Bioinspired 4D Trajectory Generation for a UAS Rapid Point-to-Point Movement

A bioinspired trajectory generation approach for Unmanned Aerial System （UAS） rapid Point-to-Point （PTP） movement was presented. The approach was based on general tau theory developed by biologists from observing and studying the behavior of birds and some other animals. We applied the bioinspired approach to the rapid PTP movement problem of a rotary UAS and derived two different trajectory planning strategies, namely, the tau coupling strategy and the intrinsic tau gravity guidance strategy. Based on general tau theory, according to the dynamic model of UAS, we presented a new strategy named intrinsic tau jerk guidance which can fit the movement that the initial acceleration of the UAS is zero. With new strategies, flight trajectory generation examples with a UAS were presented. The kinematics and dynamics analyses of the UAS for rapid PTP movement were presented with simulation results which show that the generated trajectories were feasible.     

昆虫迁飞行为及其调控机制

迁飞是昆虫长期适应资源与环境的季节性变化所形成的一种行为策略.迁飞昆虫不仅通过迁飞逃避不良环境,也因其极高的繁殖力确保种群在新的生境中实现快速增长甚至暴发成灾,对整个自然生态系统和农业生态系统影响甚大.本文首先基于部分迁飞概念,描述了迁飞型和居留型个体在形态、行为、生理上的差异,重点介绍了迁飞与生殖的耦合关系,以及诱导迁飞的外界环境因子,最后综述了昆虫迁飞行为调控的分子机制方面的研究进展.从感受不良环境信号到决定迁飞,从起飞、飞行、降落到决定继续迁飞或终止迁飞,这一系列过程受昆虫内分泌、表观等诸多因素的调控,但其背后的分子机制有待深入研究.     

昆虫经山东省向南迁飞的种类及迁飞路线探讨

[目的]山东省地处我国昆虫南北季节性迁飞的主要通道,明确迁飞性害虫在山东省的迁飞过程和迁飞规律,对于全国迁飞性害虫监测与防控均具有重要意义.[方法]2018年在山东省14个地区设置监测站点,利用探照灯诱虫器和地面灯诱虫器对迁飞性昆虫进行了实时监测,分析了 9月初-10月底迁飞性昆虫的种群动态,首次探讨了昆虫经山东省向南迁飞的种类及迁飞路线.[结果]诱集到棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)、玉米螟Ostrinia nubilalis(Hübner)、桃蛀螟 Conogethes punctiferalis Guenée、劳氏粘虫Leucania loreyi等重要害虫以及中华通草蛉Chrysoperla sinica、大草蛉Chrysop pallens等天敌.根据迁飞性昆虫种群数量"突增突减"的现象,以及探照灯诱虫器和地面灯诱虫器诱集数量比值,明确了棉铃虫、亚洲玉米螟、桃蛀螟、劳氏粘虫、黄地老虎Agrotis segetum、大地老虎Agrotis tokionis、甜菜夜蛾 Spodoptera exigua、斜纹夜蛾 Spodoptera litura、银纹夜蛾 Ctenoplusia agnata、甘薯天蛾 Agrius convolvuli、瓜绢野螟 Diaphania indica、甜菜白带野螟 Hymenia recurvalis、黄翅缀叶野螟 Botyodes diniasalis(Walker)、豆荚斑螟Limabean podborer、东方蝼蛄Gryllotalpa orientalis、中华通草蛉、大草蛉17种昆虫出现了明显的迁飞过程,这些昆虫由北向南迁飞时,主要途经地点是宁津(25.90％)和济阳(20.81％),其次为庆云(12.31％)、曹县(9.26％)、菏泽(7.09％)、临清(5.47％).[结论]经山东省向南迁飞的昆虫种类丰富,主要从山东西部通过.     

