本發(fā)明屬于靶標(biāo)昆蟲(chóng)的監(jiān)測(cè)與識(shí)別，具體涉及一種基于昆蟲(chóng)雷達(dá)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著氣候變化和生態(tài)環(huán)境的變化，遷飛昆蟲(chóng)如蝗蟲(chóng)、草地螟、草地貪夜蛾等對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響日益顯著。在應(yīng)用雷達(dá)監(jiān)測(cè)昆蟲(chóng)之前，昆蟲(chóng)遷飛過(guò)程一直是研究的“黑箱”，相較于傳統(tǒng)的燈光等監(jiān)測(cè)工具對(duì)昆蟲(chóng)進(jìn)行誘捕監(jiān)測(cè)，昆蟲(chóng)雷達(dá)可以在不會(huì)干擾生物的行為的過(guò)程中，進(jìn)一步獲取空中昆蟲(chóng)的飛行方向、飛行高度、質(zhì)量、振翅頻率等參數(shù)。

2、傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法包括人工觀察和簡(jiǎn)單的光學(xué)設(shè)備，不能提供及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)結(jié)果，且在大規(guī)模監(jiān)測(cè)上存在顯著的局限性。昆蟲(chóng)雷達(dá)可以長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)昆蟲(chóng)遷飛過(guò)程，但雷達(dá)回波點(diǎn)的種類(lèi)識(shí)別一直是難點(diǎn)問(wèn)題。因此，發(fā)展一種集成昆蟲(chóng)雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)和昆蟲(chóng)誘捕技術(shù)等來(lái)實(shí)現(xiàn)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的方法就顯得極為迫切。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于昆蟲(chóng)雷達(dá)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的方法及系統(tǒng)，以解決單純依靠雷達(dá)回波點(diǎn)分析技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種基于昆蟲(chóng)雷達(dá)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的方法，包括以下步驟：

4、基于昆蟲(chóng)雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)，獲得昆蟲(chóng)的雷達(dá)回波信號(hào)；

5、基于昆蟲(chóng)誘捕技術(shù)誘捕昆蟲(chóng)，比較昆蟲(chóng)的雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)量以及誘捕的昆蟲(chóng)數(shù)量，獲得雷達(dá)回波點(diǎn)的靶標(biāo)昆蟲(chóng)以及靶標(biāo)昆蟲(chóng)種類(lèi)數(shù)量；

6、測(cè)量所述靶標(biāo)昆蟲(chóng)的飛行能力和測(cè)量質(zhì)量；

7、分析現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)以及靶標(biāo)昆蟲(chóng)的雷達(dá)回波信號(hào)，獲得靶標(biāo)昆蟲(chóng)的自身飛行速度和計(jì)算質(zhì)量；

8、對(duì)靶標(biāo)昆蟲(chóng)的飛行能力和測(cè)量質(zhì)量與所述自身飛行速度和計(jì)算質(zhì)量進(jìn)行聚類(lèi)分析，并基于靶標(biāo)昆蟲(chóng)種類(lèi)數(shù)量，識(shí)別獲得所述靶標(biāo)昆蟲(chóng)的種類(lèi)。

9、優(yōu)選的，獲得雷達(dá)回波點(diǎn)的靶標(biāo)昆蟲(chóng)的方法為：

10、逐日分析昆蟲(chóng)的雷達(dá)回波信號(hào)的數(shù)量及數(shù)量變化，獲得所述雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)量超出預(yù)設(shè)閾值的日期和時(shí)間段；

11、基于雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)量超出預(yù)設(shè)閾值的日期和時(shí)間段，獲得雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)量高峰期；

12、在昆蟲(chóng)遷飛時(shí)間利用高空燈和地面燈對(duì)昆蟲(chóng)進(jìn)行逐日誘捕；

13、分析高空燈誘捕的昆蟲(chóng)數(shù)量超出預(yù)設(shè)誘捕閾值時(shí)的昆蟲(chóng)種類(lèi)和數(shù)量，當(dāng)高空燈誘捕的相應(yīng)種類(lèi)昆蟲(chóng)數(shù)量遠(yuǎn)大于同日地面燈誘捕的相應(yīng)種類(lèi)昆蟲(chóng)數(shù)量，且高空燈誘捕的相應(yīng)種類(lèi)昆蟲(chóng)數(shù)量的高峰期與同日昆蟲(chóng)的雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)量高峰期一致時(shí)，將相應(yīng)種類(lèi)昆蟲(chóng)作為雷達(dá)回波點(diǎn)的靶標(biāo)昆蟲(chóng)。

14、優(yōu)選的，分析現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)的方法為：

15、利用中尺度wrf模式對(duì)現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并結(jié)合昆蟲(chóng)雷達(dá)的經(jīng)緯度位置信息，獲得高空氣象模擬數(shù)據(jù)；

