《Journal of Stored Products Research》：Leveraging acoustic and infrared feature detection systems to manage insect pests in storage facilities
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农业害虫检测与管理系统研究综述与提案。通过分析声学传感器技术在粮仓虫害监测中的应用，比较了不同传感器（压电式、MEMS麦克风等）的性能优缺点，提出基于振动检测的智能管理系统，强调物联网集成与低噪声算法的改进，为印度农村提供农药替代方案。
N. Renugadevi|Karthik Nivedhan|VLN Cherukuri Kartheek|N. Sivakumaran
印度泰米尔纳德邦蒂鲁奇拉帕利市，印度信息技术学院计算机科学与工程系
摘要
由于昆虫侵扰和害虫活动，农业生产力受到了显著损失。农民们严重依赖杀虫剂来防治这些害虫并保护他们的作物。然而，过度使用杀虫剂不仅对环境构成危害，也对人类健康构成风险。本文对现有的害虫管理技术进行了全面调查，重点关注声学传感器技术的应用。通过评估各种声学传感器和目前可用的害虫驱避系统，本文提出了一种理论上的害虫检测和管理系统，用于控制储存设施中的害虫侵扰。未来，这项工作将推动该系统的实施和严格测试，以评估其在实际环境中的有效性。这一努力旨在利用创新技术，改进印度农村地区的农业害虫管理策略，确保可持续和有效的解决方案。
引言
在食品储存的收获后和农业场景中，害虫的检测与控制是一个令人担忧且反复出现的问题，因为害虫侵扰可能对食品质量、食品安全和经济结果产生深远影响（Mehta等人，2021年）。传统的害虫监测系统往往依赖于视觉观察、化学指标或手动分析，这些方法在检测小规模害虫侵扰或害虫的隐蔽行为时效果不佳。米象（Sitophilus oryzae）就是一个很好的例子，它可以在单个谷物内部繁殖而不被察觉，并在被发现之前造成大量的数量和质量损失。应尽早检测到此类害虫，以避免大规模破坏，并帮助害虫管理干预措施取得成效（Pathak等人，2022年）。这凸显了开发有效检测工具（如声学传感器）的必要性，这些工具能够检测害虫的活动并帮助制定高效的管理计划。
物联网（IoT）的发展正在迅速推进。最近，其在智能农业领域的应用日益广泛，特别是在害虫检测和控制方面（Devare和Hajare，2019年）。通过物联网技术，农民可以利用传感器收集作物状况的实时数据，从而迅速分析作物状态并做出明智的决策。与传统化学、视觉或手动检查方法相比，声学传感器具有广泛的优势，因为它们允许实时、非破坏性的检查，适用于低光照或封闭储存环境，并且可以连接到物联网平台以实现自动化决策。尽管如此，已经在多种农业环境中推荐了多种类型的声学传感器，如压电传感器、接触式麦克风、MEMS麦克风、超声波检测器和基于振动的设备等。这些传感器的适用性因传感器灵敏度、成本、环境噪声耐受性和目标昆虫的性质而异。通过将声学传感器与微控制器集成，可以根据害虫的行为模式进行检测。这种集成增强了作物监测能力，从而减轻了害虫、疾病或不利天气条件造成的作物损失。
由于可用的传感器平台数量正在迅速增加，因此有必要对传感器平台进行比较分析，以评估它们在现实世界害虫检测和管理方案中的适用性。本综述深入比较了低成本和高精度的声学传感技术，它们的工作原理、优缺点，以及如何与当前的信号处理和物联网架构集成。在比较了现有系统之后，本研究提出了一个更有效、无农药且成本效益更高的解决方案，以便农村农民也能使用，提高检测和驱避效率。
本文的结构如下：第2节调查了基于所使用技术和组件的现有系统；第3节讨论了这些系统的缺点；第4节比较了各系统的优缺点及其针对的害虫，包括它们的架构；第5节探讨了所提出模型的影响和未来前景；第6节总结了主要发现及其意义。
章节摘录
用于昆虫害虫检测和管理的声学传感器和信号特征处理方法
本节调查了现有的针对储存产品害虫的驱避和检测系统的研究。这些工作分为以下几类：使用的声学传感器类型、基于光谱特征提取的驱避系统以及基于机器学习（ML）和深度学习（DL）的检测系统。
问题与挑战
大多数现有的害虫管理系统仍然使用杀虫剂或大声声音来驱赶害虫。在一些研究中，声学传感器的检测能力是在实验室条件下研究的，没有考虑太多外部噪声。在没有先进噪声消除模型的帮助下，声学传感器的检测范围有限，有时甚至不到5米。彻底解决这些问题对于促进农业可持续性和确保...现有系统的比较
表1汇总了市场上现有各种声学传感器的优点和缺点，为选择最适合农业害虫管理系统的传感器技术提供了重要见解。
表2对当前系统进行了比较分析，详细说明了它们的目标、方法、结构和针对的害虫。该表还突出了各自的准确性、优点和缺点，提供了全面的...
未来研究方向与提出的模型
从广泛的文献和比较分析中可以得出以下建议，可以纳入未来的研究工作中：
•在常用的声学传感器中，压电麦克风和TreeVibes传感器已被证明是最有效的，因为它们对害虫产生的振动声学信号非常敏感，受外部噪声的影响较小，并且具有宽广的动态范围。对于害虫声音检测，采用基于希尔伯特变换的脉冲...
结论
本文概述了当前使用声学传感器技术的害虫管理系统。利用这些发现，提出了一种针对小规模储存设施的智能害虫管理解决方案，以应对害虫侵扰。该提出的系统旨在降低成本效益，使寻求替代杀虫剂的小规模有机农民能够使用。未来的研究将集中在实际条件下实施和测试该系统。
CRediT作者贡献声明
N. Renugadevi：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，监督，概念化。Karthik Nivedhan：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿。VLN Cherukuri Kartheek：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿。N. Sivakumaran：撰写——审阅与编辑，概念化。
出版同意
所描述的工作尚未发表，也没有在其他地方考虑发表，并已获得所有作者的出版批准。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本文报告的工作。
致谢
作者感谢印度泰米尔纳德邦蒂鲁奇拉帕利的Food Corporation of India仓库提供的宝贵意见。