山东省探照灯诱虫器和地面灯诱虫器诱集昆虫群落结构

[目的]山东省是昆虫南北迁飞的关键路径,了解山东省的迁飞性昆虫群落结构,对明确迁飞性昆虫种类,并对其进行预测预报具有重要意义.[方法]在山东省14个地区建立监测点,每个监测点于2018年9月-10月利用探照灯诱虫器和地面灯诱虫器诱集昆虫.[结果]14个监测点共诱捕到昆虫有12目54科408种,其中探照灯诱虫器诱集到11目45科388种,地面灯诱虫器诱集到12目46科365种,探照灯诱虫器诱集的主要昆虫类群为鳞翅目(79.12％)、鞘翅目(9.42％)、直翅目(8.14％)和脉翅目(2.26％).地面灯诱虫器诱集的主要昆虫类群为鳞翅目(68.84％)、鞘翅目(23.46％)、膜翅目(3.69％)、直翅目(1.50％)、半翅目(1.14％).探照灯诱虫器诱集昆虫数量显著多于地面灯诱虫器.[结论]阐明了山东省昆虫群落结构和多样性,并证实了许多重大昆虫在山东省存在迁飞性.     

粤北稻区稻纵卷叶螟的虫源地分析

根据曲江地区12年稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis Guenée的历史虫情资料,挑选了31个代表性的发蛾高峰日,利用HYSPLIT轨迹分析平台对其迁飞峰次进行轨迹分析,结果表明:粤北稻区稻纵卷叶螟早期迁入虫源地主要分布在海南及两广南部稻区,其中5月大多分布在海南及雷州半岛,6月主要分布在两广南部稻区;夏季迁出虫源的降落地分布在长三角稻区及安徽稻区;秋季回迁虫源的虫源地主要分布在安徽南部及长三角稻区,少部分来自浙南及闽北;秋季迁出虫源的降落地主要集中在海南南部和越南北部稻区;随着时间的推移,其早期迁入虫源地的时空分布由南向北依次偏移,存在明显的季节性差异,而夏秋季迁出虫源降落地和秋季回迁虫源地的时空分布没有明显的季节性差异。本研究初步明确了粤北地区稻纵卷叶螟南北往返迁飞的虫源衔接关系。     

2011年贵州省白背飞虱前期迁入虫源地分析

白背飞虱Sogatella furcifera(Horváth)是贵州省水稻重要迁飞害虫,近年来发生严重。为了明确贵州白背飞虱的来源地,本文根据2011年贵州省荔波、天柱、望谟、惠水、从江、锦屏6个代表站点的虫情资料,采用HYSPLIT轨迹分析平台进行虫峰回推轨迹分析,结果表明:(1)2011年贵州虫峰于5月中上旬迁入,迁入高峰期多集中在6月份;(2)2011年贵州地区早期白背飞虱虫源地为主要为越南红河三角洲,广西中南部,桂东南与广东交界;该研究结果为进一步明确我国喀斯特地区白背飞虱的虫源地和迁飞路线提供参考。     

昆虫迁飞研究中的轨迹分析方法

轨迹分析是确定迁飞性昆虫虫源地和降落区常用、有效的方法之一。本文就目前研究中常用的轨迹分析方法,并结合稻飞虱实例做一个简单介绍。NOAA HYSPLIT模型操作简单,但无法自定义相关参数。而结合中尺度数值模式(MM5、WRF)可得到更高时空分辨率的气象背景场,大大改进了轨迹的精度。     

