茶樹病蟲害遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的構(gòu)建

鄧立苗，孫華麗，于仁師(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，山東青島266109)

我國茶葉種植面積居世界第一，產(chǎn)量居世界第二，品質(zhì)居世界第三。造成這種狀況有多種因素，其中農(nóng)藥的不合理使用是農(nóng)藥殘留超標(biāo)的主要原因［1］。若要解決茶葉中農(nóng)藥殘留問題，根本措施是了解當(dāng)?shù)夭鑸@病蟲害發(fā)生情況，從而科學(xué)使用農(nóng)藥。茶葉病蟲害的防治，往往因?yàn)樵\斷上的失誤使防治藥劑選擇不當(dāng)或失去防治時(shí)效，造成病蟲害發(fā)生嚴(yán)重。提供一種比較準(zhǔn)確且操作簡單的茶樹病害診斷方法，及早對(duì)發(fā)生的病蟲害采取預(yù)防措施，是減少病蟲害損失的有效方法。

農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)早在20世紀(jì)70年代末期就開始應(yīng)用于植物蟲害的診斷研究，目前已廣泛應(yīng)用于玉米［2－3］、棉花［4］、大豆［5］和蔬菜［6－7］等多種作物病蟲害診斷中。在茶樹病蟲害系統(tǒng)方面，陳賢等應(yīng)用Visual Basic 6.0開發(fā)茶樹病蟲害識(shí)別防治信息查詢系統(tǒng)，共收入茶樹病蟲害77種［8］。敬廷桃等［9］利用網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)基于B/S結(jié)構(gòu)的茶樹病蟲害綜合防治信息系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)茶樹病蟲害文字和圖片信息的瀏覽、查詢、診斷和后臺(tái)管理等功能。汪輝進(jìn)［10］根據(jù)皖南茶區(qū)茶樹病蟲害的生物學(xué)特點(diǎn)，依據(jù)人工智能化的相關(guān)知識(shí)，開展茶樹病蟲害智能化防治專家系統(tǒng)的研究。但是，目前研究大多側(cè)重于茶樹病蟲害信息查詢和管理方面，并未涉及病蟲害信息的采集與實(shí)時(shí)求助。為便于茶園種植人員對(duì)茶樹病蟲害進(jìn)行及時(shí)求助與診斷，提高作物“植保應(yīng)急”服務(wù)的實(shí)效性、快速性及簡易性等，筆者將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPS和GIS等技術(shù)應(yīng)用于茶樹專家病蟲害診斷專家系統(tǒng)中，用戶可以在田間使用移動(dòng)設(shè)備獲取病蟲害信息并進(jìn)行實(shí)時(shí)求助，進(jìn)行茶樹病蟲害遠(yuǎn)程診斷，實(shí)現(xiàn)專家零距離指導(dǎo)茶樹病蟲害防治過程。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 由圖1可知，系統(tǒng)用戶可以通過手機(jī)或PC機(jī)發(fā)送病蟲害癥狀信息到服務(wù)器，服務(wù)器接收到求助信息，通過專家系統(tǒng)或?qū)＜以诰€方式得到診斷結(jié)果，然后將結(jié)果發(fā)送到客戶端。同時(shí)，根據(jù)用戶發(fā)送的病蟲害位置信息及診斷結(jié)果生成病蟲害分布圖，為病蟲害預(yù)測提供依據(jù)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)以Eclipse為開發(fā)平臺(tái)，以MySql為數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具，利用Java技術(shù)實(shí)現(xiàn)病蟲害診斷和信息檢索和管理等服務(wù)器端程序，其中手機(jī)客戶端基于Android平臺(tái)開發(fā)。

1.2 系統(tǒng)流程 病蟲害遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)主要由病蟲害信息采集、病蟲害診斷及診斷結(jié)果顯示等部分組成。從圖2可以看出，用戶首先使用手機(jī)(或數(shù)碼相機(jī))拍攝病蟲害癥狀圖像，然后將癥狀信息(圖片、GPS信息或文本信息)上傳到服務(wù)器。常見病蟲害可通過專家系統(tǒng)自動(dòng)診斷，而疑難雜癥可通過與專家在線交流進(jìn)行求助。

2 系統(tǒng)功能

圖2 系統(tǒng)流程

系統(tǒng)由病蟲害信息采集、病蟲害信息查詢、病蟲害信息管理、病蟲害診斷以及專家在線交流等模塊組成，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2.1 信息采集 病蟲害信息的可分為2類:病蟲害癥狀文字描述和病蟲害癥狀圖像。其中，病蟲害癥狀圖片能夠更直觀、更形象地描述病蟲害信息，可由手機(jī)或者數(shù)碼相機(jī)拍攝得到。為了更詳細(xì)獲取病蟲害發(fā)生的相關(guān)信息，可以通過手機(jī)內(nèi)置的GPS功能進(jìn)行病蟲害位置定位，實(shí)時(shí)獲取病蟲害發(fā)生位置(經(jīng)緯度)，基于Android的獲取GPS定位信息的界面如圖4所示。此功能通過創(chuàng)建位置管理器(Location manager)和位置監(jiān)聽器(Location listener)對(duì)象來實(shí)現(xiàn)［11］。手機(jī)端獲取病蟲害相關(guān)信息后，通過Web Service將病蟲害描述信息、癥狀照片及GPS定位信息發(fā)送到服務(wù)器。服務(wù)器接收到病蟲害相關(guān)信息后，將信息保存到MySQL數(shù)據(jù)庫中。

