一种集成密度检测的害虫现场检测设备及系统的制作方法

本发明涉及害虫监测与防治，尤其涉及一种集成密度检测的害虫现场检测设备及系统。

背景技术：

1、在害虫防治领域，传统检测方法主要依靠技术人员对检测现场的害虫（蚊虫、老鼠、蟑螂等）分布进行直接观察，此类检测方法虽然可对常规区域进行检测及后续消杀，但对于技术人员不便进入检测及消杀的特定区域，如通风口、下水道口等，难以实现对害虫的有效检测和消杀处理，现在多采用智能传感技术（微型麦克风、压电薄膜传感器、热释电红外阵列等）对检测区域的害虫进行检测，并通过后续无人机或者机器人对不便进入的区域进行消杀。

2、在检测现场的通风口区域，由于存在持续高速气流与设备运行振动，飞行害虫振翅产生的微弱声纹回声及爬行害虫爬过时压电薄膜的瞬态形变信号，易被强背景噪声淹没，致使传感器难以从复杂干扰中准确捕获不同类别害虫的原始活动物理特征，而且由于飞行害虫的间歇性高频振翅、爬行害虫的断续爬行接触与啮齿动物的偶发性热源闯入在活动频次和停留时长上存在行为差异，缺少统一密度量化标尺，易造成依据多源异质信号综合判定害虫密度是否达到行动阈值的决策依据不足，进而影响对无人机或机器人派出指令的可靠触发，为此，现提出一种集成密度检测的害虫现场检测设备及系统，以解决上述提出的问题。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中的缺点，本发明提供了一种集成密度检测的害虫现场检测设备及系统，能够有效解决上述背景技术中涉及的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：第一方面，本发明提供了一种集成密度检测的害虫现场检测设备，其上搭载有智能传感系统和害虫现场检测系统，有效提升对隐蔽区域害虫活动的自动化感知能力；

3、其中，所述智能传感系统包括微型麦克风阵列、压电薄膜传感器及热释电红外阵列，以采集检测现场的原始物理活动信号，实现对飞行、爬行、啮齿三类害虫活动信号的多模态同步捕获；

4、所述害虫现场检测系统，用于在干扰下综合判定害虫密度是否达到行动阈值并触发无人机或机器人派遣，以进行检测现场的害虫消杀，确保在复杂现场环境下决策依据充分且派遣指令可靠触发；

5、且所述智能传感系统与所述害虫现场检测系统之间通过实时数据流水线协同运作，所述智能传感系统将采集的原始物理活动信号汇入害虫现场检测系统，所述害虫现场检测系统向所述智能传感系统反馈采集窗口启闭控制信号及参数自适应调整指令。

6、第二方面，本发明还提供了一种集成密度检测的害虫现场检测系统，搭载于上述所述的集成密度检测的害虫现场检测设备上，包括以下模块：

7、多模异构感知模块，基于现场检测设备上搭载的智能传感系统（微型麦克风、压电薄膜传感器、热释电红外阵列），在强气流与振动干扰的现场环境中，同步捕获飞行、爬行、啮齿三类害虫的物理活动信号，确保多源信号在恶劣环境下同时获取且互不缺失；

8、脉冲特征提取模块，用于对害虫物理活动信号进行时频域分析与有效性甄别，从背景残留噪声中锁定各类害虫活动的确定性特征脉冲，并生成标准化的事件计数或时长度量，以锁定有效害虫活动波形，剔除残余干扰后保留高可信度的活动特征，为密度量化提供可靠输入；

9、异质信号度量模块，用于针对三类害虫在活动频次、接触时长、热源出现规律上的行为差异，分别为各传感器信号建立独立的密度权重模型，将物理事件统一转换为加权的等效密度贡献值，将异质信号归一化至统一量纲，使多源信息可在同一尺度下比较；

10、指令确认与派遣模块，用于将等效密度贡献值加权求和生成综合密度指数，与预先经现场标定的预警门限进行比对，判断是否触发预警信号并派遣无人机或机器人进行消毒。

11、优选的，所述多模异构感知模块包括稳态声纹缓存单元和压电感知单元；

12、其中，所述稳态声纹缓存单元，依托微型麦克风阵列，通过内置的循环缓存区，仅在检测现场气流流速趋于稳态的时间窗口内启动声纹采集，缓存并记录飞行类害虫振翅产生的微弱回声片段，有效避免气流湍流对声纹采集时机的干扰，提升弱信号捕获成功率；

