东亚飞蝗光电诱导的气吸捕集效应研究

为给蝗虫趋光捕集装置的研制提供技术支持,利用光照作用下蝗虫气吸滑移捕集试验装置,测试了蝗虫趋光气吸滑移捕集效果,分析了蝗虫趋光响应原因,探讨了蝗虫趋光气吸滑移捕集机理。结果表明：蝗虫视觉定向有效激发的光照诱导信息是蝗虫趋光响应的前提,频闪交变光照有效控制蝗虫行为取向、增强蝗虫趋光视觉敏感性及激发视觉敏锐性是其趋光响应的诱因,且蝗虫趋光视觉活性效应激发基础上,频闪交变偏振光强化蝗虫趋光视觉行为响应的敏感性,蝗虫响应偏振恒定光照的弱敏感性可通过提高光照强度来增强;6 m·s-1捕集入口负压风速气吸趋光蝗虫捕集进入的有效实现,需要蝗虫趋光敏感行为的激发,且在0～50 mm距离内增效显著,可有效激发蝗虫生物摩擦控制的趋光调控行为敏感性,加速蝗虫趋光滑移捕集行为的实现;6 m·s-1捕集入口负压风速、15°倾斜调控光照形成的偏振光可有效促使30°滑移面上蝗虫视觉敏感响应,弱化蝗虫滑移摩擦控制效应,增强趋光捕集行为调控强度,增效趋光捕集效果,相应趋光捕集率达到85%。     

蝗虫对蓝波谱不同偏光属性刺激效应的视偏响应效应测定

为明确蝗虫对蓝光视励光质及其偏光的视敏响应差异性,获得蝗虫视敏激励性光电诱导信息及蝗虫诱导光源设计参数,针对蝗虫群体对蓝光及其偏光不同光质刺激属性的视响应效应测试试验,确定了蝗虫视敏视励响应良好的光特征和光信息强化措施。结果表明:线偏蓝光照中,线偏光起偏效应决定蝗虫视响应程度的矢敏性、线偏光照度制约蝗虫的视趋强度及视聚集效果,且较弱光照中偏振片线偏光质的视激性较优,而退偏蓝光照中,蓝光光照强度决定蝗虫视趋强度的视励性及视聚集的视敏性,且偏振度及E-矢量光照度呈现强化或抑制蝗虫偏光敏感响应的交互作用效应;线偏及退偏光照度增强,抑制蝗虫对较强光照退偏光的视聚集效应并呈现偏光E-矢量的矢敏响应差异,且弱光照线偏光及退偏0°矢量的视响应程度较优,采取竖条纹与偏光耦合强化偏光激励信息、降低偏光光照度优化视敏视励信息,相对于100 lx偏光,引起视敏性矢量发生变化且其120°矢量敏感性较强,但视趋强度及视聚集效果以10 lx时330°退偏光最优;蝗虫对退偏光的视趋强度及视聚集效果与偏振度及视励信息、偏光光照度分别呈正负相关性,且蝗虫对10 lx偏光的视响应效应呈现矢量变化的弦函响应变化规律,结果表明蝗虫在弱光照蓝偏光中具有E-矢量的偏敏响应模式及视偏响应最强矢量,则利用10 lx的30°及330°蓝偏光与100 lx时线偏蓝光或10 lx的0°蓝偏光耦合效应,可有效提高蝗虫视偏响应效果。     

