基于Android平臺(tái)的小麥條銹病圖像采集系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

崔云濤，王蓮芝*，馮 晶，徐世昌

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京 100083;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193)

近年來(lái)，隨著嵌入式技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，加之硬件性能的不斷提高，Android移動(dòng)終端價(jià)格變得低廉，因此被廣泛普及。將此種設(shè)備應(yīng)用到農(nóng)業(yè)已成為現(xiàn)實(shí)?；诎沧康霓r(nóng)業(yè)環(huán)境信息采集系統(tǒng)［1］、移動(dòng) GIS［2］、農(nóng)業(yè)信息管理系統(tǒng)［3］和農(nóng)業(yè)新品種推廣信息采集系統(tǒng)［4］等技術(shù)都已應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)之中。

當(dāng)前農(nóng)業(yè)從業(yè)人員及專家在實(shí)際診斷小麥條銹病發(fā)病程度存在著一系列的問(wèn)題。首先，小麥條銹病發(fā)病初期的癥狀往往不太明顯，而種植人員由于缺乏專業(yè)知識(shí)，因而無(wú)法及時(shí)地進(jìn)行防治;其次，具有小麥條銹病專業(yè)知識(shí)的植保專家不能一直在小麥發(fā)病現(xiàn)場(chǎng)，親自診斷病害的情況和提供防治措施;最后，也是最關(guān)鍵的一點(diǎn)，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員對(duì)發(fā)病程度判斷是模糊的，并且容易同其他病害混淆，不能正確地進(jìn)行病害的診斷。植保專家對(duì)小麥條銹病發(fā)病程度的描述缺乏精確性，從而耽誤了防治的進(jìn)程。為了更好地解決這一問(wèn)題，本文提出一種利用Android移動(dòng)終端設(shè)備進(jìn)行拍照獲取病害區(qū)域，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將圖像上傳至服務(wù)器。而后，專家可以利用計(jì)算機(jī)圖像處理程序給出病害的結(jié)果，并返回給農(nóng)業(yè)從業(yè)人員。

本文介紹了在Android SDK和Eclipse環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)完成的小麥條銹病采集系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)。該系統(tǒng)是基于C/S模式實(shí)現(xiàn)的，主要用于大田或者溫室獲取小麥條銹病葉片圖像，上傳至服務(wù)器，以此為小麥條銹病病害圖像處理與識(shí)別診斷等工作的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。此外，在硬件方面無(wú)須額外投入。

1 Android平臺(tái)搭建

Android是一種基于Linux的自由及開放源代碼的操作系統(tǒng)，主要用于移動(dòng)設(shè)備，如智能手機(jī)和平板電腦，由Google公司和開放手機(jī)聯(lián)盟領(lǐng)導(dǎo)及開發(fā)。自從Android移動(dòng)設(shè)備問(wèn)世，搭載Android系統(tǒng)的移動(dòng)設(shè)備價(jià)格越來(lái)越低廉，性能不斷提升，加之良好的用戶體驗(yàn)、豐富多彩的應(yīng)用軟件，Android系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用，成為萬(wàn)眾矚目的焦點(diǎn)。據(jù)外國(guó)媒體統(tǒng)計(jì)，2014年Android設(shè)備出貨量為10.59億部。Android平臺(tái)的應(yīng)用軟件更是數(shù)以萬(wàn)計(jì)，為人們的生活和工作帶來(lái)了便捷。不光是由于它是面向終端用戶免費(fèi)、開源的OS，還有它擁有良好的應(yīng)用程序框架、優(yōu)化的圖形庫(kù)、良好的數(shù)據(jù)庫(kù)與多媒體支持等優(yōu)勢(shì)。

客戶端開發(fā)環(huán)境的搭建是系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)工作。綜合考慮，本文搭建Eclipse與Android SDK的環(huán)境，利用其提供的內(nèi)存、性能分析、調(diào)試工具和模擬器等條件開發(fā)了該采集軟件，用于小麥條銹病病害圖像的采集。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 客戶端設(shè)計(jì)

該小麥條銹病圖像采集系統(tǒng)面向的終端系統(tǒng)為Android平臺(tái)，并要求系統(tǒng)版本不低于 Android 2.2。該系統(tǒng)主要完成的功能有拍照功能、預(yù)覽圖像功能、上傳功能、分析功能、系統(tǒng)說(shuō)明等。本系統(tǒng)的界面簡(jiǎn)單友好，易操作，并有良好的提示功能，有利于用戶操作和后期推廣。

