子单独装入一只小盒子，这种对虫子分拣与存储的机械方法，不仅增加了制造成本，也会增加设备的故障率，同时会对虫体不同程度的毁损，不利于后期的识别，尤其不利于引入人工智能对害虫识别。第五，整体功耗大，体积大，造价高。
6.另一种称作电击式杀虫灯的设备，同样存在一定缺陷。第一，构成带电栅栏的钢丝，上下两端均固定在相应的绝缘件上；这样的固定方式，虽然牢固，但却使得钢丝通体刚性太强，缺乏柔软性，导致钢丝与钢丝之间卡塞的虫子不容易脱落，这种状况达到一定程度，会引发高压短路，从而导致对害虫只诱不杀。第二，为了避免带电栅栏虫子卡塞过多，有的增加了定时机械清理虫尸的机构，但由于野外气候条件复杂等原因，这种往复运动的机械机构故障率很高，并且在清理过程中会对虫体造成程度不同的毁损，如果同时用于害虫监测，则不利于分拣与识别。第三，该设备普遍没有考虑用作害虫监测的相关设计，导致其
原本具备的双重功能没有充分发挥。第四，作为户外使用的器具，该设备的外壳及其他主要部件，大多采用了注塑工艺，注塑件户外使用耐候性较差，不仅缩短了工作寿命，也不利于防火安全性。


技术实现要素：

7.本发明解决上述问题采用的基本方案是，制作一个金属材质的方形框架，框架从上至下大致分为三个区间；第一区间，安装布设诱虫光源和带电栅栏，是为诱杀机构；第二区间是接虫漏斗、摄像头、虫子滞留盒等组成的虫子图像采集机构；第三区间是集虫箱。
8.具体而言，本发明改进带电栅栏的结构方式，使杀虫功能进一步完善；增加了对虫子被电死后第一时间的图像采集功能，以及基于人工智能和物联网的延伸功能，强化了其监测预警之功能。
9.所述体化装置之带电栅栏之改进，首先摈弃传统的钢丝固定方式，即钢丝的上下两端都要固定的方式，其特征是，构成带电栅栏高压两极的所有钢丝，只固定一端，另一端悬空；以带电栅栏垂直安装的为例，其中，上极的钢丝只固定上端，下端悬空，下极的钢丝只固定下端，上端悬空；固定好钢丝的高压上极和下极，相对交错插入，组合成具备高压两极的完整带电栅栏。
10.这样的带电栅栏，可以做成一个整体，或方筒形状或圆筒形状；也可以做成一个一个的单片，再由若干个这样的单片拼接成所需形状。
11.这样的带电栅栏，由于每一根钢丝只固定了一端，钢丝就会保持一定柔软度，因此被电死的虫子会较少的夹塞在钢丝之间，即使有夹塞，也不至于很实，容易脱落，因而不至于高压短路。
12.该带电栅栏，如果不是整体制作，而是采用由若干单片拼接而成的方法，则上极或下极，左右两端的钢丝由粗细适中的螺杆替代，螺纹部分用于连接紧固绝缘连接件，该绝缘连接件将带电栅栏的上、下两极连为一体，同时阻隔两极高压电流。
13.所述一体化装置，为了实现监测、预警之功能，增设了虫子图像采集机构，安装在带电栅栏的下方，以便第一时间采集到被电死虫子的图像。该机构主要包括摄像头与控制电路，虫子滞留盒及其底门与机械控制两个部分。
14.虫子图像采集机构中的摄像头，安装在接虫漏斗漏口正上方位置，镜头朝向下方的虫子滞留盒底门。
15.虫子滞留盒与接虫漏斗外侧的下端连接，当被电杀的虫子落入虫子滞留盒底门平面上，落入的虫子覆盖底门面积大约2/3时，摄像头工作一次，即采集图像一次。而后底门自动打开，底门上的虫子滑落到集虫箱，而后底门闭合复位。
16.虫子滞留盒之底门可以是单开门，也可以是双开门。其打开，依靠微型电磁铁提供的动力，或者依靠微型电动机提供的动力；其闭合复位，依靠底门另一端配重的重力，或者依靠弹簧的拉力。
17.虫子滞留盒之底门，使用半透明或透明材质；底门下方有一个光控探头，可以用光敏二极管，也可以用光敏电阻；当虫子落到底门其面积大约遮盖2/3时，由于上方的光线被遮挡的缘故，光控探头发出电信号，摄像头工作一次。这个2/3数据的控制，靠改变底门的透明度可以获得，也可以靠一定程度的遮挡光控探头获得。
18.虫子滞留盒其内部，垂直内壁与接虫漏斗斜壁形成的夹角处，安装一定数量的led灯珠，即为摄像头的拍照，同时也为底门下方的光控探头提供光源。
19.摄像头图像采集的信号也可以由视觉传感器提供，视觉传感器安装在接虫漏斗漏口正上方位置。
20.该一体化装置的工作程序是：天黑时分，光控作用下一体化装置开始工作，虫子陆续向灯光飞来，触到带电栅栏便会纷纷下落，通过接虫漏斗进入虫子滞留盒，落在底门上覆盖面积2/3左右时，图像采集一次，然后底门打开，虫子滑落到下方的集虫箱；周而复始。
