[发明专利]一种基于电子鼻的快速预测茶树受害虫取食时间的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速无损检测农作物病虫害的方法，特别涉及一种基于电子鼻的快速预测茶树受害虫取食时间的方法。

背景技术

据统计，如今我国的茶叶年消费量已高达66万吨左右，人均饮茶0.45公斤/年。茶对中国的社会历史文化和现实生活都产生了重要影响。从世界范围看，茶已成为全球性的天然饮料。并以其天然和健康的声誉风靡全球，其消费总量位居除水以外的所有软饮料之首。

在茶叶的生产过程中，茶树的质量(健康状态)对茶叶的品质和产量起着至关重要的影响。每年因茶树害虫、疾病等问题，茶叶的产量及品质造成巨大损失。对茶树受害时间的检测对茶园害虫防治及减少茶叶产量损失具有重要意义，若是可以提出一种检测手段，在茶树受害初期即可检测到害虫，并使用相应的防治手段将害虫治理，就可最大限度的降低茶园的损失。

电子鼻是一种以特定的传感器和模式识别系统快速提供被测样品的整体信息，指示样品的隐含特征的检测仪器，具有高灵敏度、可靠性、重复性、它可以对样品进行量化。目前，利用电子鼻在茶树受害时间检测方面尚未有相关报道，而电子鼻作为一种快速、准确的检测手段，在植物害虫检测方面具有广泛应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电子鼻的快速预测茶树受害虫取食时间的方法，该方法能较准确快速的鉴别出茶树受害的时间，并且对茶树无损伤。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于电子鼻的快速预测茶树受害虫取食时间的方法，该方法检测过程在电子鼻样品顶空收集装置中实现，该装置包括空气泵、活性炭管、流量计、特氟隆管、密封板、支架台、茶树、玻璃罩；其中，所述空气泵、活性炭管、流量计和玻璃罩通过特氟隆管依次连接；密封板设置在支架台和玻璃罩之间；茶树的根部在密封板的下方，茶树的枝叶在玻璃罩之内；

电子鼻样品顶空收集装置的工作条件为：通过流量计将空气流量控制在1000ml/min到1400ml/min之间，该装置工作的时间控制在5min-8min之间，使玻璃罩内的气体均为经活性炭管净化后的空气；

该方法具体包括以下步骤：

(1)、将茶树叶片洗净，去除灰尘，并挑选健康无损伤的茶树作为检测对象；选取8组待测茶树样品，每组待测茶树样品中包含n株茶树，其中，n为大于等于10的自然数；对7组待测茶树样品移植相同数量的害虫，害虫数量为5-15之间，经过不同的取食时间，分别是4小时、8小时、12小时、16小时、20小时、24小时和28小时，最后一组健康无损伤的茶树作为对照组；将茶树放入电子鼻样品顶空收集装置中，并且保证装置内茶树的叶片为20-25片，然后在室温下放置30min-40min使该顶空装置内挥发物浓度达到稳定；

(2)、抽取电子鼻样品顶空收集装置内的挥发物，注入电子鼻系统中，设置检测时间为60s-90s、清洗时间为60s-80s和气流速度为200ml/min-400ml/min；电子鼻系统中的传感器与挥发物发生反应，产生响应信号；

(3)选用稳定值法、小波分析法和二次项拟合法对电子鼻各个传感器响应曲线进行特征提取；

所述稳定值法提取特征是选择每根传感器响应值稳定值作为特征值；

所述小波分析法提取特征是选择时频窗口小、正交性和规则性好的Coiflet小波coif5作为小波基，根据对比重构效果和原始信号数值误差值变化，选取5层分解尺度，将分解后得到的第5层的低频近似系数E5作为特征值；

所述二次项拟合法提取特征是使用y＝At^2+Bt+C，其中，y为传感器响应信号值，t为检测时间；通过最小二乘法对响应曲线进行拟合，将拟合后获得的参数A,B,C作为特征值；

(4)、根据上述3种特征提取算法取得的特征值作为原始数据，分别采用主成分分析和线性判别分析对上述数据进行处理，选取区分效果最好的特征值作为预测模型的训练值；采用线性回归模型建立区分效果最好特征提取方法所提取的特征值与茶树受害虫取食时间之间的定量预测模型；

表达式为：Y＝a1×X1+a2×X2+……+ai×Xi+……+a10×X10+b；其中Y为取食时间，Xi为上述区分效果最好特征提取方法所提取的特征值，i为上述区分效果最好特征提取方法所提取的特征值的个数，若是稳定值法和小波分析法，则i为10，若是二项式拟合法，则i为30，a1，a2，ai，b均为常数；