计算机技术在档案有害生物防治工作中的应用

李国强

计算机技术在档案有害生物防治工作中的应用

李国强

（甘肃洮河国家级自然保护区管护中心大峪国家森林公园管理办公室 甘肃甘南 747600）

计算机技术和人工智能技术的不断发展为档案有害生物防治工作开展提供了全新的机遇，为保护档案文献提供了更加高效的手段。文章以甘肃洮河国家级自然保护区管护中心大峪国家森林公园管理办公室为例，研究了计算机技术在档案有害生物防治工作中的应用，旨在保护档案安全，保证信息的完整性，希望为相关研究和实践提供一些启示和参考。

计算机技术；档案管理；有害生物；生物防治

随着科技的不断进步，计算机技术在档案有害生物防治中的应用将会越来越广泛，主要集中在智能化防治、数据管理和分析方面。例如，采用物联网、人工智能等技术，实现档案室内环境智能感知和控制，通过大数据分析等手段，实现对档案室内有害生物的智能预测和预警，实现真正的智能化防治[1]。计算机辅助识别和监测技术是目前应用最广泛的一种技术，通过图像识别、声波识别、数据处理等技术，能够对档案室内的有害生物进行快速、准确的识别和监测。智能化防治技术主要采用智能感知、智能控制、自适应控制等技术，实现对档案有害生物的无损、智能防治。该技术的优点是能够适应不同环境、不同有害生物的变化，对有害生物进行精确的防治[2]。本文基于此设计了档案室有害生物监测系统，以甘肃洮河国家级自然保护区管护中心大峪国家森林公园管理办公室为例，从计算机辅助声波识别、数据管理和分析以及自适应控制防治三方面入手，实现计算机技术在档案有害生物防治工作中的应用，提高防治效果和管理水平。

1 档案室有害生物防治系统设计

1.1 计算机辅助声波识别

在档案室有害生物监测系统设计中，计算机辅助声波识别是一项重要的技术，用于监测和识别可能存在于档案室中的有害生物，如白蚁、蛀虫等。图1为计算机辅助声波识别的基本流程。

图1 计算机辅助声波识别流程

如图1所示，计算机辅助声波识别首先使用声音传感器等设备采集档案室内的声波数据，并通过模数转换器将其转换为数字信号，每10 m2设置一组。之后对采集到的声波数据进行滤波、降噪、放大等预处理。其中，滤波可去除噪声或不需要的频率成分，以提高数据质量。如果数据中存在噪声，可使用去噪算法来降低噪声的影响，以便更好地进行后续分析和处理[3]。利用已知的有害生物声波数据进行训练，使用离散小波变换（DWT），建立有害生物声波模型，将声波信号分解为多个不同频率的小波分量，并提取每个分量的能量或幅值作为特征。假设原始信号为()，则其DWT可以表示为

式（1）中，()表示第层的第个小波系数，表示分解的层数。在上述过程中，每一层都将信号分成两个部分，分别对应于低频分量和高频分量，这种方法能够提取信号的高频细节信息，适合用于识别瞬态的声音信号。DWT可以通过快速小波变换（FWT）算法进行实现，使用小波系数的能量或幅值等统计量来描述声波信号，假设提取到的信号点为，具体如式（2）、式（3）所示。

式（2）、式（3）中，nergy表示小波系数的能量；ean表示小波系数的平均值；h,表示第层的第个小波系数，其中表示分解的层数，表示在该层中的系数位置。在一维信号的小波变换中，的取值范围通常从0到-1，表示从最低频带到最高频带的层数；的取值范围取决于每个层的系数个数，为正整数。通过以上公式，分析挖掘声波数据，发现其中的规律和趋势，得出最终降噪滤波后的数据，以便进一步管理分析。

1.2 数据管理和分析

通过数据挖掘、人工智能等技术可以实现对档案室有害生物监测系统的数据管理和分析，实现对有害生物的规律研究和预警的功能，能够对档案室内有害生物的分布、数量、种类等信息进行全面的管理和分析，有助于提高工作效率和防治效果[4]。

将计算机辅助声波识别提取到的有害生物声音信号的特征，利用机器学习算法，构建人工神经网络（ANN），将声音信号分类为有害生物信号和非有害生物的信号。假设是输入特征向量，是输出分类结果，W和b分别是第（=1,2,...,）层的权重和偏差，是激活函数，则ANN模型的预测公式为

式（4）中，1是输入层和隐藏层之间的权重矩阵，2是隐藏层和输出层之间的权重矩阵，1为输入层和隐藏层之间的偏差，2是隐藏层和输出层之间的偏差。通过计算损失函数对网络中的权重和偏差的偏导数，使用反向传播算法来更新权重和偏差，以最小化损失函数。重复进行前向传播和反向传播的过程，通过多次迭代训练来优化网络的权重和偏差。

使用测试集数据评估训练好的模型的性能。对新的声音信号数据应用训练好的模型，通过前向传播计算得到预测结果。对于二分类问题，根据输出层的概率值进行阈值判定，例如，大于0.5，判定为有害生物；小于0.5，判定为非有害生物。根据预测公式获得具体的特征数据，将原始数据和特征数据存储在数据库中，并建立数据管理系统进行数据储存[5]。

在档案室监测数据中，通过关联规则挖掘技术，挖掘出有害生物出现的条件和环境因素之间的关系，如温度、湿度、光照等。关联规则挖掘中需要计算支持度，以此构建关联，其中支持度的计算公式为

