基于微信公眾平臺(tái)的棗樹(shù)病蟲(chóng)害專(zhuān)家診斷系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

翟穎妍，張 鋒，任博文，景仰平，謝毓芬，郝 哲，洪 波

（1陜西省生物農(nóng)業(yè)研究所，西安 710043；2陜西省林業(yè)科學(xué)院，西安 710082；3榆林市農(nóng)墾服務(wù)中心，陜西榆林 719000）

0 引言

棗樹(shù)(Ziziphus jujuba)是原產(chǎn)中國(guó)的特有果樹(shù)，屬鼠李科(Rhamnaceae)棗屬(Ziziphus)。中國(guó)是全球最大的棗產(chǎn)品消費(fèi)國(guó)和出口國(guó)，主要出口東南亞、歐洲、美洲等20多個(gè)國(guó)家地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)2018年國(guó)內(nèi)棗樹(shù)種植面積約為331萬(wàn)hm2，產(chǎn)量為877.8萬(wàn)t[1]。陜西省作為全國(guó)棗樹(shù)重要種植區(qū)，2019年紅棗種植面積20.8萬(wàn)hm2，產(chǎn)量達(dá)99.9萬(wàn)t[2]，給棗農(nóng)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)促進(jìn)了當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展。但棗樹(shù)種植多依賴(lài)于棗農(nóng)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，病蟲(chóng)害無(wú)法被準(zhǔn)確識(shí)別與防控不及時(shí)等問(wèn)題依然存在，同時(shí)土壤連作障礙、藥肥過(guò)量等[1]問(wèn)題也日益嚴(yán)峻，很大程度上制約了棗產(chǎn)業(yè)的集約高效發(fā)展。

專(zhuān)家系統(tǒng)(expert system，ES)是將專(zhuān)家知識(shí)及計(jì)算機(jī)程序結(jié)合的智能系統(tǒng)[3]。美國(guó)農(nóng)業(yè)部在20世紀(jì)80年代研制出棉花管理專(zhuān)家系統(tǒng)COMAX-GOSSYM[4-5]應(yīng)用并推廣給農(nóng)場(chǎng)，還有使用玉米專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行可變速率灌溉管理[6]。隨著國(guó)內(nèi)信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)融合到生產(chǎn)生活中許多領(lǐng)域，“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”的農(nóng)業(yè)信息化也得到了發(fā)展。在PC端，涂運(yùn)華等[7]研發(fā)了基于Windows CE的農(nóng)業(yè)專(zhuān)家診斷系統(tǒng)；在手機(jī)移動(dòng)端，基于Android系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)下依靠APP實(shí)現(xiàn)病情遠(yuǎn)程診斷的甜玉米病蟲(chóng)害診斷系統(tǒng)[8]、草莓病蟲(chóng)害查詢APP[9]及小麥條銹病監(jiān)測(cè)APP[10]等被相繼開(kāi)發(fā)，馬鈴薯晚疫病監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)[11]、監(jiān)測(cè)蔬菜大棚環(huán)境的APP[12]等農(nóng)作物預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也被陸續(xù)報(bào)道。近年來(lái)，基于龐大的微信用戶群體及信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)，更多基于微信平臺(tái)的農(nóng)作物專(zhuān)家診斷系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，如陜西蔬菜病蟲(chóng)害專(zhuān)家診斷系統(tǒng)[13]、西瓜栽培嫁接管理助手[14]、水稻減藥增效信息服務(wù)平臺(tái)[15]、吉林省智慧農(nóng)藥服務(wù)平臺(tái)[16]、香榧病蟲(chóng)害專(zhuān)家系統(tǒng)[17]、棉花病蟲(chóng)草害調(diào)查診斷與決策支持系統(tǒng)[18]等。

然而，針對(duì)棗樹(shù)病蟲(chóng)害查詢和診斷的智能專(zhuān)家系統(tǒng)的報(bào)道較少。張衛(wèi)丹[19]基于Android開(kāi)發(fā)了棗樹(shù)病蟲(chóng)害短信診斷平臺(tái)，但專(zhuān)家需要下載并登錄手機(jī)客戶端APP，再通過(guò)USB連接至電腦PC端，才可以接收到棗農(nóng)的短信內(nèi)容，存在操作步驟繁瑣、不便捷、時(shí)間滯后及用戶粘性低等問(wèn)題，影響了紅棗產(chǎn)業(yè)更高效、科學(xué)的發(fā)展。因此本研究依托微信服務(wù)號(hào)公眾平臺(tái)開(kāi)發(fā)了名為“Jujuba Expert 2020”的棗樹(shù)病蟲(chóng)害專(zhuān)家診斷系統(tǒng)，旨在為棗農(nóng)提供好學(xué)好用、操作簡(jiǎn)單及受眾面廣的專(zhuān)家系統(tǒng)，同時(shí)為加強(qiáng)生產(chǎn)實(shí)際和科學(xué)研究的結(jié)合，開(kāi)發(fā)可為棗農(nóng)和相關(guān)專(zhuān)家提供交流溝通方式的專(zhuān)家論壇。

