[发明专利]使用光纤检测红棕象甲的信号处理算法

说明书

一种用于确定树侵染的方法，该方法包括将光纤220围绕树的树干放置(1700)；利用分布式声学传感器(DAS)盒201沿光纤220记录(1702)从树反射的瑞利信号；处理(1704)瑞利信号以获得处理后的信号；计算(1706)树的处理后的信号的信噪比(SNR)；以及将SNR与阈值进行比较(1708)，并且如果SNR大于阈值，则对警报进行计数。SNR定义为(1)处理后的信号的最大值与(2)处理后的信号的最小值之间的比率。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年4月22日提交的题为“使用光纤检测红棕象甲的信号处理算法(SIGNAL PROCESSING ALGORITHM FOR DETECTING RED PALM WEEVILS USING OPTICALFIBER)”的美国临时专利申请No.62/836882的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

背景

技术领域

本文公开的主题的实施例总体上涉及一种用于检测红棕象甲的系统和方法，更具体地，涉及一种算法，该算法配置为处理利用缠绕在红棕榈上的光纤记录的数据来检测红棕象甲的存在。

背景技术

红棕象甲(RPW)(Rhynchophorus ferrugineus)是一种原产于亚洲热带地区的象鼻害虫。在过去的几十年里，它已经扩散到全球许多地区，包括北非、中东和地中海地区。这种害虫已经摧毁了不同国家中的许多棕榈农场，因此这种害虫被认为是一个非常严重的问题。在海湾国家和中东，每年仅为了清除受侵染的棕榈树就要花费数百万美元。治疗受侵染的棕榈树的成本可能甚至更高。此外，预计到2023年，意大利、西班牙和法国的RPW控制成本和收益损失将达到数百万美元。

这种害虫的问题在于，尽管存在治愈受RPW侵染的棕榈树的可用技术，但在早期(象甲幼虫阶段的前两/三周)检测RPW威胁的存在是具有挑战性的。之所以如此，是因为到棕榈树显示出明显的病害迹象(诸如树冠下垂)的时候，这通常意味着RPW侵染已经很严重了，要挽救这棵树为时已晚。因此，许多国家政府正致力于开发一种可靠且有效的早期检测方法来解决该问题。

已经报道了几种解决该严重危害的方法。例如，使用训练有素的狗来闻嗅在发酵过程期间从受侵染的棕榈释放的气体。不幸的是，感测此类气体并不是一个准确的选择过程，因为其效率会受到其他挥发性产物存在的影响。替代地，用基于计算机的断层扫描系统筛选受侵染的树。然而，该技术缺乏可行性，因为其速度慢且成本高。

受侵染树的第一可检测信号源自象甲幼虫在树的树干内进食时产生的噪声。因此，最有前景的早期检测方法依赖于使用声学传感器[1-5]。现有技术主要是将声音探头插入到树干中，使得探头实时记录幼虫的声音。

更具体地，如图1所示的使用声学传感器的现有方法主要将声学探头102例如麦克风插入到在棕榈树干106中钻出的孔104中，然后探头实时记录甲虫产生的声音。声音被记录在连接到声学探头102的计算机108上。使用声学传感器的方法之间的差异主要在于用于处理所记录的声音的信号处理技术。然而，所有这些方法都需要现场监测。

对于大型农场来说，逐一检查棕榈是耗费人力、时间和成本的。此外，这些报道的方法的主要缺点是它们不会提供对棕榈树的连续监测。一个替代解决方案是每棵棕榈都配备相应的连接到无线通信接口的声音探头，使得能够将数据传输到中央服务器。该系统可以经由太阳能板供电。尽管该方法为各棕榈树提供了连续的观察，但该方法的总体成本非常高。上述声学方法的另一个缺点是由于为插入声音探头在树干中制成的孔、钻每棵树所需的人力、孔对棕榈生长的影响以及其他昆虫筑巢到树干中制成的孔中的可能性对树造成的损伤。

此外，为每棵树提供声学传感器和无线通信接口以提供连续的监测，这显著增加整个RPW监视系统的成本，因为一个红棕榈树果园能够拥有数千棵这样的树。