林木蛀干害虫声音监测技术初探

论文摘要

作为一类重要的森林害虫,蛀干害虫可以对林木造成毁灭性的破坏,而其危害的隐蔽性和林木受害反应的滞后性往往令早期监测工作收效甚微。本文利用声音探测法对红脂大小蠹成虫爬行和幼虫取食声信号,双条杉天牛成虫爬行声信号、幼虫取食和爬行声信号,光肩星天牛成虫胁迫和取食声信号、桑天牛幼虫取食和爬行声信号进行了探索,得出了如下结果：①利用自主组建的害虫声信号采集系统（包括AED-2000便携式声音探测仪、R-09便携式录音机、Sony监听耳机、ⅠBM Z60t笔记本电脑）可以完成对害虫振动声信号的采集工作,信号分析系统（MATLAB信号处理工具箱和Goldwave音频处理软件）可以完成对信号的后期处理工作,反应信号在时域、频域和时频域的特性。通过分析不同害虫振动声信号的时频特征,总结了不同害虫间振动声信号的差异性。结果表明,每种昆虫的声信号均有其独特时频特征,同科昆虫内部及不同科昆虫之间均有差异性,部分差异性较大。试验表明利用声音监测技术对林木蛀干害虫进行早期监测的研究具有可行性。②成虫的爬行声为间断性的“啪、啪”声,信号脉冲持续时间较短,小于150ms,信号频率较低,约为600.00Hz左右；成虫爬行声信号脉冲持续时间与个体大小和运动速率等有关,当个体运动较快时,脉冲持续时间较短,脉冲间隔较短,反之亦然。③桑天牛幼虫取食声信号脉冲持续时间较短,为30.00-40.00ms,而红脂大小蠹及双条杉天牛幼虫取食声信号的脉冲持续时间较长,为50.00-130.00ms：桑天牛幼虫取食声信号的频率较高,为843.80Hz,红脂大小蠹的信号频率为516.00Hz,而双条杉天牛幼虫取食声信号的频率则为187.50Hz；④幼虫爬行声信号具有不稳定性,时域规律不明显；频域特征统计表明,幼虫爬行声信号频率范围较窄,主频小于取食声信号,其中,双条杉天牛幼虫爬行声信号主频为187.50Hz,桑天牛幼虫爬行声信号频率为140.60Hz。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 害虫声音监测技术研究进展
• 1.1.1 害虫声音监测技术简史
• 1.1.1.1 起步阶段（1920s-1980s）
• 1.1.1.2 发展阶段（1980s-2000s）
• 1.1.1.3 现代研究阶段（2000s-现在）
• 1.1.2 害虫声音探测技术原理
• 1.1.3 害虫声音探测技术的应用
• 1.2 数字信号处理的理论方法简介
• 1.2.1 数字信号处理的基本知识
• 1.2.1.1 信号的定义与分类
• 1.2.1.2 数字信号处理的概念
• 1.2.1.3 数字信号处理的实现
• 1.2.2 数字滤波器
• 1.2.2.1 滤波器的分类
• 1.2.2.2 低通、高通、带通、带阻滤波器
• 1.2.2.3 ⅡR和FIR数字滤波器
• 1.3 论文研究的目的、意义和技术路线图
• 1.3.1 研究目的与意义
• 1.3.2 研究思路图
• 2.材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 红脂大小蠹
• 2.1.2 双条杉天牛
• 2.1.3 桑天牛
• 2.1.4 光肩星天牛
• 2.2 试验仪器和软件
• 2.2.1 AED-2000便携式声音探测仪
• 2.2.2 R09便携式录音机
• 2.2.3 GOLDWAVE音频处理软件
• 2.2.4 MATLAB信号处理工具箱
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 数据采集
• 2.3.1.1 红脂大小蠹及双条杉天牛幼虫声信号采集方法
• 2.3.1.2 桑天牛幼虫声信号采集方法
• 2.3.1.3 红脂大小蠹成虫爬行声信号采集方法
• 2.3.1.4 光肩星天牛成虫胁迫声信号采集方法
• 2.3.2 数据截取
• 2.3.3 信号去噪
• 2.3.4 信号分析
• 2.3.4.1 声学术语
• 2.3.4.2 时域分析
• 2.3.4.3 频域分析
• 2.3.4.4 频谱分析
• 2.3.4.5 时频分析
• 3.结果与分析
• 3.1 红脂大小蠹声音信号特征分析
• 3.1.1 成虫爬行声音信号特征
• 3.1.1.1 时域分析
• 3.1.1.2 频域分析
• 3.1.2 幼虫取食声信号特征分析
• 3.1.2.1 时域分析
• 3.1.2.2 频域分析
• 3.2 双条杉天牛声音信号特征分析
• 3.2.1 成虫爬行声信号分析
• 3.2.1.1 时域分析
• 3.2.1.2 频域分析
• 3.2.2 幼虫取食声信号特征分析
• 3.2.2.1 时域分析
• 3.2.2.2 频域分析
• 3.2.3 幼虫爬行声信号特征分析
• 3.2.3.1 时域分析
• 3.2.3.2 频域分析
• 3.3 桑天牛幼虫声音信号特征分析
• 3.3.1 幼虫取食声信号特征分析
• 3.3.1.1 时域分析
• 3.3.1.2 频域分析
• 3.3.2 幼虫爬行声频谱分析
• 3.3.2.1 时域分析
• 3.3.2.2 频域分析
• 3.4 光肩星天牛声信号特征分析
• 3.4.1 成虫胁迫声信号特征分析
• 3.4.1.1 时域分析
• 3.4.1.2 频域分析
• 3.4.2 成虫啃食声信号特征分析
• 3.4.2.1 时域分析
• 3.4.2.2 频域分析
• 3.5 不同昆虫发声规律分析
• 3.5.1 不同成虫爬行声信号比较
• 3.5.2 不同幼虫取食声信号比较
• 3.5.3 不同幼虫爬行声信号比较
• 3.5.4 同种幼虫爬行声信号与取食声信号比较
• 3.5.4.1 双条杉天牛幼虫爬行声与取食声信号比较
• 3.5.4.2 桑天牛幼虫爬行声与取食声信号比较
• 4.结论与讨论
• 4.1 结论
• 4.2 讨论
• 4.2.1 试验中存在的问题
• 4.2.2 下一步试验建议
• 4.2.3 展望
• 5.附录
• 参考文献
• 图版
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