倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)檢測(cè)的研究現(xiàn)狀及其展望

1、糧食儲(chǔ)藏２０１５（６）檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱殗殗殗殗儲(chǔ)糧有害生物及防治技術(shù)倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)檢測(cè)的研究現(xiàn)狀及其展望＊高華甄彤祝玉華（河南工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院４５０００１）摘要立足糧情測(cè)控問(wèn)題，闡述了我國(guó)在糧情檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展，針對(duì)發(fā)展進(jìn)程中面臨的技術(shù)困難，分析了當(dāng)下國(guó)內(nèi)外幾種主要研究方法的研究現(xiàn)狀，比較了近紅外線光譜、Ｘ射線、微波雷達(dá)、電導(dǎo)等檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)，力求探索儲(chǔ)糧害蟲(chóng)檢測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)，

2、為未來(lái)倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)檢測(cè)提供更好的技術(shù)支撐，與此同時(shí)展望未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞糧情檢測(cè)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)害蟲(chóng)密度倉(cāng)蟲(chóng)起源于人類開(kāi)始儲(chǔ)藏食品，田間害蟲(chóng)隨之進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)，經(jīng)長(zhǎng)期演變，大部分逐漸適應(yīng)倉(cāng)庫(kù)的新環(huán)境而放棄其原有的田間生活。它的傳播途徑分為兩種，第一種是自然傳播，由田間或倉(cāng)外飛入倉(cāng)里，如麥蛾、綠豆象、露尾甲、皮蠹等，這類害蟲(chóng)能在田間危害或成蟲(chóng)以花蜜為食；成蟲(chóng)在倉(cāng)外越冬，翌年春天又返回倉(cāng)里，如米象及鋸谷盜；粘附在鳥(niǎo)類、鼠類、昆蟲(chóng)身上蔓延傳播，如螨類（Ｍｉ

3、ｔｓ），第二種是人為傳播，倉(cāng)庫(kù)或加工廠內(nèi)潛藏著的倉(cāng)蟲(chóng)，未注意防治而繁殖傳播；含有倉(cāng)蟲(chóng)的糧食篩下物、糧腳、塵芥雜物，未及時(shí)清除；感染倉(cāng)蟲(chóng)的農(nóng)產(chǎn)品或糧食加工品，在調(diào)運(yùn)及儲(chǔ)藏時(shí)造成蔓延傳播；感染倉(cāng)蟲(chóng)的儲(chǔ)、運(yùn)用具，如運(yùn)輸工具和包裝器材以及圍席、墊木、篩子、掃帚、簸箕，在運(yùn)輸及使用時(shí)也能造成蔓延傳播。全世界儲(chǔ)藏的糧食每年約１０％損失于蟲(chóng)害，即每年被倉(cāng)蟲(chóng)損害的谷物可供２億人食用一年。有的國(guó)家和地區(qū)有時(shí)高達(dá)３０％～４０％。如食品營(yíng)養(yǎng)成分的損失；被害蟲(chóng)

4、的排泄物、蛻皮、尸體及活蟲(chóng)污染；發(fā)熱霉變。所以如何高效地檢測(cè)糧倉(cāng)中的害蟲(chóng)并準(zhǔn)確地定位害蟲(chóng)已經(jīng)成為安全儲(chǔ)糧工作中的一項(xiàng)重要任務(wù)。早在１９７２年，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織就提出建立在生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)上的綜合防治（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＰｅｓｔｓＭａｎ－ａｇｅｍｅｎｔ，簡(jiǎn)稱ＩＰＭ）策略。害蟲(chóng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)是進(jìn)行綜合防治的一種手段，也是ＩＰＭ體系的重要組成部分。只有準(zhǔn)確的檢測(cè)，才能做到有目的的防治，把害蟲(chóng)種群控制在經(jīng)濟(jì)損害水平以下，既不會(huì)因害蟲(chóng)造成損失，也不會(huì)因盲目

