基于Android的番茄栽培信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

□ 徐 峰

一、引言

番茄是我國(guó)廣泛種植的經(jīng)濟(jì)作物，在其生長(zhǎng)階段會(huì)遇到較多蟲害、病害等方面的影響。而對(duì)于種植者，要想及時(shí)獲得番茄信息并獲得相關(guān)農(nóng)業(yè)專家的指導(dǎo)是比較困難的，因此開發(fā)一套具有信息查詢、營(yíng)養(yǎng)診斷等功能的專家系統(tǒng)很有必要。在國(guó)外，用于大豆病害診斷咨詢的PLANT/ds專家系統(tǒng)在美國(guó)的伊利諾斯大學(xué)最早被研發(fā)出來(lái)。2009年，西班牙的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)研發(fā)出來(lái)的“橄欖樹病蟲草害識(shí)別專家系統(tǒng)”闡述了對(duì)病蟲害和草害有效識(shí)別的方法，也結(jié)合了病蟲害和草害的圖片，為病蟲草害的診斷和防治提供了良好的基礎(chǔ)。在國(guó)內(nèi)，歐陽(yáng)建權(quán)等人設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于PDA的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，但是沒有完成具體植物的專家系統(tǒng)。王安煒等人提出利用開放的Android系統(tǒng)構(gòu)建“水稻病蟲害專家系統(tǒng)平臺(tái)”，但是該平臺(tái)的解釋系統(tǒng)還不夠完善。

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，以Android系統(tǒng)為代表的智能移動(dòng)終端迅速發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了基于安卓系統(tǒng)的智能診斷系統(tǒng)。比如，楊林楠等人搭建了甜玉米病蟲害智能診斷系統(tǒng)。但此類系統(tǒng)功能相對(duì)簡(jiǎn)單并且基于Android平臺(tái)的作物生產(chǎn)管理系統(tǒng)比較少。因此本文基于Android應(yīng)用平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)了番茄栽培管理移動(dòng)終端系統(tǒng)，為番茄種植者提供專家層次上的指導(dǎo)。

二、關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)是基于Android系統(tǒng)中的Activity開發(fā)的。Activity是提供一個(gè)用戶進(jìn)行交互的屏幕。在Activity中，不僅能夠?qū)⒔缑娌季终故境鰜?lái)，而且能夠?qū)姆?wù)器端獲得的數(shù)據(jù)解析，顯示在移動(dòng)終端屏幕上。在服務(wù)器與客戶端之間主要使用輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式——JSON(JavaScript Object Notation)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在傳輸中使用一種支持當(dāng)前最新的網(wǎng)絡(luò)訪問協(xié)議客戶端編程工具包——HttpClient協(xié)議。

知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)是本系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)診斷等模塊使用的主要技術(shù)。知識(shí)庫(kù)是根據(jù)某種規(guī)則組織的知識(shí)的幾何，也是專家系統(tǒng)的主要來(lái)源。在知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)中所使用的規(guī)則的基本形式是P-＞Q。這種規(guī)則形式的含義是指，如果(if)前提P滿足，那么(then)就可在推理機(jī)上推出結(jié)論Q或者執(zhí)行Q中寫入的操作內(nèi)容。這種規(guī)則形式的知識(shí)，能夠使推理的過(guò)程更加準(zhǔn)確。因?yàn)橹挥袧M足了前提之后，才能執(zhí)行下一步的操作，而不會(huì)有其他的步驟產(chǎn)生。本文知識(shí)庫(kù)是由番茄營(yíng)養(yǎng)缺乏與過(guò)剩診斷、防治領(lǐng)域的理論知識(shí)、事實(shí)數(shù)據(jù)、植物圖片等信息組成。并采用產(chǎn)生式規(guī)則表示法進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)診斷從而達(dá)到通過(guò)邏輯表示知識(shí)庫(kù)內(nèi)容的物理組織。而推理機(jī)是基于知識(shí)進(jìn)行推理。本系統(tǒng)采用正向推理方式，從用戶在終端軟件通過(guò)界面選擇病害發(fā)生時(shí)期、病害發(fā)生部位、病害癥狀等事實(shí)出發(fā)，通過(guò)一系列策略方法從知識(shí)集中挑選出合理的知識(shí)進(jìn)行推理，并將已推出的知識(shí)作為下一步推理的已知事實(shí)在知識(shí)庫(kù)中找出適用的知識(shí)進(jìn)行推理，反復(fù)進(jìn)行，直到得出解或知識(shí)集被取完。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(一)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)框架如圖1。在客戶端用戶可以選擇信息查詢、病蟲害診斷、營(yíng)養(yǎng)診斷、病害寶典、模糊查詢和專家答疑等功能模塊，進(jìn)入相應(yīng)的模塊后輸入信息和問題，傳入服務(wù)器，服務(wù)器端將得到的數(shù)據(jù)通過(guò)“if-then”模式的規(guī)則進(jìn)行推理，并將最終推理結(jié)果返回客戶端。

圖1 系統(tǒng)功能框架圖

(二)系統(tǒng)主要模塊。

1．番茄的信息查詢模塊。

(1)番茄的基本信息查詢。番茄的基本信息查詢，主要包括番茄的簡(jiǎn)介、番茄的歷史、番茄的形態(tài)特征、番茄的生長(zhǎng)環(huán)境以及多個(gè)變種番茄的詳細(xì)介紹。

(2)番茄的病害寶典信息查詢。番茄的病害寶典信息查詢主要介紹番茄的各種病害的名稱、圖片和詳細(xì)介紹。用戶可以更直觀地了解病癥，以及通過(guò)系統(tǒng)建議選擇合理的防治方法。