13、所述压电感知单元，用于连接压电薄膜传感器，设定基于现场背景振动实时估算的动态阈值门控电路，仅当爬行类害虫引发的形变脉冲幅度超过该动态阈值时，才记录该瞬态波形并打上时间戳，滤除设备持续振动带来的背景干扰，准确定位有效接触时刻。

14、优选的，所述稳态声纹缓存单元具体包括：

15、接入现场检测设备上搭载的微型麦克风阵列，同步获取阵列中各微型麦克风所在测点的瞬时气流流速数据，将流速数据与系统内预置的稳态判定窗口阈值进行比对，仅在连续采样时段内流速波动率均低于设定容差范围时，判定当前时刻为有效稳态采集窗口，确保声纹采集起始时刻完全避开气流扰动剧烈的时段；

16、在有效稳态采集窗口开启期间，启动循环缓存区的写入操作，按照预设采样率持续缓存麦克风阵列拾取的原始声纹数据，同时以先入先出的队列管理方式维护缓存区容量，确保缓存片段完整覆盖飞行类害虫振翅行为的间歇性起停周期，使锁存的数据片段足以涵盖振翅事件从开始到结束的完整过程；

17、当稳态采集窗口因气流波动超限而关闭时，立即锁定当前循环缓存区内已存储的声纹片段，对已存储的声纹片段附加当前窗口的时间标签与流速均值标记，并将锁定的声纹片段转存至待处理的声纹缓存队列中，以等待后续特征提取单元调取，为后续特征分析提供可追溯的环境状态标识与有序的数据来源。

18、优选的，所述压电感知单元具体包括：

19、接入现场检测设备上搭载的压电薄膜传感器阵列，同步采集各传感通道输出的原始形变电压信号，并以滑动时间窗口方式连续计算窗口内电压信号的背景振动均方根值，将背景振动均方根值作为基准噪声基底，使门限设定始终跟随现场振动水平变化，避免固定门限失效；

20、依据估算的基准噪声基底，通过门控电路动态设定各通道当前时刻的超阈值触发门限，所述超阈值触发门限按基准基底乘以预设比例系数实时更新，当任一通道的瞬态形变脉冲峰值超过该超阈值触发门限时，门控电路输出触发锁定信号，确保仅振动幅值显著超出背景的形变信号被捕获；

21、在触发锁定信号有效的持续时间内，记录该段瞬态波形的完整时域数据、峰值幅值与过零时刻，并将该波形数据与对应的通道编号及触发时刻一并打上时间戳，封装为待认证的压电原始事件包，传送至脉冲特征提取模块，保留完整的瞬态波形信息供后续精细甄别使用。

22、优选的，所述脉冲特征提取模块包括回声时频甄别单元和形变脉冲波形认证单元；

23、其中，所述回声时频甄别单元，用于对缓存区内的声纹片段执行短时傅里叶变换，提取周期性调制特征，依据飞行类害虫振翅的间歇性高频起停模式，剔除气流涡流产生的随机宽频噪声，输出有效的振翅事件脉冲计数，分离气流噪声与振翅特征，确保声学计数结果的纯净性；

24、所述形变脉冲波形认证单元，用于对超阈值记录的压电波形进行斜率与脉宽分析，区分爬行类害虫多足交替爬行产生的多峰脉冲串与单次机械冲击脉冲，通过模板匹配确认有效爬行接触事件，输出经认证的压力形变计数，避免机械冲击被误判为害虫接触，提高力学事件识别的准确率。

25、优选的，所述回声时频甄别单元具体包括：

26、从声纹缓存队列中调取已锁定的时域声纹片段，对该片段执行短时傅里叶变换，生成对应的时频谱图，并在时频谱图上按预设频带范围提取各时间窗内的频域能量分布数据，以构建初始的时频特征矩阵，将时域信号转换为时频联合表示，便于后续周期性特征识别；

27、沿时间轴遍历时频特征矩阵，提取相邻时间窗间能量在特定频带内的周期性起伏节律，计算周期性起伏节律的重复间隔与占空比，将符合飞行类害虫振翅间歇性高频起停模式的周期性调制特征标记为候选振翅事件，从背景中定位具备振翅节律特征的候选时段；

28、针对候选振翅事件所在的时间窗，将其频域能量分布与同步采集的气流涡流宽频噪声特征模板进行比对，剔除与模板匹配度超过预设阈值的宽频干扰段，仅保留经甄别确认后的有效振翅事件，输出事件计数结果，滤除气流宽频噪声对振翅信号的混淆干扰，保证计数结果的真实有效性。