光振耦合对蝗虫趋光响应驱动增效效应的影响及测定

依据蝗虫趋光机理和振动惊吓蝗虫反应特性,利用LED光源、振动激发设备和蝗虫行为试验装置,进行了蝗虫对光振耦合和光谱光照趋光响应的对比测定。结果显示:光谱光照和振动的耦合效应对蝗虫趋光产生了推拉驱动激发效果,振动刺激驱动增效了蝗虫趋光响应的程度,并增益了蝗虫趋光响应的实现,而光谱光照决定了蝗虫的趋光诱导效果;光谱光照和振动刺激蝗虫不同感受器引发蝗虫神经生理敏感反应的差别,导致振动频率50Hz、振动400ms而间歇停止1s、较高激振力的循环振动模式与紫光耦合激发蝗虫趋光响应强度和增效程度较佳;光振耦合效应激发蝗虫,会导致蝗虫产生有利于趋光的生理效应,且光振能量越强,对蝗虫趋光生理反应的初始激发效应也越强;蝗虫对光振刺激敏感反应点的差异性、光振传播的衰减性、蝗虫对光振刺激的敏感选择调谐性等,影响光振耦合对蝗虫趋光激发的增效程度。因此,在蝗虫趋光有效的光照范围内,通过利用振动惊吓蝗虫反应的强度门限值与振动激发蝗虫趋光最佳的调控模式的组合,来实施逐步移动逼近式的调控性振动激发,可满足振动激发蝗虫趋光增效的技术需求,进而为蝗虫光电诱导物理捕集设备的研制和实施提供了技术支撑。     

东亚飞蝗对LED光信号视觉响应的波谱视敏效应测定

为了探索东亚飞蝗视觉响应LED光信号的视敏反应效应,以明确东亚飞蝗趋光的光敏响应因子和生物光诱参数,利用LED光照和Ava Spec光纤光谱仪系统,在室内进行了东亚飞蝗视觉响应表征的光谱测定。并在此基础上,利用该波谱光照装置,验证其波谱光照调控东亚飞蝗的趋光反应及响应程度。测定结果显示,东亚飞蝗复眼吸收365、400、520、610 nm波长光照射后,其视觉响应波谱表现为380、402、540、602 nm的微光特征,当波谱光照强度增加时,东亚飞蝗视觉微光反应随之增强,且呈现时变效应的调控特性。东亚飞蝗视觉光敏调控的时变强度以紫光最优、依次是橙光和绿光最差,而其调控容度以橙光最优、绿光次之和紫光最差,紫外光较快的光敏聚集速度、紫光较强的光敏聚集程度和橙光较好的趋光效果说明,趋光光敏活性、趋光程度和趋光效果分别与视觉激发强度和视觉光敏调控的时变强度以及视觉光敏调控容度呈正相关,且东亚飞蝗视觉反应强度的光敏时效性影响其趋光行为选择和视觉光敏活性。因此,依据紫外光较强的激发效果、橙光较好的光敏时效性和紫光较强的光敏调控强度的特性,进行趋光视敏性光照时间的刺激调控,可以增强东亚飞蝗的趋光效果。该研究结果为蝗虫光诱捕机械装备的研制提供了理论基础和技术指导。     

基于改进FlowNet 2.0光流算法的奶牛反刍行为分析方法

反刍行为与奶牛生产、繁殖性能及疾病等因素密切相关,针对非接触式奶牛反刍行为分析受牛只自身运动或背景干扰等不足,提出改进FlowNet 2.0光流算法,首先计算垂直光流分量替代光流速度构建光流图,消除水平运动对光流分析干扰;其次设置光流阈值避免垂直光流中头部运动光流干扰;同步计算反刍区域面积阈值提取区域内光流数据,避免目标对象头部运动对反刍光流的影响;最后滤波拟合计算反刍曲线,确定曲线周期,增大波峰波谷差值,提升奶牛反刍咀嚼频次计数的准确性。以不同场景下20头奶牛的30段反刍行为视频为数据集,验证本文方法的有效性、鲁棒性与准确性,试验结果表明,改进FlowNet 2.0光流算法计算奶牛反刍咀嚼频次准确率为99.39%,相较于FlowNet 2.0光流算法准确率提升5.75个百分点。     

诱导光源光照梯度对蝗虫趋光响应的影响

为了设计蝗虫LED诱导光源以及诱导光场的数字化调控,利用LED光源和行为试验装置,采用对比试验法,进行了不同时间段内蝗虫对紫、绿紫蓝光照梯度的趋光选择对比试验,分析了影响蝗虫趋光响应的原因.结果显示:蝗虫的趋光响应与光谱光梯度、蝗虫生物特征及环境因素有关;相同光梯度条件下,蝗虫对紫光的趋光响应优于绿紫蓝;不同光梯度条件下,蝗虫趋向于较强的光梯度,并当绿紫蓝光照度高出紫光的10倍以上时,蝗虫对绿紫蓝的选择高于紫光;蝗虫生物特征及环境因素制约了提高光照强度对蝗虫趋光响应在不同时间段内的增效作用;蝗虫对紫、绿紫蓝光谱光照敏感程度不同,蝗虫趋光行为上表现出了在夜间不同时间段内蝗虫对紫、绿紫蓝光的趋光敏感临界点及最适和最佳趋光光照度范围不同.     

