专利名称：一种利用挥发物快速诊断农作物病害的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用挥发物的农作物病害检测方法。
背景技术：
农作物病害是制约农业生产稳定发展的最重要因素之一。在我国，每年由于病害给农业造成的损失达数十亿元人民币，其中经种苗传播病害所造成的危害最大。据统计，我国每年发生的病虫草害达2. 36亿公顷，每年因此而损失粮食15%左右、棉花20% 25%、 果品蔬菜25%以上。传统的农作物病害诊断方法是专业人员病理分析或经验判断，可是病理分析速度慢，实时性差，经验判断主观性强，误差较大。随着科技的发展，遥感技术、近红外技术、计算机视觉技术也被用于农作物病害的检测。这些方法对农作物病害的诊断做出了很大的贡献，但是它们又各自存在着一些不足利用发病症状诊断水稻病害比较费时费力，对专家的依赖较强；卫星遥感技术比较适合大面积的农作物病害检测，对于小面积的管理仍然存在一些困难；而计算机视觉技术，虽然是比较先进的技术之一，但是要达到对农作物病害的实时监控还有一定距离。植物的挥发性有机物信号可以自发产生，也可以是因为多种因素诱导产生的，比如植食性昆虫的侵害、病原菌的危害、植物受到的机械损伤、光照及温度改变等环境因素。 这些因素均可诱导植物改变原有的挥发性有机物合成与释放机制，并释放出一些特异的挥发性有机物。植物受到侵害后其挥发性有机物会发生改变的特性为快速检测植物病害提供了新的途径。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种利用挥发物的农作物病害检测方法。利用挥发物的农作物病害检测方法的括步骤如下
1)将番茄种子放入苗钵进行培育，番茄种子发芽后，继续培养3 6周苗；将番茄苗进行早疫病病菌不同浓度的接种，每株接种叶片数量分别为1、2和4片；将接种后的番茄苗在高湿环境中培养M 48小时，以使病菌快速侵染番茄苗的叶片；将受病害侵染的番茄苗置于采样装置中，静置30 60分钟；
2)顶空气体达到平衡后，顶空气采样导入传感器阵列反应室内进行采样，采样时间为 60 90s，传感器阵列与顶空气体发生反应得到响应信号；传感器响应信号是传感器接触到顶空气体后的电导率G与传感器在经过洁净空气时的电导率Gtl的比值，即GAitl ；
3)提取第60s电子鼻信号作为原始数据，对原始数据的特征矩阵进行特征选择和特征值提取；利用主成分分析和线性判别分析对特征矩阵进行降维，利用第一、第二主成分评价农作物病害情况；
4)以原始数据以及上述处理后的数据作为特征值，分别利用BP神经网络和支持向量机识别模式建立传感器响应信号与农作物病害不同程度间的相关性，进而评价农作物病害情况。所述的待测样品为感染病害不同浓度的4 6周苗。所述的静置时间为40 60 分钟。所述的采样时间为70 90秒。本发明依据是在植物受到侵害后其挥发性有机物会发生改变的特性，利用金属氧化物传感器阵列组成的电子鼻来预测农作物所受的病害情况。本发明由取样部分、数据采集部分、信号处理三部分组成。所述的取样部分有带有针头的管道连接真空泵的抽气嘴，无针头的管道一端连接真空泵的出气嘴，一端与传感器阵列室相连。数据采集部分为一测试箱体，箱体内有一个圆形的气敏传感器阵列反应室，该圆形反应室顶部分别设有进气口和出气口。所述的圆形反应室内表面光滑，没有气体死角，里面均勻布置多个气体传感器，形成传感器阵列，每个传感器与采集卡的一个通道相连。对要检测样品先进行基于传感器阵列的电子鼻测定，将样品置于密闭容器内，待顶部空气达到平衡后采样泵把容器内的顶空气体导入传感器阵列反应室内，传感器与气体发生反应得到相应的响应信号，该信号被采集卡转化成数字输入到计算机。本发明能够以廉价的多气敏传感器阵列组成高效的检测农作物病害情况的电子鼻系统。与单个气体传感器相比，气体传感器阵列扩大了检测范围，降低了干扰，其灵敏度、 可靠性和重复性都有了很大的提高。本发明克服了人为主观因素的干扰，提供了一种通过挥发物综合信息来评价农作物病害的新方法。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明
