一种基于电子鼻的快速预测茶树受害虫入侵程度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种快速无损检测农作物害虫入侵程度的方法，特别涉及一种基于电 子鼻的快速预测茶树受害虫入侵程度的方法。
【背景技术】
[0002] 据统计，如今我国的茶叶年消费量已高达66万吨左右，人均饮茶0.45公斤/年。茶 对中国的社会历史文化和现实生活都产生了重要影响。从世界范围看，茶已成为全球性的 天然饮料。并以其天然和健康的声誉风靡全球，其消费总量位居除水以外的所有软饮料之 首。
[0003] 在茶叶的生产过程中，茶树的质量(健康状态)对茶叶的品质和产量起着至关重要 的影响。每年因茶树害虫、疾病等问题，茶叶的产量及品质造成巨大损失。茶树受害程度是 对茶叶产量损失最为直观的影响因素，通过对茶树受害程度的检测可以预测茶叶产量的损 失，以及可以通过受害程度这个指标做好对茶园内害虫的治理措施。
[0004] 电子鼻是一种以特定的传感器和模式识别系统快速提供被测样品的整体信息，指 示样品的隐含特征的检测仪器，具有高灵敏度、可靠性、重复性、它可以对样品进行量化。目 前，利用电子鼻在茶树受害程度检测方面尚未有相关报道，而电子鼻作为一种快速。准确的 检测手段，在植物害虫检测方面具有广泛应用前景。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于电子鼻的快速预测茶树受害虫入侵程度的方法， 该方法能较准确快速的鉴别出茶树受害的程度，并且对茶树无损伤。
[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种基于电子鼻的快速预测茶树 受害虫入侵程度的方法，该方法检测过程在电子鼻样品顶空收集装置中实现，该装置包括 空气栗、活性炭管、流量计、特氟隆管、密封板、支架台、茶树、玻璃罩;其中，所述空气栗、活 性炭管、流量计和玻璃罩通过特氟隆管依次连接;密封板设置在支架台和玻璃罩之间；茶树 的根部在密封板的下方，茶树的枝叶在玻璃罩之内；
[0007] 电子鼻样品顶空收集装置的工作条件为:通过流量计将空气流量控制在1000ml/ min到1400ml/min之间，该装置工作的时间控制在5min-8min之间，使玻璃罩内的气体均为 经活性炭管净化后的空气；
[0008] 该方法具体包括以下步骤：
[0009] (1 )、将茶树叶片洗净，去除灰尘，并挑选健康无损伤的茶树作为检测对象。选取7 组待测茶树样品，每组待测茶树样品中包含η株茶树，其中，η为大于等于10的自然数;对6组 待测茶树样品移植不同数量的的害虫，分别是5只、10只、15只、20只、25只和30只，最后一组 健康无损伤的茶树作为对照组，害虫取食8小时后，将茶树放入电子鼻样品顶空收集装置 中，并且保证装置内茶树的叶片为20-25片，然后在室温下放置30min-40min使该顶空装置 内挥发物浓度达到稳定；
[0010] (2)、抽取电子鼻样品顶空收集装置内的挥发物，注入电子鼻系统中，设置检测时 间为60s_90s、清洗时间为60s_80s和气流速度为200ml/min-400ml/min;电子鼻系统中的传 感器与挥发物发生反应，产生响应信号；
[0011] (3)、选用各个传感器响应曲线的稳定值作为特征值，采用一种基于主成分分析的 特征选择算法对电子鼻进行传感器筛选，其基本过程为:通过计算电子鼻全部传感器特征 值的协方差矩阵的特征值和特征向量，选取主成分分量累积贡献率达到95%以上的前几个 主成分的特征值和特征向量，计算原始传感器特征值Xi与前m个主成分Y1，Y2,. .Ym的相关 系数的平方和Vi作为传感器选择的依据，平方和Vi的大小反映该传感器有多少信息被映射 到了前m个主成分中；
[0012] (4)、采用主成分分析比较电子鼻系统全部传感器阵列与采用由步骤3优选出来的 传感器阵列的效果，选取效果更好的传感器阵列；建立效果好的电子鼻传感器组合的特征 值与害虫入侵程度之间的偏最小二乘法模型，该模型表达式为：
