一种基于亚洲长翼蝠调频型觅食回声定位声波及防控鳞翅目农业害虫的方法

本发明涉及农业害虫绿色防控，特别涉及一种基于亚洲长翼蝠调频型觅食回声定位声波及防控鳞翅目农业害虫的方法，属于仿生声学生态调控、捕食风险信号模拟、害虫行为调控和智慧农业装备技术。

背景技术：

1、鳞翅目农业害虫是农业生产中危害较重的一类害虫，斜纹夜蛾、棉铃虫、草地贪夜蛾、甜菜夜蛾、黏虫、玉米螟、稻纵卷叶螟等害虫能够危害玉米、水稻、棉花、蔬菜、果树及多种经济作物。现有农业害虫防治方式主要包括化学农药防治、生物防治、物理诱捕和农业管理措施。其中，化学农药虽然见效较快，但长期大量使用容易造成农药残留、环境污染、害虫抗药性增强和非靶标生物受损等问题。因此，开发绿色、低残留、低环境风险的新型害虫防控技术具有重要意义。

2、声波防控害虫是一类较早被提出的物理防控技术。现有技术中已有利用超声波、仿生声波、变频超声波、电磁波或振动信号进行驱虫、驱蚊或诱捕的相关装置。如cn201911228u公开了一种多功能驱虫器，通过仿蝙蝠声波驱虫、超声波固定频率驱虫和超声波变频驱虫等功能实现驱虫目的。cn103947634a公开了一种电子驱蝇器，通过mcu、数模转换器、功率放大器、超声波换能器和声波反射器等装置结构，随机调用经数字化处理的蝙蝠脉冲超声波信号，并将其转换为模拟信号后放大输出，以模拟蝙蝠超声波对蚊虫产生驱避作用。

3、然而，现有声波驱虫技术仍存在以下不足。

4、第一，现有技术多以固定频率、变频频率、合成脉冲或笼统的“仿蝙蝠声波”为核心，无法真实模拟害虫在自然环境中感知到的蝙蝠捕食风险，对于害虫防控能力较差。

5、第二，现有技术通常只是直接录制蝙蝠声波，由于自然采集的蝙蝠声波容易受到录音环境、设备噪声、背景噪声、个体差异和觅食状态影响，声波信号驱虫效果不佳，而且难以稳定复制。

6、因此，有必要提供一种以真实蝙蝠觅食声波的采集、处理、筛选和效果验证为核心的鳞翅目农业害虫防控方法，从而解决现有技术声波驱虫效果不佳的问题。

技术实现思路

1、食虫蝙蝠是夜间生态系统中的重要捕食者，许多鳞翅目昆虫在长期进化过程中形成了感知蝙蝠超声信号的能力。当害虫感知到蝙蝠觅食回声定位声波时，可产生停止飞行、减少活动、改变停落、降低取食、降低交配和产卵等反捕食行为。发明人采集多种蝙蝠觅食过程中的真实回声定位声波，经去噪、参数标准化、声压级标准化、持续时间调整和间隔时间调整后，对鳞翅目农业害虫进行行为、发育和繁殖响应测试，发现亚洲长翼蝠调频型觅食回声定位声波对鳞翅目农业害虫具有较好的防控效果。

2、本发明的目的在于提供一种基于亚洲长翼蝠调频型觅食回声定位声波及防控鳞翅目农业害虫的方法。

3、本发明通过采集多种蝙蝠觅食过程中的真实回声定位声波，对其进行去噪、参数标准化、声压级标准化、持续时间调整和间隔时间调整，并通过害虫行为、发育和繁殖实验进行筛选，获得对鳞翅目农业害虫具有较好驱避和防控效果的亚洲长翼蝠调频型觅食回声定位声波。

4、本发明进一步将筛选获得的亚洲长翼蝠调频型觅食回声定位声波用于田间回放，使鳞翅目农业害虫产生捕食风险响应，从而降低其活动、取食、交配、产卵、孵化、化蛹或羽化成功率，减轻作物受害并提高作物产量。