21.该一体化装置带来的有益效果是，首先改善了设备的杀虫效果，增加了使用寿命；其次，通过采集到的虫子图像，可以方便监测到设定地块内重点害虫每天的数量变化；根据特定害虫的数量变化曲线或阈值，以判断完全依靠灯光诱杀是否达标，进而决定是否需要采取其他防治措施。在此基础之上，设备上加入物联网模块，在设定区域范围内，可以在电脑或手机上远程查看设备每天的运行状况及虫情变化；跟人工智能结合，可以把虫子图像中需要监测的重点害虫，用人工智能进行识别训练，将训练完成的模型，直接用于对该种害虫的实时监测预警，逐步实现在特定地块范围内特定害虫的监测、预警与防治的一体化、自动化。
附图说明
22.图1太阳能光伏供电的一体化装置基本结构图；
23.图2一体化装置核心部分——虫子图像采集机构基本结构图；
24.图3一体化装置重要部分
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带电栅栏结构图。
25.图中：1、太阳能电池板；2、主体框架；3、诱虫光源；4、带电栅栏；5、上极；6、下极；7、钢板横筋；8、钢丝横筋；9、绝缘连接件；10、接虫漏斗；11、摄像头；12、摄像头防护罩；13、虫子滞留盒；14、底门；15、配重；16、电磁铁；17、光控探头；18、led灯珠；19、蓄电池；20、集虫箱。
具体实施方式
26.该一体化装置可以是交流电的，也可以是直流电的，以直流太阳能光伏供电的为首选。首先制作一个主体框架2，用以安装布置各零部件。主体框架2顶部是太阳能电池板1，主体框架2内部自上而下大致分为三个区间，第一区间安装诱虫光源3和带电栅栏4构成的诱杀机构；第二区间是接虫漏斗10、虫子滞留盒13、摄像头11和摄像头防护罩12等构成的虫子图像采集机构；这个区间可以考虑安放两块20ah蓄电池19；第三区间是集虫箱20。主体框架2下端与地面的连接，可以采用中间一根立柱的方式，也可以采用四个角上四条斜腿的方式。采用中间一根立柱的方式，与地面的连接，可以用角铁做一个增大面积的底盘，底盘上面连接立柱，下面的底盘上压上土石之类；也可以采用路灯、庭院灯的安装方式，立柱下端的法兰与地下预埋件连接。如果采用四根斜腿的方式，则腿脚的下端楔入地钉即可。
27.电器配置方面，诱虫光源3一般都采用365nm左右的紫外光波段，功率15w为宜，带电栅栏4杀虫高压不宜超过5000v，否则有可能有些虫子会被击破，导致不容易被识别；短路电流小于10ma；电池板50w，蓄电池38ah就即可。其他参数可参照2017版电击式杀虫灯国家标准。
28.工作程序的控制。目前，专用于太阳能杀虫灯的控制器，一般都带有光控雨控功能，即天黑后设备自动开启工作程序，天亮后自动关闭；下雨时设备会自动停止工作，雨停后重新恢复工作。这种通用控制器，可以满足该一体化装置灯光诱杀部分的工作。对于虫子图像采集机构工作的控制，可以在通用控制器单片机上一并编写，也可以编写专门控制电路板；编写程序时，结合上述发明内容中提到的虫子图像采集机构的工作流程，以及光敏二极管或视觉传感器的相关参数。
29.本发明提供的带电栅栏4，通常情况下，上面夹塞的虫子比较少，一般不至于引发高压短路。根据需要，也可以考虑在带电栅栏4下端钢丝横筋8上安装一只带偏心的微型电动机，定时震动一下，可以清理掉带电栅栏4上残留的虫子。这是一种全新类型的带电栅栏，其两极高压的绝缘依靠钢板横筋7两端的绝缘连接件9，该件的制作要选用耐高压电击的材料，用工业陶瓷为宜。
30.由虫子滞留盒13与摄像头11等部件构成的虫子图像采集机构，设置在带电栅栏4与集虫箱20之间；但摄像头11与摄像头防护罩12，适宜安装在接虫漏斗10的漏口上方，既不妨碍四周落下的虫子滑落到虫子滞留盒13，同时可以遮挡上方诱虫光源3投射的光线，以避免复活的虫子冲着灯光向上飞；而虫子滞留盒13，安装在接虫漏斗10外侧的漏口处，两者可以连接在一起。用于拍照照明的led灯珠18，要安装在虫子滞留盒13内壁与接虫漏斗10斜壁形成的夹角处，led灯珠18不要漏出接虫漏斗10的漏口。虫子滞留盒13底门14的打开，以使用电磁铁16为宜；其闭合复位，以配重15的方式为宜。
31.该一体化装置对于监测与预警之功能，可以分阶段实施。虫子图像的采集查看，目前有些通用影像设备，已经具备直接上传网络的功能，是可以直接使用的。但若要获得性价比高一些的，最好是专业定制。物联网这一块，目前也有通用模块，在设定地块范围内所有设备互联，已经不成问题。人工智能技术的结合，可以考虑通过互联网人工智能开放平台，接入专业化的图像识别定制服务，通过现场采集的虫子图像，对重点监测的目标害虫进行识别训练，根据人工智能识别算法的提升与改进，逐步过渡到用训练完成的模型对现场即时采集的虫子图像中的目标害虫予以识别，并根据设定的阈值予以自动预警。对于害虫的智能防治也需要逐步实现，依赖于人工智能(机器人)的技术状况。从目前这类技术状况及其发展趋势看，对于害虫监测、预警和防治的智能化自动化是没有问题的。