2．番茄的診斷模塊。番茄的診斷模塊主要根據(jù)用戶輸入的信息，系統(tǒng)自動(dòng)診斷出番茄狀況，并將解決建議等信息告知用戶。番茄診斷的流程圖如圖2所示。

圖2 番茄診斷流程圖

番茄的診斷模塊主要分為病蟲害診斷、營(yíng)養(yǎng)診斷和病害的模糊查詢?nèi)齻€(gè)模塊。

(1)番茄的病蟲害診斷。用戶首先選擇病蟲害所發(fā)生的生長(zhǎng)時(shí)期，例如葉期。接著，用戶選擇病蟲害發(fā)生的部位，例如番茄的葉部。最后再選擇番茄的病癥，如在葉子的邊緣出現(xiàn)褐色斑塊，那么通過(guò)推理機(jī)得到病蟲害的名稱為晚疫病。這些病害的信息主要包括病蟲害的名稱、病蟲害發(fā)生的原因、病蟲害的特征圖片，并向客戶提供防治方法中效果最佳方案，最低殘留方案和最快解決方案。

(2)番茄的營(yíng)養(yǎng)診斷。番茄的營(yíng)養(yǎng)診斷與番茄的病蟲害診斷方法類似，但服務(wù)器端返回的數(shù)據(jù)不同。返回?cái)?shù)據(jù)主要為疾病的名稱、疾病發(fā)生的原因以及其特征圖片。

(3)番茄病害的模糊查詢。當(dāng)用戶無(wú)法準(zhǔn)確判斷番茄病害的發(fā)生時(shí)期或病害產(chǎn)生部位時(shí)，用戶可以輸入想要查詢的信息的關(guān)鍵字，例如，葉部、黃色等。通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，得到與用戶輸入內(nèi)容相關(guān)的信息。

3．專家答疑模塊。專家答疑模塊主要提供幾種常見病蟲害的診斷以及專家的建議。若用戶的問題與常見幾種不同，則可以在登陸系統(tǒng)后，進(jìn)行提問，等待相關(guān)專家的回答。

4．病害寶典模塊。用戶可通過(guò)此功能看到所有的病害名稱以及病害特征圖片的列表。主要包括病害發(fā)生的生長(zhǎng)周期時(shí)間、發(fā)生的部位、主要特征及其防治方法。

(三)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用B/S模式，所使用的開發(fā)語(yǔ)言為Java語(yǔ)言，在Eclipse、Android SDK以及ADT這三種工具上開發(fā)。

客戶端端的首頁(yè)如圖3(a)所示。在首頁(yè)中，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了信息查詢、病蟲害診斷、營(yíng)養(yǎng)診斷等功能按鈕。用戶可以根據(jù)需求任意點(diǎn)擊其中的某個(gè)按鈕。若點(diǎn)擊首頁(yè)的信息查詢，則顯示普通番茄、櫻桃番茄等標(biāo)題，點(diǎn)擊櫻桃番茄標(biāo)題，則會(huì)顯示櫻桃番茄的詳細(xì)信息比如種類描述、分布地區(qū)(如圖3(b)(c))。若點(diǎn)擊首頁(yè)的病蟲害查詢，則顯示生長(zhǎng)周期的單選按鈕。選擇好時(shí)期后，單擊下一步，則顯示病蟲害可能出現(xiàn)在番茄植株的具體部位。選擇好后，再次單擊下一步，則顯示病蟲害在滿足以上兩個(gè)條件的情況下可能出現(xiàn)的病癥。選擇后，數(shù)據(jù)將從服務(wù)器端返回客戶端，顯示診斷結(jié)果等信息(如圖3(d～h))。若點(diǎn)擊首頁(yè)的病害寶典，則顯示各種病害的標(biāo)題、內(nèi)容簡(jiǎn)介以及圖片。點(diǎn)擊具體病害如灰霉病后，即可看到該病害的詳細(xì)內(nèi)容(如圖3(i)(j)所示)。若點(diǎn)擊首頁(yè)的模糊查詢，用戶可在輸入框中輸入想要查詢的關(guān)鍵字，服務(wù)器端將關(guān)鍵字與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，若匹配成功，則將相應(yīng)數(shù)據(jù)返回到客戶端。若點(diǎn)擊首頁(yè)的專家答疑，用戶可以查看常見的關(guān)于番茄的提問以及來(lái)自專家的解答。用戶還可以在登錄后提交自己的問題。也可以通過(guò)點(diǎn)擊“我的提問”來(lái)查看自己提出的所有問題，同時(shí)也可以查看是否有來(lái)自專家的解答。

四、結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)和開發(fā)了基于Android的番茄栽培管理移動(dòng)終端系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)使用專家系統(tǒng)知識(shí)對(duì)番茄營(yíng)養(yǎng)和病蟲害進(jìn)行診斷，實(shí)現(xiàn)了番茄信息查詢、營(yíng)養(yǎng)診斷功能、病害診斷、模糊查詢和專家答疑等功能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較理想。未來(lái)需要考慮模糊推理方法，從而更進(jìn)一步完善系統(tǒng)。

［1］Uhrik C T．PLANT/ds Revisited:Non-Homogeneous Evaluation Schema in Expert Systems［C］AAAI，1982:217 ～ 220

［2］歐陽(yáng)建權(quán)，錢躍良，褚誠(chéng)緣，李錦濤．基于PDA的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)［J］．計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002

［3］王安煒．基于Android的手機(jī)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］．山東大學(xué)，2011