植物黄金黑科技：黑松露电子探测器，从此不用带狗上山了

云南黑松露人工智能探测系统是一种集特征气味采集硬件和人工智能分析软件为一体的野外便携式新一代电子信息设备。旨在通过电子传感器和特征值算法探测和发现松露，进而提高人工发现和采挖的工作效率，实现黑松露产区增产增收，同时保护了我省黑松露产区植被可持续生长，避免盲目地毯式开挖导致生态环境破坏。本项目具有较高的经济效应和实用性，人工智能识别技术应用于野外云南黑空露探测目前在国内尚处于空白，所以该系统及其应用属于国内首创。

云南黑松露作为优质营养菌类，是一种名贵食材,具有其极高的食用价值和药用效果，受到人们的青睐,但因其生长环境恶劣导致发现和采摘难度大,致使黑松露在收购时价格居高不下。针对黑松露产业人工发现和挖采效率低下的问题,本项目围绕基于深度学习的黑松露探测系统展开研究工作。我们研发了一套高精度电子气味采集系统，针对松露特征甄别和嵌入式技术,通过深度学习算法识别黑松露特征值搜寻工作, ,相比于传统人工盲目采挖,电子系统具有的探测精度高,抗干扰能力强，探测速度快等特点，除了提高采挖效率，节省人工成本以外，还利于保护产区生态环境，避免采挖季节人山人海地毯式搜索，破坏产区脆弱的生态环境。

提取黑松露特征气味实现松露探测，在技术上是具备可行性的，权威科研成果报告《云南新鲜松露和干制松露挥发性风味成分的对比分析》（冯 涛1，水梦竹1，宋诗清1，余跃先2，孙 敏1，徐志民3(1.上海应用技术大学 香料香精技术与工程学院，上海 201418；2. 云南南华县咪依噜天然食品开发有限责任公司，云南 南华675200；3. 美国路易斯安那州立大学 食品科学系，路易斯安那 巴吞鲁日70802)）中表明："采用顶空固相微萃取（HS-SPME）法萃取云南新鲜采摘黑松露和真空冷冻干燥黑松露中的挥发性成分，利用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）和气相色谱-火焰光度检测器（GC-FPD）对挥发性成分和含硫物质进行鉴定。结果表明，新鲜黑松露和干制松露中分别鉴定出30种和83种挥发性风味物质，8种和19种含硫化合物。1-辛烯-3-醇，对甲酚甲醚，3-甲基丁醛，二烯丙基二硫醚和二甲基硫醚在新鲜松露中的含量较高，对甲酚甲醚，己酸，右旋柠檬烯，二甲基砜，烯丙基甲基三硫醚在干制松露中含量较高。气相色谱-嗅闻（GC-O）结合香气活力值（OAV）发现，新鲜松露中二烯丙基二硫醚，二甲基硫醚，1-辛烯-3-酮，3-甲基丁醛对香气贡献较大"所以基于特定成分的气味比对匹配可以应用于黑松露的探测。研发云南黑松露人工智能探测系统的科技公司：云南蓝光矩阵科技有限公司2014年7月成立于昆明国家级高新技术开发区，主营软件开发、电子信息产业。公司成立6年以来，累计完成了12项信息系统工程项目，获得6项计算机软件著作权，业绩涉及工业自动化，物联网应用，管理信息系统建设，教育信息化等。目前项目团队拥有5名成员，中国科学院植物研究所首席科学家2人，教授级高工1人，本科2人，团队拥有完全自主知识产权和核心技术。公司是中国普天信息化合作入围单位和中国航天智控（北京）研究院深度战略合作单位。