式（5）中，和是两个项集，req(∪)表示同时包含和的事务数，表示总的事务数。根据支持度可以得出数据挖掘中的置信度和提升度，以此确定出现有害生物的规律，系统会自动对有害生物的数量、分布和活动规律进行分析。使用Matplotlib数据可视化工具，将数据可视化，并生成数据报告和分析结果，通过预警系统提前预警。

1.3 自适应控制防治

自适应控制防治技术可以实现对档案有害生物的无损、智能防治，适应不同环境、不同有害生物的变化，对有害生物进行精确的防治。在自适应控制防治中，主要有感知、判断、控制、执行四个步骤，具体步骤如下所示：

（1）感知是指对档案室内环境和有害生物的信息进行采集和处理，使用各种传感器和监测设备对温度、湿度、氧气浓度、有害生物种类等进行监测和采集。通过传输和存储设备将采集到的数据传输至数据管理系统进行处理和分析。

（2）判断是指对采集到的数据进行分析和判断，判断当前环境和有害生物的情况，根据分析结果判断是否需要进行防治。

（3）控制是指根据判断结果，采取措施控制有害生物的数量和活动，针对不同的有害生物和环境，可以采用不同的控制手段，如控制温湿度、提醒人为驱虫、喷施药剂等，实现对有害生物的精确控制。

（4）执行是指实施控制措施并监测效果。通过采集和处理数据，对控制效果进行监测和评估，以便对防治措施进行调整和优化。

其中，将传感器采集到的数据进行分析处理，得到档案室内环境的状态和趋势，观察温度是否升高、湿度是否增加[5]。之后使用声波传感器对档案室内的声波信号进行监测，识别有害生物的存在和活动情况。根据数据分析和有害生物监测的结果，设计PID自适应控制策略，对有害生物进行精确的防治，PID控制器的公式为

式（6）中，()为PID控制器的输出变量，()为输入变量与期望值之间的误差，p、i、d为控制器的三个参数。如果监测到有害生物活动频繁，可以增加自动防治措施的强度或频率；如果监测到有害生物数量减少，可以适当减少防治措施的强度或频率，以避免对档案室内环境产生影响，提高防治效果。

2 应用成效

2.1 应用环境

为验证档案室有害生物监测系统是否在档案有害生物防治工作中产生作用，实验选择在甘肃洮河国家级自然保护区管护中心大峪国家森林公园管理办公室进行。该办公室采用本文设计的系统，硬件设备包括RaspberryPi 4B单板计算机、VISSONIC议朗嵌入式麦克风阵列、VOCs红外线摄像机、GQXA全自动气象站等。实验室内放置有文件柜、档案柜、档案盒等存储文物的物品，通过该系统对存储物品周围的环境温度、湿度和空气中的声音进行监测，实现对有害生物（如虫类、霉菌等）的监测和预警。

2.2 应用结果

系统对甘肃洮河国家级自然保护区管护中心大峪国家森林公园管理办公室的环境进行了持续一周的监测和分析，时间为2023年4月1日—2023年4月7日，具体收集到的数据如表1所示。

表1 档案室环境监测分析数据

从表1可以看出，从2023年4月1日开始，系统开始监测有害生物是否存在，其中，4月1日、4月3日、4月6日、4月7日均监测到有害生物。此种情况下，系统会通过警报和推送通知用户，并自动采取防治措施。同时，系统能够对环境的温、湿度进行分析，帮助用户及时发现温、湿度过高或过低的情况，并进行相应的调整，以确保存储物品的安全。系统采集一周内的监测数据，对防治前和采取防治措施后的有害生物数量进行对比分析，结果如表2所示。

表2 防治措施前后的有害生物数量对比

从数据分析结果可以看出，采取防治措施后，有害生物的数量明显减少，平均减少了67%，说明系统采取的防治措施对于有害生物的控制效果显著。

3 结语

计算机技术在档案有害生物防治工作中具有广阔的应用前景。文章以甘肃洮河国家级自然保护区管护中心大峪国家森林公园管理办公室为例，设计了档案室有害生物监测系统，使用离散小波变换进行计算机辅助声波识别，构建人工神经网络对数据做出管理和分析，设计PID自适应控制策略达到自适应控制防治，实现计算机技术在档案有害生物防治工作中的应用。此项工作的成功不仅依赖计算机技术本身，还有赖于专家、技术人员、政府部门等多方的合作，只有充分发挥各方的优势，共同推进该领域的研究和应用，才能真正实现档案有害生物的无损、智能防治。

[1]陈菲.科技发展背景下档案有害生物防治研究的变化与挑战[J].中国档案,2022(4):66-67.

[2]丁双玫.传统的档案有害生物防治技术现代化[J].中国档案,2022(2):66-67.

[3]方志华.新建档案库房实用评价指南(一)[J].中国档案,2022(1):79.

[4]吴榕.有害生物综合防治中围护结构在档案保护上的运用[J].档案管理,2021(3):76-77.

[5]荆秀昆.档案有害生物防治之一:档案馆害虫防治[J].中国档案,2020(1):81.

G273.3

A

2095-1205(2023)11-62-03

10.3969/j.issn.2095-1205.2023.11.19

李国强（1989—），男，汉族，陕西山阳人，大专，助理工程师，研究方向为林业。