5、本发明基于亚洲长翼蝠调频型觅食回声定位声波采用如下技术方案。

6、一种基于亚洲长翼蝠调频型觅食回声定位声波的采集方法，包括以下步骤：

7、s1、采集亚洲长翼蝠觅食过程中的回声定位声波序列，包括蝙蝠搜索猎物、接近猎物和终末捕食阶段产生的声波序列；

8、s2、对采集获得的原始蝙蝠声波信号进行去噪与甄别处理，具体操作如下：

9、1）载入与显示：将原始声波信号导入声学分析软件（avisoft-saslab pro），生成声谱图、波形图和功率谱并同步显示；声谱图采用短时傅里叶变换（short-time fouriertransform，stft）生成，分析窗采用hamming窗，窗长设为 256～1024 点，优选 512 点，加汉明窗（hamming window），帧间重叠率设为 75%，频率显示范围覆盖 0～200 khz，使蝙蝠调频脉冲的时频结构清晰可辨；

10、2）非目标信号的识别与剔除：识别并保留亚洲长翼蝠调频型觅食回声定位声波目标信号：目标信号为分布于超声频段的调频（fm）型脉冲，在声谱图上呈清晰、连续的向下调频扫频轨迹（频率随时间由高到低扫降），其调频主要分布于约 50 khz 至 75 khz、终止频率约 45 khz 至 50 khz、带宽约 25 khz 至 30 khz，必要时可见谐波，据此区别于呈 ≤20 khz 连续水平条带、无调频扫频结构的背景低频噪声与设备噪声，以及宽带无结构的风噪和水声；其调频结构、峰频与脉冲节律符合亚洲长翼蝠的种类特征，据此区别于声谱图上带水平恒频段的恒频—调频型蝙蝠声波及峰频、调频斜率或脉冲间隔明显不同的其他蝙蝠声波，并区别于昆虫的低频或恒频窄带鸣声；同时，目标信号应呈现"搜索相—接近相—终末捕食相（终末蜂鸣）"的完整觅食序列结构，即随蝙蝠接近猎物，脉冲间隔由搜索相的较长间隔逐渐缩短、脉冲重复率相应升高，至终末蜂鸣阶段脉冲间隔最短、重复率最高且扫频频率整体下移、能量集中于约 25 khz 至 50 khz。据此保留同时具备上述下扫调频结构、且呈现"搜索—接近—终末蜂鸣"渐变节律的声波序列，而剔除未表现出典型觅食行为特征（如接近相或终末蜂鸣）的连续飞行声波、社群交流声波以及无回声定位结构的异常脉冲；当声波序列至少满足所述频段特征、调频结构特征及觅食序列特征中的两项或以上时，可判定为目标信号。

11、3）信噪比筛选：逐脉冲比较信号峰值与相邻静音段背景噪声的强度，将信噪比低于设定阈值（如低于 10 db，优选低于 15 db）的脉冲或片段记为低信噪比片段并剔除，保留信噪比合格、脉冲结构完整、首尾未被截断的声波序列，记为有效声波序列；

12、4）觅食阶段的辨识与分割标注：依据蝙蝠觅食过程中搜索相、接近相和终末捕食相在声学结构上的特征差异进行辨识与分割。搜索相脉冲间隔较长（大于 60 ms）、脉冲持续时间较长、重复率较低；接近相随蝙蝠逼近目标，脉冲间隔逐渐缩短、脉冲持续时间缩短、重复率升高；终末捕食相（终末蜂鸣，feeding buzz）脉冲间隔最短（小于 10 ms）、重复率最高、峰频下降；据此将连续声波序列分割并标注为搜索相、接近相或终末捕食相，剔除脉冲间隔均匀、无接近—捕食结构的通勤飞行声波以及社群交流声波等非觅食状态声波，仅保留完整代表"搜索—接近—捕食"觅食捕食过程的有效声波序列；

