佳木斯市昆蟲識別計數(shù)APP設計

王建楠 崔廣新 單曉晶

摘要 通過運用計算機對昆蟲特征描述、圖像采集和計數(shù)技術，研究設計基于Android的佳木斯市昆蟲識別計數(shù)APP，該APP可為人們提供昆蟲檢索和識別服務，同時可針對農(nóng)田蟲害暴發(fā)起到監(jiān)測作用。

關鍵詞 昆蟲識別；監(jiān)測蟲害；檢索計數(shù)APP

中圖分類號 S126 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）29-0176-04

Abstract Through the use of computers for insect characterization， image collection and counting techniques， design insect identification counting APP for Jiamusi based on the Android. The APP provides search and recognition services for the people， and can also be used to monitor the outbreak of farmland pests.

Key words Insect identification；Monitoring pests；Retrieval count APP

昆蟲是動物界種類最多、數(shù)量最大的動物，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類健康造成重大影響[1]。昆蟲的鑒定與識別是認識與研究昆蟲的基礎。而國內(nèi)外昆蟲的識別主要依靠相關研究人員和專家的鑒定，或者通過專業(yè)書籍的查詢來確定。這種方法不僅勞動強度大，且及時性低。

隨著計算機技術的快速發(fā)展，自動識別技術從20世紀中期開始進入人們的視野，經(jīng)過指紋識別到人臉識別，直至20世紀90年代自動識別技術日益成熟，其中包括從不同方面進行昆蟲自動識別。模板匹配方法是通過專業(yè)人員繪制的模板與想要搜索的圖像進行相關性識別，識別的基礎在于昆蟲部位模型建立，再通過和標本圖像的坐標進行相異度比較，最后兩者差別越小的是該品種可能性越大。對于形態(tài)學識別方法，它先將昆蟲圖像數(shù)字化，運用積分幾何或者幾何形態(tài)方法測量，對數(shù)據(jù)庫昆蟲各形態(tài)數(shù)值進行對比，分析相同或相近的數(shù)值最終得出結論。還有基于系統(tǒng)學識別方法、基于機器學習的方法或幾種方法混合等。在數(shù)據(jù)庫建立方面，數(shù)據(jù)樣本越多，要進行查詢對比的數(shù)據(jù)就越多，花費的時間越長，對處理器的要求也越高，所以通過分層數(shù)據(jù)庫的建立可以很好地解決此類問題，在昆蟲方面，先對昆蟲進行目、科、屬的分類分層，會更快地找到目標昆蟲[2-4]。

目前，昆蟲識別計數(shù)技術得到了國內(nèi)外越來越多的關注，美國、日本等國家昆蟲識別APP的制作較為詳細，但因昆蟲在不同地域種類有很大差別，適用范圍不大。國內(nèi)現(xiàn)有昆蟲識別軟件較少，應用較廣泛的是百度的圖片識別。相關電子昆蟲檢索系統(tǒng)仍處在起步階段，需要對昆蟲識別數(shù)據(jù)庫進一步完善，綜合運用識別技術，開發(fā)快速簡單實用的識別操作系統(tǒng)，使一些對昆蟲感興趣的非專業(yè)人員認識身邊的昆蟲，提高昆蟲科普水平，也對農(nóng)業(yè)蟲害的預警起到輔助檢測作用。

1 設計概述

1.1 昆蟲識別計數(shù)APP概述 佳木斯市昆蟲識別計數(shù)APP是可以使用戶通過選擇昆蟲的形態(tài)特征來進行昆蟲識別，并且通過圖片輸入，識別相同外部形態(tài)的昆蟲達到計數(shù)目的的一款基于Android系統(tǒng)手機移動應用軟件。通過簡單的指引性操作，即使是非專業(yè)人員，也可以方便快捷地認識身邊的昆蟲。當碰到未知昆蟲且未來得及拍照時，可以打開APP界面，通過選擇昆蟲的形態(tài)特征，如昆蟲的顏色、翅膀類型等，篩選出與之對應的昆蟲；如果有該未知昆蟲的圖片，上傳圖片即可篩選出相同或類似的昆蟲。該APP還可以通過輸入想要了解的昆蟲的中文名稱，獲得昆蟲的詳細資料，系統(tǒng)有效地獲取信息。對于感興趣的昆蟲還可以上傳至微信朋友圈，促進交流。APP中的計數(shù)功能在農(nóng)業(yè)田間應用廣泛，使用該APP可以對田間突增害蟲起到提示和預警作用。

1.2 研究對象 該APP 數(shù)據(jù)庫篩選出80種佳木斯市常見的或者有明顯形態(tài)特征的昆蟲，如蜜蜂、螞蟻、蝶類等，編輯其詳細生活史及清晰圖片，供大家搜索查閱。

1.3 分類依據(jù) 對于APP所選取的昆蟲對象，有2～3處明顯的生物學特征，方便用戶檢索的同時也提高檢索的正確率。而對于昆蟲生物學特征是從整體到局部的劃分，例如先整體區(qū)分昆蟲的顏色和大小，有沒有翅膀，再局部地區(qū)分昆蟲的頭（胸、腹、翅膀）的形狀、花紋、顏色等，將這些分好類的數(shù)據(jù)詳細地存儲到數(shù)據(jù)庫中，通過層層篩選確定最終符合的昆蟲。通過對佳木斯市樣地實地考察，采樣拍照記錄數(shù)據(jù)，配合專業(yè)書籍對比分析，進行數(shù)據(jù)庫的填充，從而提高最終識別結果的可信度。對于比較難分辨的昆蟲，將在后期完善。