黑松露电子气味探测传感器器

中国黑松露占全世界黑松露的产量的80%以上，作为中国松露的主产区，云南松露产量占全国总产量的近70%，云南松露每年的产量在500吨左右。云南出口的黑松露在200-300吨之间。国内松露产品向外销售的国家主要是英国、美国、法国、德国、日本等发达国家，每年这些国家对松露的进口需求量在200吨以上，现有收售的产品量远远不能满足国际市场的需求。云南松露的价值与国外松露的价值是一样的。但十多年前，价格非常低，每公斤30-40元就能买到。而现在云南松露的收购价在1000元/公斤，过去几年的平均收购价为472元/公斤，远远低于欧洲市场。尽管如此，松露的价格还是在以每年1.5倍价格上涨。目前在中国，云南的丽江、香格里拉、楚雄等地及四川攀西分布有两个商业块菌集中区。但全国开发松露产品的厂家不足10家，生产量不到10吨，而市场需求量在1000吨以上。制约产量的原因是缺乏足够的块菌原料，松露自然产量是限制产业化发展的根本因素和瓶颈。尽管现在已经证实了可以实现人工培育块菌，但块菌规范化、规模化人工保育促繁种植业尚未形成，还处于空白。

整个黑松露产业链具有：产量低，价值高，需求大的特点。属于典型的劳动密集型行业。新一代信息技术对传统劳动密集型行业提升空间比较大。智能搜寻，精准定位，保护生态是本项目的出发点，解决的行业痛点是：黑松露投工投劳人力成本高，发现采挖工作效率低，利益驱使下大规模盲目采挖对生态环境破坏严重。我们的目标客户是：松露采集个人和公司机构。在整个松露产业链中，这是占比相当大的一部分。我们的盈利模式就是向这些松露采集个人和公司机构出售我们的设备或者出租设备，获取利润。并同步建立起一整套市场销售和售后服务体系。完善并制定该行业的技术和服务标准。

综上所述，研发云南黑松露人工智能探测系统，相比于传统人工盲目采挖,电子系统具有的探测精度高,抗干扰能力强，探测速度快等特点，除了提高采挖效率，节省人工成本以外，还利于保护产区生态环境，避免采挖季节人山人海地毯式搜索，破坏产区脆弱的生态环境。同时实现当地农民更好的脱贫致富。

无线传感器网络在野外测量中的方案

　　在工业测量领域，往往需要长时间、大范围、多通道的数据测量系统。而在野外环境监测领域，由于环境条件的特殊情况，经常使监测系统因为电源、长距离布线等因素的存在而难以有效部署。而无线传感器网络由于其低功耗、自组织路由、无需布线等特性，特别适合于工业领域的野外测量。

　　本文将介绍一个部署在我国南部某沿海城市的无线传感器网络案例，该系统经过少量修改后可以满足许多工业测量的需求。

　　该城市存在大量山地地貌，城市居民人口众多，要求土地必须保持较高的利用率，因此大量建筑和道路都位于山区附近。该地区降雨量常年偏高，尤其在每年夏季的梅雨季节，会出现大量的降水。不稳定的山地地貌在受到雨水侵蚀后，容易发生山体滑坡，对居民生命财产安全构成巨大的威胁。

　　当地有关部门尝试部署过多套有线方式的监测网络以对山体滑坡进行监测和预警，但是由于监测区域往往为人迹罕至的山间，缺乏道路，野外布线、电源供给等都受到限制，使得有线系统部署起来非常困难。此外有线方式往往采用就近部署Datalogger的方式采集数据，需要专人定时前往监测点下载数据，系统得不到实时数据，灵活性较差。

　　对此，在与地理监测专家进行多次交流，并进行数次实地考察后，Crossbow公司提出了基于无线传感器网络的山体滑坡监测全套无线解决方案。

　　基本测量原理

　　山体滑坡的监测主要依靠两种传感器的作用：液位传感器和倾角传感器。在山体容易发生危险的区域，沿着山势走向竖直设置多个孔洞，如图1所示。每个孔洞都会在最下端部署一个液位传感器，在不同深度部署数个倾角传感器。由于该地区的山体滑坡现象主要是由雨水侵蚀产生的，因此地下水位深度是标识山体滑坡危险度的第一指标。该数据由部署在孔洞最下端的液位传感器采集并由无线网络发送。