13、s3、对s2获得的去噪后的有效声波序列进行参数提取和标准化处理，具体操作如下：

14、1）逐脉冲划界与读数：在声学分析软件（avisoft-saslab pro的声谱图、波形图和功率谱密度图上，对有效声波序列逐脉冲操作。先在波形图上标定单个脉冲的起点与终点（以脉冲包络幅值上升至背景噪声之上、并回落至背景噪声水平处为界），读取单脉冲持续时间；再在声谱图上沿调频扫频轨迹放置游标，分别读取扫频起点对应的起始频率与扫频终点对应的终止频率；在该脉冲的功率谱上读取能量最高处对应的峰频，读取能量集中频段对应的主频；以起始频率与终止频率之差计算带宽；测量相邻两脉冲起点之间的时间间隔得到脉冲间隔，测量序列首末脉冲之间的时长得到声波序列持续时间；

15、2）调频斜率的计算：以（起始频率−终止频率）除以单脉冲持续时间，计算每一脉冲的调频斜率；

16、3）核对与异常剔除：将上述逐脉冲读数汇总为该声波序列的声学参数组并复核，对软件自动测量中因谐波、混响或残余噪声造成的明显偏差进行校正（如自动测量将谐波误判为主频时，对照声谱图改取基频）；将参数明显偏离目标蝙蝠种类参考声学范围、或因测量条件不佳而不可靠的脉冲或序列予以剔除；

17、4）设定标准化基准：技术人员设定统一的标准化基准。将各有效声波序列的声压级经校准后归一化至同一参考声压级（如 60 db spl，于距声源 1 m 处校准），将各录音文件的时长结构归一化至同一参考时长基准（如单文件 1 min、含 14 个声波序列、序列间设5～8 s 随机静音间隔）；

18、5）归一化与重构：按上述基准对不同个体、不同采集条件或不同蝙蝠种类的声波参数进行归一化，使各声波序列在相同声压级和相同时长结构下可比，记为标准化声学参数组；对因脉冲缺失或局部受扰而结构不完整、但整体可代表该蝙蝠觅食声波的序列，依据搜索相、接近相和终末捕食相的声学结构，对其缺失或受扰脉冲的参数进行重构与补全，使其恢复为结构完整、可重复播放的标准化声波序列；

19、s4、对标准化后的蝙蝠声波进行持续时间调整和间隔时间调整，形成可重复播放和可比较测试的标准化蝙蝠声波文件；

20、将获得的声波文件分别用于鳞翅目农业害虫的行为、发育和繁殖响应测试；

21、根据目标害虫的活动强度、停落频次、取食量、发育历期、死亡率、化蛹率、羽化失败率、成虫寿命、产卵量、卵孵化率和作物受害程度，从多个候选声波中筛选获得防控效果较优的声波；

22、在种植区域内夜间播放亚洲长翼蝠调频型觅食回声定位声波，对鳞翅目农业害虫进行驱避、行为抑制或种群适合度降低，从而达到防控目的。

23、优选地，每个标准化声波录音文件持续30 s至10 min，进一步优选为1 min；每个播放文件包括5至30个蝙蝠觅食声波序列，进一步优选为14个声波序列；相邻声波序列之间设置1 s至20 s静音间隔，进一步优选为5 s至8 s随机静音间隔。

24、优选地，鳞翅目农业害虫包括斜纹夜蛾、棉铃虫、草地贪夜蛾、甜菜夜蛾、黏虫、玉米螟、稻纵卷叶螟、卷叶蛾、尺蛾、螟蛾、夜蛾或其他具有蝙蝠超声感知能力的夜行性鳞翅目农业害虫中的一种或多种。

25、有益效果

26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。

27、本发明的发明点通过真实蝙蝠觅食声波采集、去噪、标准化处理、参数调整、害虫响应测试和对比筛选，获得对鳞翅目农业害虫具有较好防控效果的亚洲长翼蝠调频型觅食回声定位声波。

28、本发明产生的声波来源于亚洲长翼蝠真实觅食过程中的调频型回声定位声波，包含搜索、接近或终末捕食阶段的声学信息，较固定频率超声、简单变频超声或普通合成声波更接近害虫在自然条件下感知到的蝙蝠捕食风险信号。通过去噪、参数标准化、声压级标准化、持续时间调整和间隔时间调整，使真实动物声波具备可复制、可比较和可推广应用的技术特征。

29、本发明不依赖化学农药，不产生农药残留，可用于绿色农业、生态农业和农药减量化生产体系。