2.2 服務(wù)器端設(shè)計(jì)

Apache簡(jiǎn)單、速度快、性能穩(wěn)定，并具有良好的跨平臺(tái)性和安全性，是最流行的WEB服務(wù)器軟件之一，故將其作為服務(wù)器軟件。為了配合后續(xù)圖像處理等研究的進(jìn)行，采用PHP語(yǔ)言作為服務(wù)器端語(yǔ)言進(jìn)行圖像的上傳處理等操作。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 Activity

Activity是Android應(yīng)用程序中最核心的類。在開發(fā)Android原生APP中是最基本和最常用的工具。為了提高運(yùn)行的性能，本系統(tǒng)正是利用原生APP技術(shù)進(jìn)行Activity開發(fā)。根據(jù)系統(tǒng)的需要，并遵循軟件工程的要求，設(shè)置多個(gè) Activity類(WelcomeAty、UploadAty、TkPhotoAty、PreviewAty等)，每個(gè)Activity類都綁定相應(yīng)的XML布局文件來(lái)呈現(xiàn)界面。Activity類借助Intent來(lái)實(shí)現(xiàn)相互間的跳轉(zhuǎn)與傳值。

3.2 SQLite

SQLite是一種輕量級(jí)的小型數(shù)據(jù)庫(kù)，具有獨(dú)立性、安全性、跨平臺(tái)性等優(yōu)點(diǎn)，并具有常見數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)功能。因其占用系統(tǒng)資源很少，現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)中多使用該數(shù)據(jù)庫(kù)，Android系統(tǒng)即采用SQLite。為了記錄上傳的圖像信息，本系統(tǒng)建立WheatImage數(shù)據(jù)庫(kù)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，并提供查看記錄功能。

3.3 上傳處理

按照系統(tǒng)的需要，Android上傳文件到服務(wù)器，采用基于TCP的可靠通信的HTTP協(xié)議的方法，模擬網(wǎng)頁(yè) POST方法傳輸文件?？蛻舳诵柙贏ndroidManifest.xml配置相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)權(quán)限，而后使用HttpURLConnection等接口和線程服務(wù)，來(lái)支持圖像的上傳。服務(wù)器端則采用PHP編碼來(lái)接收要傳輸?shù)膱D像文件。若圖像文件上傳成功，則有“uploaded successfully”提示。圖1為上傳圖像的流程圖。

圖1 上傳圖像的流程

為了支持?jǐn)帱c(diǎn)上傳任務(wù)，該系統(tǒng)Android客戶端發(fā)送上傳文件頭字段給服務(wù)器，服務(wù)器判斷文件是否在服務(wù)器上，文件是否有上傳的記錄，若是文件不存在，服務(wù)器則返回一個(gè)ID通知客戶端從什么位置開始上傳，客戶端從獲得的位置開始上傳文件。

3.4 其他

為了便于以后的工作，系統(tǒng)拍照所得圖像大小統(tǒng)一為1 920像素×2 560像素，并以采集時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)命名。系統(tǒng)可對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)分析，對(duì)圖像進(jìn)行初步的篩選，減少不必要的上傳。

4 小結(jié)

隨著智能化移動(dòng)終端的普及，在農(nóng)業(yè)上使用終端設(shè)備來(lái)采集信息進(jìn)行處理分析，已成為研究的熱點(diǎn)。該系統(tǒng)是利用Android平臺(tái)的特性來(lái)獲取小麥條銹病圖像，完成小麥條銹病病害圖像處理過(guò)程中的第一步，既方便又高效。

［1］ 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］.濟(jì)南:山東大學(xué)，2011.

［2］ 金浩軍，劉成忠.基于Android平臺(tái)移動(dòng)GIS在農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中的應(yīng)用研究 ［J］.農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2013(2):21-24.

［3］ 方鈺，黃亮，陳詩(shī)平.基于Android系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺(tái)運(yùn)行模式及發(fā)展前景 ［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014(19):340-341.

［4］ 張淑苗，張偉，李麗.基于Android平臺(tái)的農(nóng)業(yè)新品種推廣信息采集系統(tǒng)［J］.農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2012(3):17-19.