5、防治造成浪費(fèi)，加重對(duì)糧食和環(huán)境的污染［１］。為此，專家們提出了多種糧蟲(chóng)檢測(cè)的方法，分別基于感官檢測(cè)、取樣檢測(cè)、儀器檢測(cè)三個(gè)方面。本文重點(diǎn)介紹了聲檢測(cè)、取樣檢測(cè)、圖像識(shí)別、生物光子等檢測(cè)技術(shù)。對(duì)比分析其優(yōu)劣勢(shì)，并對(duì)糧食害蟲(chóng)檢測(cè)的未來(lái)發(fā)展做出展望。１儲(chǔ)糧害蟲(chóng)檢測(cè)技術(shù)１１聲檢測(cè)技術(shù)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)聲檢測(cè)技術(shù)是指通過(guò)檢測(cè)和分析糧堆生態(tài)系統(tǒng)中害蟲(chóng)活動(dòng)的聲信息來(lái)掌握害蟲(chóng)數(shù)量、種類、發(fā)展階段，進(jìn)而評(píng)價(jià)其對(duì)糧食危害程度等的一門綜合技術(shù)。該方法的原理是把聲音變成

6、電訊號(hào)，通過(guò)電子過(guò)濾器把昆蟲(chóng)發(fā)聲的頻率與環(huán)境聲音的頻率分開(kāi)，然后進(jìn)行信號(hào)放大處理，根據(jù)音程的百分比和音程的數(shù)量來(lái)分辨昆蟲(chóng)的種類和數(shù)量。聲檢測(cè)技術(shù)也經(jīng)歷了初期到成熟期的發(fā)展，表１是聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程。０１＊基金項(xiàng)目：８６３計(jì)劃（２０１２ＡＡ１０１６０８）；國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃（２０１３ＢＡＤ１７Ｂ０４）通訊地址：鄭州市高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)蓮花街糧食儲(chǔ)藏２０１５（６）表２特征提取研究成果表時(shí)間研究者研究成果２００１沈佐銳［１３］等用蟲(chóng)體面

7、積、周長(zhǎng)等１１項(xiàng)數(shù)學(xué)形態(tài)特征對(duì)４０種昆蟲(chóng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別，得出各項(xiàng)數(shù)學(xué)特征的權(quán)重２００３邱道尹［１４］等提出利用害蟲(chóng)顏色和紋理等特征進(jìn)行種類識(shí)別２００５范艷峰［１５］等采用全局閑值方法對(duì)增強(qiáng)后的谷物害蟲(chóng)圖像進(jìn)行區(qū)域分割，提取出Ｒ、Ｇ、Ｂ三種分量灰值圖像的一階灰度值統(tǒng)計(jì)量特征張紅梅［１６］等提取靜態(tài)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)圖像的數(shù)理統(tǒng)計(jì)特征、紋理特征２００６廉飛宇［１７］等使用小波變換對(duì)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的高維圖像矢量進(jìn)行壓縮，圖像的高頻部分對(duì)應(yīng)于圖像的邊緣和輪廓２０

8、０７Ｚｈａｏ［１８］等基于Ｇａｂｏｒ的紋理特征提取方法２０１０黃世國(guó)［１９］等與角度無(wú)關(guān)的Ｇａｂｏｒ－ＳＶＭ方法２０１２張紅濤［２０］等基于核Ｆｉｓｈｅｒ判別分析的糧蟲(chóng)特征壓縮方法，有效降低特征維數(shù)，提高了類別之間的可分性表３其他檢測(cè)技術(shù)對(duì)比分析害蟲(chóng)檢測(cè)方法主要原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)亟待解決的問(wèn)題近紅外光譜檢測(cè)基于對(duì)近紅外光的吸收與反射的差異，將感染有害蟲(chóng)的麥粒與無(wú)蟲(chóng)麥粒區(qū)分開(kāi)來(lái)［１０］快速、無(wú)損性、時(shí)間短，可以直接進(jìn)行檢測(cè)不易檢測(cè)蟲(chóng)害程度較輕的

