舒磊教授团队在《Electronics》提出新型粘虫板式害虫扑灯节律监测装置

南京农业大学舒磊教授团队在害虫夜间扑灯节律监测装置方面取得新进展。相关成果以“A Field-Deployable Visual Monitoring Device for Measuring Nocturnal Phototactic Rhythm of Rice Pests”为题发表于国际期刊《Electronics》,提出了一种面向小型害虫扑灯节律监测的粘虫板式害虫监测装置,为获取高质量、高频率的虫情数据提供了新的技术路径。

扑灯节律(又称夜间趋光节律)是指具有趋光性的昆虫在夜间不同时间段内,受内在生物钟支配及外在环境刺激,所表现出的趋向光强变化的周期性行为规律。如图1所示,精准掌握这一节律具有重大实际应用价值:传统的物理测报与控害设备(如杀虫灯)往往采取整夜无差别开启的盲目工作模式,不仅能源消耗大,还容易误杀大量在非高峰期活跃的夜间益虫;而通过精准绘制不同害虫的扑灯节律图谱,能够直接指导田间物联网杀虫灯实施智慧动态开关策略,在害虫扑灯最高峰时段精准开灯控害,在低谷期或益虫活跃期及时关灯,从而在最大化控害效率的同时,显著降低设备能耗并最大程度保护生态益虫。

图1. 通过趋光节律指导杀虫灯开关灯策略

针对当前精准农业害虫测报领域中,现有自动化设备难以在夜间有效监测小型害虫扑灯节律的问题,本文通过构建新型的自动化图像采集装置,初步实现了水稻害虫扑灯节律的监测与数据获取。传统虫情测报装置对小型害虫捕获率低、诱杀过程破坏虫体形态(易造成虫体电碎、粘连堆叠)导致无法精准识别和计数。粘虫板式的虫情测报设备用于白天自然光照下监测害虫,在夜间补光时容易引发反射亮斑,干扰相机的拍摄以及后续的害虫识别。针对上述问题,该研究研发并实现了一种基于机器视觉的粘虫板虫情测报装置,能够在标准化的暗室环境里拍摄光照均匀的粘虫板害虫图像,实现对害虫扑灯节律的自动化监测。

图2. 研究内容的应用情景

图3. 装置的结构图。核心部件是主控箱,通过定期翻转粘虫板来捕捉害虫图像。内部专门设计的均光照明系统确保照片亮度均匀且无反光点

团队在南京市栖霞区八卦洲水稻种植基地进行了为期60天(完整覆盖水稻从秧苗、分蘖至抽穗的关键物候期)的实地部署验证。10台装置累计捕获了两万余张高分辨率时序图像,并初步分析了12种害虫的夜间活跃度变化特征。该研究在一定程度上填补了小型害虫夜间高频视觉测报的装备空白,推动了害虫物联网测报由日间虫情测报向夜间高频率虫情测报的演进。通过分析害虫夜间的扑灯高峰,为下一代杀虫灯实施物联网智慧诱捕提供了初步的数据支持,对大田实施绿色防控、精准减少非目标益虫误杀及农业装备全网能耗优化具有一定的应用价值。