29、优选的，所述形变脉冲波形认证单元具体包括：

30、接收压电原始事件包中的瞬态波形数据，对瞬态波形数据进行一阶微分运算得到斜率变化曲线，同时测量波形从触发起始点至回归基线所经历的总脉宽时长，并将斜率极值序列与脉宽时长作为波形的初级形态特征参数，提取波形上升与下降速率的关键形态信息；

31、依据初级形态特征参数进行粗筛判定，识别波形是否为单一主峰构成的单次冲击型脉冲，若是则归入机械振动干扰候选集并予以排除，若波形呈现多个间隔规则的主峰串联形态，初步判定为多足交替爬行的候选多峰脉冲串，快速剔除冲击干扰，保留具备爬行足印特征的波形；

32、将候选多峰脉冲串与系统内预置的爬行类害虫足部接触模板进行互相关匹配计算，当互相关系数超过预设认证阈值时，将该脉冲串确认为一次有效爬行接触事件，累积计数并输出认证后的形变事件计数值，提升对爬行害虫接触事件的识别准确性与统计可靠性。

33、优选的，所述异质信号度量模块具体包括：

34、接收脉冲特征提取模块输出的振翅事件计数与形变事件计数，同时接入热释电红外阵列处理后的热源闯入有效时长数据，按观测窗口周期分别统计三类事件的原始频次原始值及时间占有比值，作为各信号源的原始度量基数，将三类传感器信号统一到同一观测时间尺度下进行评估；

35、针对飞行类害虫的间歇性高频振翅行为，依据相邻振翅事件间的时间间隔分布，计算间隔补偿因子并以该因子修正原始振翅计数，得到等效飞行密度贡献值，修正静默期对密度评估的拉低效应；针对爬行类害虫的断续接触行为，依据接触总时长占观测窗口的比例，线性映射为等效爬行密度贡献值，将断续接触行为平滑为连续的密度评估指标；

36、针对啮齿类动物的偶发性热源闯入行为，依据热源有效滞留时长与移动轨迹覆盖范围，通过预设的驻留时长-范围联合权重函数，热源有效滞留时长与移动轨迹覆盖范围综合运算生成等效啮齿密度贡献值，将三类等效密度贡献值并行输出至指令确认与派遣模块，使偶发性闯入行为的综合威胁程度可量化参与决策。

37、优选的，所述指令确认与派遣模块具体包括：

38、接收三类等效密度贡献值，按系统内预存的现场标定权重系数执行加权求和运算，生成综合密度指数，同时获取当前观测窗口的环境温度与湿度值，用于后续门限的自适应微调依据，使预警门限可随现场环境条件变化自适应调整；

39、将综合密度指数与经现场标定基准值结合当前温湿度修正后的预警门限进行数值比对，若连续三个观测窗口的计算结果均等于或超过该修正门限，则判定触发预警条件，生成携带当前综合指数与窗口时间戳的预警信号，防止单次瞬态信号尖峰导致的误触发；

40、接收预警信号后，调取气流流速监测值与设备振动加速度幅值，分别校验两者是否均处于预设的无人机或机器人安全派遣上限区间之内，在校验通过后，生成包含执行区域编码与消毒参数的指令，发送至无人机或机器人端，并同步记录触发全流程数据至本地日志，保障派遣决策的安全性与全流程数据可追溯。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

42、1、该一种集成密度检测的害虫现场检测设备及系统，通过在检测现场害虫必经路径上部署集微型麦克风、压电薄膜传感器和热释电红外阵列于一体的智能传感系统，实现对飞行、爬行、啮齿三类害虫物理活动信号的同步捕获，无需技术人员进入通风口、下水道口等不便到达的检测区域即可完成对多种类型害虫的全方位感知，拓展了害虫检测的空间覆盖范围与目标覆盖种类。

43、2、该一种集成密度检测的害虫现场检测设备及系统，针对强气流与设备振动共存的高干扰现场环境，采用气流稳态窗口触发的声纹缓存策略和背景振动动态跟踪的门控采集机制，使微弱声纹信号仅在干扰低谷时段被捕获、压电形变信号仅在超越实时背景基底时被记录，在源头处抑制强背景噪声对有效信号的淹没效应，保障了从复杂干扰环境中提取害虫活动物理特征的可行性与可靠性。

44、3、该一种集成密度检测的害虫现场检测设备及系统，通过对采集到的声纹信号进行时频域周期性调制特征甄别并剔除气流宽频噪声干扰，以及对压电波形进行斜率形态分析与模板匹配认证，实现飞行害虫振翅事件与爬行害虫接触事件的精确识别与有效性确认，排除了气流涡流、机械冲击等非生物源干扰因素导致的虚假触发，保证密度评估所依据的原始事件计数的高度准确性。