东亚飞蝗对波谱光及其偏光对比选择性视励效应的测定

为明确蝗虫对波谱光及其偏光视励效应的视敏选择差异,确定蝗虫趋光趋偏的视励影响因素及视敏信息,针对波谱光与其偏光光照中东亚飞蝗光生物响应的视选择效应试验,分析了东亚飞蝗趋光趋偏选择差别的视控作用及响应波谱光和其偏光的视敏因素及视励强度。结果表明,波谱光与其偏光叠加作用下的光聚集程度呈现偏光矢量调控性生理响应敏感差异,并在光强度增强时,视偏响应敏感的偏光矢量发生变化,且210°及120°紫偏光、210°橙偏光与其波谱光的耦合刺激效应较优,而270°时紫外与其偏光的耦合效应最差;东亚飞蝗视激发状态下的光选择性趋向于视励强度较弱的偏光,且波谱光强度的视敏激发效应及偏光矢量的视励敏感程度削弱东亚飞蝗的视控定位功效,并以紫外及紫偏光矢量引起的趋偏视敏性较强而蓝橙光较弱,而90°及270°时弱偏光的视励效应致使波谱光的激发效应主导东亚飞蝗的视选择强度,且光源光照度增强,东亚飞蝗视偏敏感选择强化程度以紫偏光较强、120°紫外偏光较弱,且波谱光选择弱化程度以90°蓝偏光较强;东亚飞蝗对波谱光与偏光耦合光照的聚集响应差异及趋光趋偏选择强度差异,源于偏光矢量激励及波谱光质激发东亚飞蝗视觉引起的协同增效或相互拮抗性视反应调控输出效应,且波谱光照强度削弱偏光矢量信息的选择强度,但东亚飞蝗生物光敏响应与波谱光质的敏感性相关而光强度作用不大,且波谱光与偏光的耦合性光照梯度抑制蝗虫的视感响应强度。研究结果为适应各种作业的害虫光诱型农机产品开发及蝗虫视响应机理探讨提供了支撑。     

中国区域性环境因子与蝗虫防治

综合分析我国区域性环境因子中的气候、土质、植被、地形、水文等对蝗虫在我国的分布、生长发育的影响,并在此基础上,得到蝗虫对其生存环境具有很大的选择性,区域性环境因子对蝗虫生长发育的适宜性是蝗虫暴发成灾的主要原因,则可根据蝗虫生长发育及分布的规律性依据区域性环境因子对蝗灾的形成进行预防。进一步分析得知:蝗虫的治理应重在预防,生态防治是重中之重,蝗灾形成后的治理已对农牧业造成了危害,并且在目前蝗虫的治理方法中,化学防治只能进行蝗灾治理的应急措施,物理防治、不危害生态的生物防治、生态改造是首选的防治方法,这样才能做到蝗虫的"不形成、不扩散、不成灾",达到生态治理蝗虫的目的。     

光温声振耦合激发蝗虫趋光聚集效应数学评估

针对光温声振多重激发蝗虫趋光下刺激能量的可叠加性,在确定效应区作用蝗虫的基础上,利用建立的蝗虫趋光诱集激发的函系模型,数学评估分析了光温声振耦合激发蝗虫趋光聚集的增益增效效应。结果表明:光场机制对蝗虫的趋光聚集起主导作用,光场调控机制及非光源物理调控机制起驱动激发及增益增效作用;光与物理源耦合叠加效应可有效调控激发蝗虫趋光聚集,而蝗虫敏感刺激能量强度,决定了蝗虫趋光效应激发的效果;有效组合光源调控光照与物理刺激源激发的工作模式,并增加调控激发蝗虫趋光的物理扰动刺激措施,可有效提高蝗虫的趋光聚集效果。