　　通过倾角传感器可以监测山体的运动状况，山体往往由多层土壤或岩石组成，不同层次间由于物理构成和侵蚀程度不同，其运动速度不同。发生这种现象时部署在不同深度的倾角传感器将会返回不同的倾角数据，如图2所示。在无线网络获取到各个倾角传感器的数据后，通过数据融合处理，专业人员就可以据此判断出山体滑坡的趋势和强度，并判断其威胁性大小。

　　系统整体架构如图3所示，Crossbow用于此项目的产品包括新型Mote节点IRIS、MDA300数据采集板、Stargate基站;MoteWorksTM软件环境包括Xmesh协议栈(IEEE802.15.4兼容)、Xserver中间件及MoteWeb可视化管理平台。

　　传感器节点探测出的数据通过Xmesh无线多跳自组的网络传输给基站，或通过中继Mote传输给基站。Mote是无线传感器网络的基本节点，由处理器和RF芯片组成，它的体积较小，所以称之为“尘埃(Mote)”。基站则是用来沟通无线传感器网络与已有的IP网络的网关设备。

　　基站将这些数据传输到中心服务器，通过Xserver中间件解析后，用户可以通过IT系统应用软件进行监控;同时数据接口完全兼容于客户的原有信息管理系统，用户能够灵活地将新的传感器数据加入原有的信息管理系统，从而通过IP网络实时监控物理世界信息。

　　在实际部署时，Crossbow采用了分层网络的架构。每个目标监测区域内的无线传感器节点组成一个子网，子网内的节点依靠Xmesh无线多跳自组织协议，通过多跳的方式把数据传递给Stargate基站。基站在进行数据预处理后，通过GPRS网络远距离把数据发送回中心服务器，如图4所示。

　　每个目标监测区域大概由10～20个节点构成(依具体情况有所调整)，整个项目由数个监测区域构成，由于Crossbow的Xserver中间件服务器的强大功能，系统构成灵活可调(包括子网数目和网内节点数目)。相邻节点之间的距离约为20～100m，数据采集间隔也可以由中心服务器灵活控制,在旱季可以调整为每24小时采集并传递一次数据，从而节省能量并避免大量的冗余数据。而在雨季危险期，其采集间隔可以密集至2分钟一次，从而保证实时监测预警功能。

　　系统支持双向数据传输，所有数据汇集到基站，连接至上层IT系统进行数据整合，方便管理和查询。

　　传感器节点

　　每个传感器节点包含液位传感器与倾角传感器元件、IRIS无线传感器网络节点、MDA300数据采集板和电池组。

　　MDA300提供8个ADC通道、8个数字通道以及I2C接口用于外接各类传感器。在本项目中倾角传感器电压输出为0~5V，通过MDA300预留的电阻分压网络很容易接至MDA300提供的0~2.5V ADC接口。液位传感器则为4~20mA电流输出，通过外接电池组模拟理想电压源，再使用电阻分压网络124?赘电阻即可将4～20mA转换为ADC可以采集的0~2.5V电压信号。

　　MDA300被配置为1个液位传感器通道和6个倾角传感器通道。

　　中继Mote

　　中继Mote的硬件结构和Mote完全一样，只是没有连接传感器。与普通Mote不同，中继Mote不是由电池供电，而是通过有线形式供电，始终保持在工作状态来保证全网的通信效率。中继Mote将来自节点的数据通过Mesh网络传输到基站。当一个Mote出现故障，与之相关的其他Mote会自动重新选择路由。在这个Mote的故障排除后，会重新加入到Mesh网络中继续工作。

　　基站

　　基站由一个Stargate网关和一个Mote组成。Stargate网关包含Intel PXA255主处理器、Intel SA1111协处理器、64MB RAM、32MB FLASH以及51针接口、PCMCIA接口、CF接口。

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