圖4 GPS定位信息界面

2.2 信息查詢 實(shí)現(xiàn)茶樹常見病蟲害癥狀及防治相關(guān)信息瀏覽和查詢，包括病蟲害發(fā)生部位、癥狀描述、癥狀圖片、防治措施及建議等，可以讓茶農(nóng)根據(jù)癥狀描述及癥狀圖片對(duì)常見病蟲害類型進(jìn)行判斷，信息查詢有網(wǎng)站和手機(jī)客戶端2個(gè)平臺(tái)。

手機(jī)客戶端檢信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)常見病蟲害信息瀏覽以及查詢，用戶可以隨時(shí)瀏覽常見病蟲害信息。病害信息瀏覽對(duì)病害按照發(fā)生的部位(如根、莖、葉)進(jìn)行分類檢索，每一類用層疊結(jié)構(gòu)顯示，每類中列出十幾種病害的名稱和圖片供用戶瀏覽，瀏覽界面如圖5所示。若用戶對(duì)某種病蟲害感興趣，可以點(diǎn)擊圖片進(jìn)入該病蟲害的信息頁面，獲取病蟲害的相關(guān)信息。

圖5 病蟲害信息瀏覽界面

為了快速獲取病蟲害的相關(guān)信息，手機(jī)客戶端可以進(jìn)行簡單的病蟲害信息查詢，用戶輸入病蟲害名稱或主要特征等關(guān)鍵詞進(jìn)行病蟲害信息查詢，查詢界面如圖6所示。

圖6 病蟲害信息查詢界面

2.3 病蟲害診斷

2.3.1 專家系統(tǒng)自動(dòng)診斷。由于病害和蟲害診斷原理與依據(jù)不同，需要對(duì)病害和蟲害分開診斷。病害診斷主要依據(jù)其癥狀進(jìn)行診斷，有部位癥狀和綜合癥狀2類。蟲害診斷主要依據(jù)害蟲的形態(tài)特征以及害蟲的為害特點(diǎn)，其中形態(tài)特征包括卵的特征、幼蟲的特征、蛹的特征和成蟲的特征，具體包括害蟲的體長(區(qū)分雄雌)、體色、體型大小和翅型等。用戶根據(jù)提示選擇診斷條件后，推理機(jī)根據(jù)知識(shí)庫中的規(guī)則給出診斷結(jié)果。病蟲害診斷專家系統(tǒng)推理機(jī)流程如圖7所示。推理機(jī)根據(jù)用戶輸入或選擇癥狀進(jìn)行關(guān)鍵字搜索，若匹配成功即進(jìn)行模糊推理，然后輸出結(jié)果;若遇到特殊案例，則需要添加新的知識(shí)并修改知識(shí)庫。

圖7 推理機(jī)流程

2.3.2 專家在線診斷。當(dāng)遇到疑難案例而專家系統(tǒng)無法做出準(zhǔn)確診斷時(shí)，可以發(fā)送害蟲或病害的危害圖片及特征圖片，跟專家進(jìn)行互動(dòng)、視頻對(duì)話和實(shí)時(shí)交流意見等，通過QQ群及BBS等在線交流方式進(jìn)行。

2.4 生成空間分布圖 在生成病蟲害分布圖時(shí)，首先從MySQL數(shù)據(jù)庫中讀取病蟲害信息(包括地理信息)并保存到數(shù)組中，然后創(chuàng)建并初始化地圖，對(duì)每條病蟲害信息依據(jù)經(jīng)緯度信息創(chuàng)建標(biāo)注并添加到GIS地圖上，同時(shí)創(chuàng)建信息窗口對(duì)象用于顯示病蟲害相關(guān)信息，并為標(biāo)注添加點(diǎn)擊事件用于顯示信息窗口［12］，生成的病蟲害信息空間分布圖見圖8。當(dāng)點(diǎn)擊某個(gè)標(biāo)注時(shí)，可以彈出病蟲害的相關(guān)描述信息，病蟲害分布專題圖能夠更加直觀地顯示病蟲害發(fā)生的相關(guān)信息，可為相關(guān)部門進(jìn)行病蟲害預(yù)測提供依據(jù)。

圖8 病蟲害的空間分布

3 小結(jié)

筆者構(gòu)建的病蟲害遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)茶樹病蟲害田間信息實(shí)時(shí)獲取與實(shí)時(shí)診斷以及病蟲害信息查詢。該病蟲害遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)易用性、實(shí)用性、可移動(dòng)性強(qiáng)，提高了病蟲害診斷的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，較好地滿足當(dāng)今應(yīng)用需求，特別適合于基層植保人員和茶農(nóng)使用。該系統(tǒng)在服務(wù)器端運(yùn)行主程序，手機(jī)客戶端只需安裝一個(gè)很小的應(yīng)用程序，對(duì)手機(jī)終端的要求較低，普通的Android智能手機(jī)即可。該系統(tǒng)投入少，使用方便，對(duì)滿足病蟲害診斷與防治需求、減輕病蟲害的危害及濫施農(nóng)藥造成環(huán)境污染問題以及保證茶葉的質(zhì)量與產(chǎn)量等都具有積極意義。

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