9、糧食，對(duì)糧食樣本的濕度較敏感，針對(duì)不同成蟲(chóng)或幼蟲(chóng)反差較小時(shí)的檢測(cè)Ｘ射線檢測(cè)從Ｘ射線形成的圖像出發(fā)，一但谷物受到蟲(chóng)害感染后，谷物籽粒密度下降從而使成像發(fā)生變化，能有效檢測(cè)出谷物中蟲(chóng)害的規(guī)律［２４］非破壞性，準(zhǔn)確快速，可檢測(cè)內(nèi)部活蟲(chóng)和死蟲(chóng)不能檢測(cè)包含蟲(chóng)卵的糧食樣本，設(shè)備價(jià)格較高，速度較慢低能量Ｘ射線的屏蔽問(wèn)題微波雷達(dá)檢測(cè)基于多普勒效應(yīng)，微波信號(hào)遇到移動(dòng)物體反射后會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，糧蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)可由發(fā)射和反射雷達(dá)頻率區(qū)分開(kāi)［２５］可大規(guī)模取樣，無(wú)

10、損性，可檢測(cè)內(nèi)部活蟲(chóng)和死蟲(chóng)只能檢測(cè)運(yùn)動(dòng)害蟲(chóng)而不能檢測(cè)糧食中的死蟲(chóng)害蟲(chóng)活動(dòng)的聲信號(hào)相對(duì)于背景噪聲弱時(shí)，解決屏蔽背景噪聲處理問(wèn)題電導(dǎo)檢測(cè)糧粒起到單電阻器和單個(gè)糧粒特性描述系統(tǒng)電路分壓器的作用，通過(guò)測(cè)定糧粒兩端的電壓來(lái)測(cè)得電導(dǎo)率根據(jù)信號(hào)變化，將蟲(chóng)染的糧粒和好的糧粒區(qū)分開(kāi)［２６］花費(fèi)少，零誤識(shí)率檢測(cè)效率不高，檢測(cè)不出內(nèi)部有死蟲(chóng)的糧粒單顆樣品輸入問(wèn)題１４生物光子檢測(cè)技術(shù)生物光子（ＢｉｏｐｈｏｔｏｎＡｎａｌｙｔｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢＰＡＴ

11、）是一種新型的小麥隱蔽性害蟲(chóng)檢測(cè)模型，生物光子學(xué)的研究表明，超微弱發(fā)光是活體生物的一種普遍生物物理現(xiàn)象，是生命活動(dòng)狀況的一種反應(yīng)，并且對(duì)生命體內(nèi)部的細(xì)微變化非常敏感。生命體處于逆境時(shí)，如病變、蟲(chóng)害或者受傷等，其生物光子輻射都會(huì)發(fā)生顯著的變化。該實(shí)驗(yàn)以小麥籽粒和玉米象為研究對(duì)象，分別測(cè)量正常和含蟲(chóng)小麥的自然發(fā)光子數(shù)，并提取小麥自發(fā)光特性位置特征、散布特征和形態(tài)特征等９個(gè)參數(shù)構(gòu)成小麥分類的特征向量，利用ＢＰ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)分類模型，對(duì)特征向量進(jìn)

12、行訓(xùn)練和測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)表明模型可以正確區(qū)分含蟲(chóng)小麥和正常小麥［２１－２３］。該方法操作簡(jiǎn)單，有助于從新的視角檢測(cè)倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中害蟲(chóng)的活動(dòng)狀態(tài)。但是對(duì)于玉米象的蟲(chóng)卵期、幼蟲(chóng)期無(wú)法進(jìn)行區(qū)別，需要進(jìn)一步探索。１５其他檢測(cè)技術(shù)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)檢測(cè)是糧食存儲(chǔ)的關(guān)鍵，倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)直接威脅著糧食的安全儲(chǔ)藏，造成糧食損失。除了以上幾種害蟲(chóng)檢測(cè)技術(shù)之外，還有近紅外光譜、Ｘ射線、微波雷達(dá)、電導(dǎo)法等多種方法同樣可用于對(duì)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的檢測(cè)，表３是對(duì)這些方法的對(duì)比分析。近紅外線光譜檢