1.4 需求分析 傳統(tǒng)的昆蟲鑒別需要有經(jīng)驗或專業(yè)人員，昆蟲分類耗時耗力，效率低并且環(huán)境艱苦，使其難度增加。運用該APP，可以使沒有昆蟲基礎，但需要知道昆蟲種類或感興趣的人員快速識別昆蟲。在預防蟲害方面可以通過計數(shù)功能實現(xiàn)田間蟲害預測，方便快捷，適用人群廣泛。

2 佳木斯市昆蟲識別計數(shù)APP

2.1 信息構架 APP 的基本架構是Android客戶端和服務器端。Android客戶端的用戶可以通過用戶界面注冊進入程序。它包括保險層和業(yè)務層，通過Android客戶端數(shù)據(jù)的SQLite輸入和服務器端數(shù)據(jù)交互，最終呈現(xiàn)在UI界面上。服務器端包括數(shù)據(jù)庫層和業(yè)務邏輯層，其中數(shù)據(jù)庫層匯集鱗翅目、鞘翅目、膜翅目的昆蟲整體照片和局部特征照片。業(yè)務邏輯層是通過Android客戶端數(shù)據(jù)輸入請求，鏈接SQLite數(shù)據(jù)庫進行查詢，并把結果返回給客戶端。對于APP中的計數(shù)功能，通過輸入昆蟲照片的數(shù)字處理，將昆蟲進行二值化處理識別昆蟲的形態(tài)特征，鎖定同一種昆蟲來進行流域分割，聯(lián)通區(qū)域標記進行計數(shù)[5-8]（圖1）。

2.2 主要功能 佳木斯市昆蟲識別計數(shù)APP功能結構如圖2所示。用戶通過點擊佳木斯市昆蟲識別計數(shù)APP圖標，打開APP界面，界面中包含“登陸”和“注冊” 2個按鈕（圖3）。首次登陸的用戶，進行用戶基本信息（包括用戶名、用戶密碼、手機號驗證碼等）的注冊后（圖4）即可登錄進入用戶界面（圖5）。登陸成功后，出現(xiàn)昆蟲檢索、昆蟲識別和昆蟲計數(shù)3個主要功能的一級界面（圖6）。點擊昆蟲檢索按鈕，可以進入檢索昆蟲的二級界面，通過輸入昆蟲名稱來搜索相關昆蟲信息（圖7）。點擊昆蟲識別按鈕可以進入選擇昆蟲特征的二級界面（圖8、9），通過圖片對比或者一步步選擇來最終確定要查詢的昆蟲信息（圖10）。點擊昆蟲計數(shù)可以通過輸入圖片獲得昆蟲數(shù)量。

3 結語

在當今不可逆轉的信息化潮流下，不同學科的相互合作完善是完成昆蟲識別計數(shù)APP的關鍵。佳木斯市昆蟲識別計數(shù)APP在可供方便快捷地識別昆蟲的同時，也為廣大昆蟲愛好者提供了學習交流平臺。在害蟲防控方面，通過識別害蟲種類，運用計數(shù)功能，為監(jiān)測農(nóng)業(yè)害蟲信息和害蟲預測預報提供了技術支持。實現(xiàn)了由繁瑣的傳統(tǒng)昆蟲檢索模式轉變?yōu)楹啽阊附莸睦ハx檢索模式的巨大進步。隨著我國人民經(jīng)濟水平的提高，對生活環(huán)境綠化需求日益加大，國家越來越重視生態(tài)文明的建設，把人民美好生活作為奮斗目標，人們對身邊的環(huán)境也越來越關注，對周邊環(huán)境的昆蟲認知有一定的需求，佳木斯昆蟲識別計數(shù)APP可以讓人們輕松快捷地了解感興趣的昆蟲。

參考文獻

[1] 陳瑜，馬春森.氣候變暖對昆蟲影響研究進展[J].生態(tài)學報，2010，30（8）：2159-2172.

[2] 付鵬，裘正定.生物特征識別技術及相關問題綜述[J].計算機安全，2003（25）：27-30.

[3] 趙汗青，沈佐銳，于新文.數(shù)學形態(tài)特征應用于昆蟲自動鑒別的研究[J].中國農(nóng)業(yè)大學學報，2002，7（3）：38-42.

[4] 盧亞玲.基于圖像處理的糧蟲自動計數(shù)系統(tǒng)的研究[J].微計算機信息，2007，23（24）：311-312.

[5] 姚青，呂軍，楊保軍，等.基于圖像的昆蟲自動識別與計數(shù)研究進展[J].中國農(nóng)業(yè)科學，2011，44（14）：2886-2899.

[6] 張建偉.基于計算機視覺技術的蝴蝶自動識別研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學，2006.

[7] 張恒博.基于內(nèi)容的圖像數(shù)據(jù)庫檢索的技術研究[D].大連：大連理工大學，2008.

[8] 王冠宇，關永，趙冬生.JAVA在SQLite 嵌入式數(shù)據(jù)庫中的應用[J].微計算機信息，2006（2）：94-95，226.