[0013] Y = alXXl+a2XX2……+aiXXi+b
[0014] 式中Y为害虫入侵程度，；??%第i个传感器特征值，i为传感器序号，若电子鼻系统 全部传感器阵列效果好，则i取1到10,若是由步骤3优选出来的传感器阵列的效果好，则i取 相对应步骤3优选出来的传感器阵列序号，al、a2、ai和b均为常数；
[0015] (5)、按照步骤（1)和(2)检测未知害虫入侵程度的茶树，取得电子鼻的响应曲线， 使用步骤(3)中效果好的传感器组合阵列，并以传感器响应曲线稳定值作为特征值，最后代 入步骤(4)的预测模型中，预测其受害虫入侵程度。
[0016] 本发明具有的有益效果是：利用电子鼻对茶树受害程度进行预测，通过比较电子 鼻全部传感器与筛选优化传感器，确定较优的传感器阵列组合，然后以传感器响应曲线稳 定值作为特征值，建立其与害虫入侵程度的偏最小二乘法回归预测模型。该方法实现了使 用电子鼻直接对茶树受害虫入侵程度的定量预测，并具有快速、准确的特点，为茶树，甚至 是植物害虫受害程度预测提供了一种新方法。
【附图说明】
[0017] 图1是电子鼻样品顶空收集装置；
[0018] 图2是电子鼻检测茶树受害程度的传感器响应信号；
[0019] 图3是两种传感器阵列组合主成分分析对比图；
[0020] 图4是害虫入侵程度预测值与实际值之间的回归模型曲线；
[0021] 图1中：空气栗1、活性炭管2、流量计3、特氟隆管4、密封板5、支架台6、茶树7、玻璃 罩8〇
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0023]本发明采用一种基于电子鼻的快速预测茶树受害虫入侵程度的方法，该方法在如 图1所示的电子鼻样品顶空收集装置中实现，该装置包括空气栗1、活性炭管2、流量计3、特 氟隆管4、密封板5、支架台6、茶树7、玻璃罩8;其中，所述空气栗1、活性炭管2、流量计3和玻 璃罩8通过特氟隆管4依次连接;密封板5设置在支架台6和玻璃罩8之间；茶树7的根部在密 封板5的下方，茶树7的枝叶在玻璃罩8之内，茶树7挥发出来的气味填充在玻璃罩8之内，玻 璃罩8容积为5L，空气栗1向玻璃罩8内栗空气，使玻璃罩8内填充经活性炭管2净化后的空 气。
[0024] 电子鼻样品顶空收集装置的工作条件为:通过流量计3将空气流量控制在1000ml/ min到1400ml/min之间，样品顶空该装置工作的时间控制在5min-8min之间，使玻璃罩8内的 气体均为经活性炭管2净化后的空气。
[0025] 建立模型对机械损伤程度进行预测，其该方法具体步骤包括：
[0026] 1、将茶树叶片洗净，去除灰尘，并挑选健康无损伤的茶树作为检测对象。选取7组 待测茶树样品，每组待测茶树样品中包含η株茶树，其中，η为大于等于10的自然数;对6组待 测茶树样品该茶树移植不同数量的的害虫，分别是5只、10只、15只、20只、25只和30只，最后 一组健康无损伤的茶树作为对照组，害虫取食8小时后，将茶树放入电子鼻样品顶空收集装 置中，并且保证装置内茶树的叶片为20-25片，然后在室温下放置30min-40min使该顶空装 置内挥发物浓度达到稳定；
[0027] 2、抽取电子鼻样品顶空收集装置内的挥发物，注入电子鼻系统中，设置检测时间 为60s_90s、清洗时间为60s_80s和气流速度为200ml/min-400ml/min;电子鼻系统中的传感 器与挥发物发生反应，产生响应信号；
[0028] 3、选用各个传感器响应曲线的稳定值作为特征值，采用一种基于主成分分析的特 征选择算法对电子鼻进行传感器筛选，其基本过程为:通过计算电子鼻全部传感器特征值 的协方差矩阵的特征值和特征向量，选取主成分分量累积贡献率达到95%以上的前几个主 成分的特征值和特征向量，计算原始传感器特征值Xi与前m个主成分Y1，Y2,. .Ym的相关系 数的平方和Vi作为传感器选择的依据，这个Vi的大小就反映了该传感器有多少信息被映射 到了前m个主成分中；