16、對(duì)高空氣象模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，獲得靶標(biāo)昆蟲(chóng)飛行高度的經(jīng)向風(fēng)和緯向風(fēng)。

17、優(yōu)選的，獲得靶標(biāo)昆蟲(chóng)的自身飛行速度和計(jì)算質(zhì)量的方法為：

18、分析靶標(biāo)昆蟲(chóng)的雷達(dá)回波信號(hào)，獲得靶標(biāo)昆蟲(chóng)的對(duì)地飛行速度、飛行方向以及所述計(jì)算質(zhì)量；

19、基于靶標(biāo)昆蟲(chóng)飛行高度的經(jīng)向風(fēng)和緯向風(fēng)，獲得飛行高度的風(fēng)速和風(fēng)向；

20、基于矢量比較所述風(fēng)向與所述飛行方向，獲得方向夾角；

21、基于所述對(duì)地飛行速度、所述風(fēng)速以及所述方向夾角，獲得靶標(biāo)昆蟲(chóng)自身飛行速度。

22、優(yōu)選的，獲得飛行高度的風(fēng)速sw的公式為：

23、獲得飛行高度的風(fēng)速dw的公式為：

24、dw＝180+mod(270-arctan2(v,u)×180/π,360)；

25、獲得方向夾角θ的公式為：θ＝|dw-di|；

26、獲得靶標(biāo)昆蟲(chóng)自身飛行速度s的公式為：

27、

28、其中，u為經(jīng)向風(fēng)，v為緯向風(fēng)，si為靶標(biāo)昆蟲(chóng)的對(duì)地飛行速度，di為靶標(biāo)昆蟲(chóng)飛行方向。

29、優(yōu)選的，識(shí)別獲得所述靶標(biāo)昆蟲(chóng)的種類(lèi)的方法為：

30、基于所有靶標(biāo)昆蟲(chóng)的飛行能力和測(cè)量質(zhì)量與所述自身飛行速度和計(jì)算質(zhì)量，建立樣本集；

31、基于靶標(biāo)昆蟲(chóng)種類(lèi)數(shù)量，設(shè)置聚類(lèi)k值，隨機(jī)選出k個(gè)中心點(diǎn)；

32、計(jì)算所述樣本集中每個(gè)數(shù)據(jù)到所述中心點(diǎn)的距離，將距離每個(gè)數(shù)據(jù)自身距離最近的中心點(diǎn)進(jìn)行第一次聚類(lèi)，獲得聚類(lèi)簇；

33、基于所述聚類(lèi)簇，獲得新的中心點(diǎn)，并反復(fù)迭代直至新的中心點(diǎn)的變化滿足預(yù)設(shè)收斂條件，獲得聚類(lèi)結(jié)果；

34、基于所述聚類(lèi)結(jié)果，獲得靶標(biāo)昆蟲(chóng)的種類(lèi)。

35、本發(fā)明還提供一種基于昆蟲(chóng)雷達(dá)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)所述的方法，包括：

36、雷達(dá)監(jiān)測(cè)模塊，用于基于昆蟲(chóng)雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)，獲得昆蟲(chóng)的雷達(dá)回波信號(hào)；

37、靶標(biāo)昆蟲(chóng)獲取模塊，用于基于昆蟲(chóng)誘捕技術(shù)誘捕昆蟲(chóng)，比較昆蟲(chóng)的雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)量以及誘捕的昆蟲(chóng)數(shù)量，獲得雷達(dá)回波點(diǎn)的靶標(biāo)昆蟲(chóng)以及靶標(biāo)昆蟲(chóng)種類(lèi)數(shù)量；

38、測(cè)量模塊，用于測(cè)量所述靶標(biāo)昆蟲(chóng)的飛行能力和測(cè)量質(zhì)量；

39、計(jì)算模塊，用于分析現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)以及靶標(biāo)昆蟲(chóng)的雷達(dá)回波信號(hào)，獲得靶標(biāo)昆蟲(chóng)的自身飛行速度和計(jì)算質(zhì)量；

40、識(shí)別模塊，用于對(duì)靶標(biāo)昆蟲(chóng)的飛行能力和測(cè)量質(zhì)量與所述自身飛行速度和計(jì)算質(zhì)量進(jìn)行聚類(lèi)分析，并基于靶標(biāo)昆蟲(chóng)種類(lèi)數(shù)量，識(shí)別獲得所述靶標(biāo)昆蟲(chóng)的種類(lèi)。

41、優(yōu)選的，所述靶標(biāo)昆蟲(chóng)獲取模塊，包括：

42、信號(hào)分析單元，用于逐日分析昆蟲(chóng)的雷達(dá)回波信號(hào)的數(shù)量及數(shù)量變化，獲得所述雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)量超出預(yù)設(shè)閾值的日期和時(shí)間段；基于雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)量超出預(yù)設(shè)閾值的日期和時(shí)間段，獲得雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)量高峰期；