安徽江淮地区灰飞虱的春季迁飞与扩散

通过2009,2010年春季对江淮地区安徽凤台麦田及灯诱灰飞虱Laodelphax striatellus(Fallén)种群的系统调查和雌虫卵巢的系统解剖,明确了本地越冬后灰飞虱的种群性质,作为灰飞虱能否迁飞的判据;运用美国NOAA网站的HYSPLIT平台对本地的迁入高峰做了数值模拟和虫源分析。结果表明:(1)江淮稻区灰飞虱麦田种群的迁移动态为远距离迁飞与本地扩散相结合;(2)在本地范围内,灰飞虱的本地繁殖型长翅成虫于麦收前可从麦田向秧田迁移扩散,在不利于长翅成虫起飞进行远距离迁飞的天气条件,如降雨、大风等的影响下,麦田迁飞型种群可向附近的秧田扩散;(3)灯诱与田间长翅雌虫卵巢解剖表明本地2010年6月5日和12日出现迁入虫群;虫源轨迹分析显示2010年6月5日迁入虫峰来自苏中的扬州地区,6月12日迁入虫源来自鲁南济宁地区。     

2008年广西北部湾稻区稻飞虱初迁入过程分析

2008年2月,我国南方和越南北方普遍遭遇了罕见的低温冻害,褐飞虱Nilaparvata lugens(Stl)与白背飞虱Sogatella furcifera(Horváth)越冬虫量大大减少,而广西北部湾稻区在3—4月却出现了大规模的稻飞虱迁入峰。结合2008年越冬考察、灯下监测以及田间系统调查结果,通过HYSPLIT模型与GrADS软件对此阶段出现的稻飞虱大规模迁入过程进行轨迹模拟与天气学背景分析,得出以下结论:(1)2008年广西早期迁入稻飞虱虫源与越南北部虫源关系不大,主要来自越南中部及老挝南部;(2)850hPa高空温度较高,低空急流频繁,以及过早出现的台风是造成钦州4月份稻飞虱大规模远距离迁入的最主要原因。因此,除越南北部红河三角洲地区外,为我国华南稻区提供早期迁入虫源的越南中部稻区更值得关注。     

2010年广西兴安地区稻纵卷叶螟发生动态及迁飞轨迹分析

稻纵卷叶螟是我国水稻上的重要害虫,近年来给我国水稻生产造成严重的损失。兴安地区位于广西东北部是每年稻纵卷叶螟在我国南北往返的必经之路,分析该地区稻纵卷叶螟的种群动态和迁飞规律,对全国稻纵卷叶螟的预测预报和防治工作意义重大。采用灯光诱捕、田间系统调查与雌蛾卵巢解剖的方法研究了2010年广西兴安地区稻纵卷叶螟的发生动态和世代虫源性质,并运用大气质点轨迹分析平台HYSPLIT和气象图形处理软件GrADS对2010年广西兴安地区稻纵卷叶螟迁飞高峰期进行了迁飞轨迹和气象背景分析。结果表明:(1)稻纵卷叶螟种群数量在广西兴安地区随季节变化明显,年发生6代,于4月底迁入,迁飞活动主要集中在5月下旬-8月中旬。在双季早稻田、单季中稻田和双季晚稻田均发生3代,且在不同类型田中重叠发生,其在双季早稻田的发生量明显高于单季中稻田和双季晚稻田。(2)明确了兴安地区稻纵卷叶螟各世代虫源性质。第2、3代主害双季早稻,均为迁入虫源;第4代数量最多,主害双季早稻,属于迁入虫源在本地繁殖世代;7月中下旬连续降雨天气阻碍第四代稻纵卷叶螟从本地迁出,滞留单季中稻为害。第5代主害单季中稻,虫源性质复杂,主要为本地虫源本地繁殖型,既有迁入,又有迁出;第6代前期主害单季中稻,后期主害双季晚稻,第7代为害双季晚稻,虫源性质均为本地虫源大部迁出型。(3)2010年广西兴安5月上旬稻纵卷叶螟迁入虫源地来自广东沿海阳江和湛江稻区,6月中旬大规模迁入虫源地主要来自广东沿海雷州半岛稻区。低空激流为稻纵卷叶螟的迁入提供了运载气流,而当时的降雨是迫使稻纵卷叶螟集中降落的主要原因。10月中旬从本地迁出的稻纵卷叶螟,随东北气流南下可到达广西沿海北海市。