图1是本发明利用农作物挥发物进行检测的电子鼻结构示意图； 图2是本发明实例中10个传感器对番茄种子的响应曲线； 图3是番茄苗感染早疫病病害24h后主成分二维得分图； 图4是番茄苗感染早疫病病害24h后线性判别分析二维得分图； 图5是番茄苗感染早疫病病害4 后主成分二维得分图； 图6是番茄苗感染早疫病病害4 后线性判别分析二维得分图。
具体实施例方式利用挥发物的农作物病害检测方法的括步骤如下
1)将番茄种子放入苗钵进行培育，番茄种子发芽后，继续培养3 6周苗；将番茄苗进行早疫病病菌不同浓度的接种，每株接种叶片数量分别为1、2和4片；将接种后的番茄苗在高湿环境中培养M 48小时，以使病菌快速侵染番茄苗的叶片；将受病害侵染的番茄苗置于采样装置中，静置30 60分钟；
2)顶空气体达到平衡后，顶空气采样导入传感器阵列反应室内进行采样，采样时间为 60 90s，传感器阵列与顶空气体发生反应得到响应信号；传感器响应信号是传感器接触到顶空气体后的电导率G与传感器在经过洁净空气时的电导率Gtl的比值，即GAitl ；
3)提取第60s电子鼻信号作为原始数据，对原始数据的特征矩阵进行特征选择和特征值提取；利用主成分分析和线性判别分析对特征矩阵进行降维，利用第一、第二主成分评价农作物病害情况；
4)以原始数据以及上述处理后的数据作为特征值，分别利用BP神经网络和支持向量机识别模式建立传感器响应信号与农作物病害不同程度间的相关性，进而评价农作物病害情况。所述的待测样品为感染病害不同浓度的4 6周苗。所述的静置时间为40 60 分钟。所述的采样时间为70 90秒。实施例
本发明主要在于电子鼻数据处理和建模方法。采用一个基于金属氧化物传感器阵列的电子鼻，其传感器阵列由10个传感器组成(详见表1)。表1电子鼻的传感器阵列中各传感器的性能
权利要求
1.一种利用挥发物的农作物病害检测方法，其特征在于它的步骤如下1)将番茄种子放入苗钵进行培育，番茄种子发芽后，继续培养3 6周苗；将番茄苗进行早疫病病菌不同浓度的接种，每株接种叶片数量分别为1、2和4片；将接种后的番茄苗在高湿环境中培养M 48小时，以使病菌快速侵染番茄苗的叶片；将受病害侵染的番茄苗置于采样装置中，静置30 60分钟；2)顶空气体达到平衡后，顶空气采样导入传感器阵列反应室内进行采样，采样时间为 60 90秒，传感器阵列与顶空气体发生反应得到响应信号；传感器响应信号是传感器接触到顶空气体后的电导率G与传感器在经过洁净空气时的电导率Gtl的比值，即GAitl ；3)提取第60秒电子鼻信号作为原始数据，对原始数据的特征矩阵进行特征选择和特征值提取；利用主成分分析和线性判别分析对特征矩阵进行降维，利用第一、第二主成分评价农作物病害情况；4)以原始数据以及上述处理后的数据作为特征值，分别利用BP神经网络和支持向量机识别模式建立传感器响应信号与农作物病害不同程度间的相关性，进而评价农作物病害情况。
2.根据权利要求1所述的一种利用挥发物的农作物病害检测方法，其特征在于所述的待测样品为感染病害不同浓度的4 6周苗。
3.根据权利要求1所述的一种利用挥发物的农作物病害检测方法，其特征在于所述的静置时间为40 60分钟。
4.根据权利要求1所述的一种利用挥发物的农作物病害检测方法，其特征在于所述的采样时间为70 90秒。
全文摘要
本发明公开了一种利用金属氧化物传感器阵列来检测农作物挥发物。它的步骤如下1)将农作物样品放在采样装置中，静置30—60分钟，待顶部空气达到平衡后采样泵把容器内的顶空气体导入传感器阵列反应室内，传感器与气体发生反应得到相应的响应信号，该信号被采集卡转化成数字输入到计算机；2)对电子鼻原始数据特征矩阵进行特征选择和特征提取；3)以原始数据以及处理后的数据分别作为传感器响应信号，采用神经网络建立传感器响应信号与样品病害不同程度之间关系的数学模型。本发明具有操作简单，其可靠性和重复性都有很大的改善，提高了检测效率。
文档编号G01N27/12GK102279213SQ20111020368
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月20日 优先权日2011年7月20日
发明者王俊, 程绍明 申请人:浙江大学