43、昆蟲(chóng)誘捕單元，用于在昆蟲(chóng)遷飛時(shí)間利用高空燈和地面燈對(duì)昆蟲(chóng)進(jìn)行逐日誘捕；

44、靶標(biāo)昆蟲(chóng)獲取單元，用于分析高空燈誘捕的昆蟲(chóng)數(shù)量超出預(yù)設(shè)誘捕閾值時(shí)的昆蟲(chóng)種類(lèi)和數(shù)量，當(dāng)高空燈誘捕的相應(yīng)種類(lèi)昆蟲(chóng)數(shù)量遠(yuǎn)大于同日地面燈誘捕的相應(yīng)種類(lèi)昆蟲(chóng)數(shù)量，且高空燈誘捕的相應(yīng)種類(lèi)昆蟲(chóng)數(shù)量的高峰期與同日昆蟲(chóng)的雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)量高峰期一致時(shí)，將相應(yīng)種類(lèi)昆蟲(chóng)作為雷達(dá)回波點(diǎn)的靶標(biāo)昆蟲(chóng)。

45、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明利用昆蟲(chóng)誘捕技術(shù)判斷昆蟲(chóng)雷達(dá)監(jiān)測(cè)的靶標(biāo)昆蟲(chóng)種類(lèi)。利用實(shí)際測(cè)得的靶標(biāo)昆蟲(chóng)飛行能力和質(zhì)量與昆蟲(chóng)雷達(dá)提取并計(jì)算得到的昆蟲(chóng)自身飛行速度和質(zhì)量進(jìn)行聚類(lèi)分析，進(jìn)而識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)。本發(fā)明將昆蟲(chóng)雷達(dá)和昆蟲(chóng)誘捕等技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)靶標(biāo)昆蟲(chóng)監(jiān)測(cè)和識(shí)別，達(dá)到了準(zhǔn)確識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的技術(shù)效果，并有效監(jiān)測(cè)其飛行速度、方向和能力等行為參數(shù)，解決了單純依靠雷達(dá)技術(shù)等其他單一技術(shù)難以準(zhǔn)確識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的技術(shù)難題，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者和管理者提供決策依據(jù)，減少經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)損失，為避免產(chǎn)生重大損失提供方法支撐。

技術(shù)特征：

1.一種基于昆蟲(chóng)雷達(dá)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于昆蟲(chóng)雷達(dá)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的方法，其特征在于，獲得雷達(dá)回波點(diǎn)的靶標(biāo)昆蟲(chóng)的方法為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于昆蟲(chóng)雷達(dá)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的方法，其特征在于，分析現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)的方法為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于昆蟲(chóng)雷達(dá)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的方法，其特征在于，獲得靶標(biāo)昆蟲(chóng)的自身飛行速度和計(jì)算質(zhì)量的方法為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于昆蟲(chóng)雷達(dá)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于昆蟲(chóng)雷達(dá)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的方法，其特征在于，識(shí)別獲得所述靶標(biāo)昆蟲(chóng)的種類(lèi)的方法為：

7.一種基于昆蟲(chóng)雷達(dá)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于昆蟲(chóng)雷達(dá)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的系統(tǒng)，其特征在于，所述靶標(biāo)昆蟲(chóng)獲取模塊，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于昆蟲(chóng)雷達(dá)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的方法及系統(tǒng)，方法包括以下步驟：基于昆蟲(chóng)雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)，獲得昆蟲(chóng)的雷達(dá)回波信號(hào)；基于昆蟲(chóng)誘捕技術(shù)誘捕昆蟲(chóng)，比較昆蟲(chóng)的雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)量以及誘捕的昆蟲(chóng)數(shù)量，獲得雷達(dá)回波點(diǎn)的靶標(biāo)昆蟲(chóng)以及靶標(biāo)昆蟲(chóng)種類(lèi)數(shù)量；測(cè)量靶標(biāo)昆蟲(chóng)的飛行能力和測(cè)量質(zhì)量；分析現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)以及靶標(biāo)昆蟲(chóng)的雷達(dá)回波信號(hào)，獲得靶標(biāo)昆蟲(chóng)的自身飛行速度和計(jì)算質(zhì)量；對(duì)靶標(biāo)昆蟲(chóng)的飛行能力和測(cè)量質(zhì)量與自身飛行速度和計(jì)算質(zhì)量進(jìn)行聚類(lèi)分析，并基于靶標(biāo)昆蟲(chóng)種類(lèi)數(shù)量，識(shí)別獲得靶標(biāo)昆蟲(chóng)的種類(lèi)。本發(fā)明集成昆蟲(chóng)雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)和昆蟲(chóng)誘捕技術(shù)等來(lái)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)，解決了單純依靠雷達(dá)回波點(diǎn)分析技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)識(shí)別靶標(biāo)昆蟲(chóng)的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：查緒棟,季榮,林峻,王晗,葉小芳,何嵐,扈鴻霞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：新疆師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10