[發明專利]一種基于電子鼻的快速預測茶樹受害蟲取食時間的方法

有效

• 申請號: 201610016866.0
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105548490B
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 王俊;孫玉冰;程紹明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本發明涉及一種快速無損檢測農作物病蟲害的方法，特別涉及一種基于電子鼻的快速預測茶樹受害蟲取食時間的方法。

背景技術

據統計，如今我國的茶葉年消費量已高達66萬噸左右，人均飲茶0.45公斤/年。茶對中國的社會歷史文化和現實生活都產生了重要影響。從世界范圍看，茶已成為全球性的天然飲料。并以其天然和健康的聲譽風靡全球，其消費總量位居除水以外的所有軟飲料之首。

在茶葉的生產過程中，茶樹的質量(健康狀態)對茶葉的品質和產量起著至關重要的影響。每年因茶樹害蟲、疾病等問題，茶葉的產量及品質造成巨大損失。對茶樹受害時間的檢測對茶園害蟲防治及減少茶葉產量損失具有重要意義，若是可以提出一種檢測手段，在茶樹受害初期即可檢測到害蟲，并使用相應的防治手段將害蟲治理，就可最大限度的降低茶園的損失。

電子鼻是一種以特定的傳感器和模式識別系統快速提供被測樣品的整體信息，指示樣品的隱含特征的檢測儀器，具有高靈敏度、可靠性、重復性、它可以對樣品進行量化。目前，利用電子鼻在茶樹受害時間檢測方面尚未有相關報道，而電子鼻作為一種快速、準確的檢測手段，在植物害蟲檢測方面具有廣泛應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于電子鼻的快速預測茶樹受害蟲取食時間的方法，該方法能較準確快速的鑒別出茶樹受害的時間，并且對茶樹無損傷。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種基于電子鼻的快速預測茶樹受害蟲取食時間的方法，該方法檢測過程在電子鼻樣品頂空收集裝置中實現，該裝置包括空氣泵、活性炭管、流量計、特氟隆管、密封板、支架臺、茶樹、玻璃罩；其中，所述空氣泵、活性炭管、流量計和玻璃罩通過特氟隆管依次連接；密封板設置在支架臺和玻璃罩之間；茶樹的根部在密封板的下方，茶樹的枝葉在玻璃罩之內；

電子鼻樣品頂空收集裝置的工作條件為：通過流量計將空氣流量控制在1000ml/min到1400ml/min之間，該裝置工作的時間控制在5min-8min之間，使玻璃罩內的氣體均為經活性炭管凈化后的空氣；

該方法具體包括以下步驟：

(1)、將茶樹葉片洗凈，去除灰塵，并挑選健康無損傷的茶樹作為檢測對象；選取8組待測茶樹樣品，每組待測茶樹樣品中包含n株茶樹，其中，n為大于等于10的自然數；對7組待測茶樹樣品移植相同數量的害蟲，害蟲數量為5-15之間，經過不同的取食時間，分別是4小時、8小時、12小時、16小時、20小時、24小時和28小時，最后一組健康無損傷的茶樹作為對照組；將茶樹放入電子鼻樣品頂空收集裝置中，并且保證裝置內茶樹的葉片為20-25片，然后在室溫下放置30min-40min使該頂空裝置內揮發物濃度達到穩定；

(2)、抽取電子鼻樣品頂空收集裝置內的揮發物，注入電子鼻系統中，設置檢測時間為60s-90s、清洗時間為60s-80s和氣流速度為200ml/min-400ml/min；電子鼻系統中的傳感器與揮發物發生反應，產生響應信號；

(3)選用穩定值法、小波分析法和二次項擬合法對電子鼻各個傳感器響應曲線進行特征提取；

所述穩定值法提取特征是選擇每根傳感器響應值穩定值作為特征值；

所述小波分析法提取特征是選擇時頻窗口小、正交性和規則性好的Coiflet小波coif5作為小波基，根據對比重構效果和原始信號數值誤差值變化，選取5層分解尺度，將分解后得到的第5層的低頻近似系數E5作為特征值；

所述二次項擬合法提取特征是使用y＝At^2+Bt+C，其中，y為傳感器響應信號值，t為檢測時間；通過最小二乘法對響應曲線進行擬合，將擬合后獲得的參數A,B,C作為特征值；

(4)、根據上述3種特征提取算法取得的特征值作為原始數據，分別采用主成分分析和線性判別分析對上述數據進行處理，選取區分效果最好的特征值作為預測模型的訓練值；采用線性回歸模型建立區分效果最好特征提取方法所提取的特征值與茶樹受害蟲取食時間之間的定量預測模型；

表達式為：Y＝a1×X1+a2×X2+……+ai×Xi+……+a10×X10+b；其中Y為取食時間，Xi為上述區分效果最好特征提取方法所提取的特征值，i為上述區分效果最好特征提取方法所提取的特征值的個數，若是穩定值法和小波分析法，則i為10，若是二項式擬合法，則i為30，a1，a2，ai，b均為常數；