1 基于微信平臺(tái)棗樹(shù)病蟲(chóng)害專(zhuān)家診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與構(gòu)建

1.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)使用php5.6和mysql5.5作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，首先在微信公眾平臺(tái)官網(wǎng)(https://mp.weixin.qq.com)申請(qǐng)微信服務(wù)公眾號(hào)的賬號(hào)，然后用佛山市億動(dòng)網(wǎng)絡(luò)有限公司虛擬主機(jī)搭建FTP用戶服務(wù)器，將設(shè)置好令牌(Token)的php代碼上傳至用戶服務(wù)器，最后在微信公眾平臺(tái)服務(wù)器接口的基本配置中填寫(xiě)用戶服務(wù)器地址(URL)、令牌(Token)和消息加解密密鑰(EncodingAESKey)，在驗(yàn)證服務(wù)器地址的有效性后，即可將用戶服務(wù)器接入本微信公眾號(hào)服務(wù)器平臺(tái)[13,20-22]。

1.2 系統(tǒng)功能及框架設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)從病蟲(chóng)診斷、栽培歷史及棗樹(shù)資訊3個(gè)主要功能進(jìn)行構(gòu)建。基于mysql軟件進(jìn)行棗樹(shù)主要病蟲(chóng)害的信息整合及圖文對(duì)應(yīng)，構(gòu)建病蟲(chóng)害數(shù)據(jù)庫(kù)（表1）。數(shù)據(jù)庫(kù)主要儲(chǔ)存病蟲(chóng)害名稱(chēng)、危害癥狀、發(fā)生規(guī)律、防治方法、病蟲(chóng)害圖片等信息。系統(tǒng)整體框架如圖1所示，分為3大功能9個(gè)板塊實(shí)現(xiàn)。

表1 棗樹(shù)病蟲(chóng)害數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

圖1 棗樹(shù)病蟲(chóng)害專(zhuān)家診斷系統(tǒng)框架

2 系統(tǒng)功能模塊

2.1 病蟲(chóng)診斷功能的實(shí)現(xiàn)

病蟲(chóng)診斷功能包括病蟲(chóng)查詢、防控技術(shù)規(guī)程和專(zhuān)家診斷3個(gè)模塊，是本系統(tǒng)的核心功能。病蟲(chóng)查詢模塊包含發(fā)生在棗樹(shù)上的14種主要病害（包含生理性病害）及26種主要蟲(chóng)害信息。如圖2所示，用戶可以點(diǎn)擊病蟲(chóng)診斷功能并進(jìn)入病蟲(chóng)查詢模塊，點(diǎn)擊相關(guān)病蟲(chóng)害欄目便可看到該病蟲(chóng)害的危害癥狀、發(fā)生規(guī)律、防治方法等。用戶還可以輸入關(guān)鍵詞，如“螨”或“蟲(chóng)”，系統(tǒng)則會(huì)檢索出與之相關(guān)的所有病蟲(chóng)害信息供用戶參考，如圖3A所示。

圖2 病蟲(chóng)診斷功能展示

圖3 系統(tǒng)部分功能展示

防控技術(shù)規(guī)程模塊包括了棗樹(shù)上的重要害蟲(chóng)棗食芽象甲和綠盲蝽的監(jiān)測(cè)及綜合防治技術(shù)規(guī)范（內(nèi)容為本課題組已發(fā)布的陜西省地方標(biāo)準(zhǔn)，分別如圖3B及3C所示），指導(dǎo)用戶進(jìn)行科學(xué)規(guī)范的病蟲(chóng)害防控，模塊內(nèi)容后續(xù)將不斷更新。

專(zhuān)家診斷模塊通過(guò)論壇后臺(tái)管理程序，將用戶分為專(zhuān)家組和用戶組，如圖4A所示。用戶可以在論壇上發(fā)帖，通過(guò)上傳圖像及文字信息，對(duì)棗樹(shù)相關(guān)病蟲(chóng)害鑒定及防治方法進(jìn)行提問(wèn)，專(zhuān)家根據(jù)用戶上傳的信息和問(wèn)題進(jìn)行遠(yuǎn)程在線診斷和解答。用戶和相關(guān)專(zhuān)家通過(guò)發(fā)帖與回帖的互動(dòng)，不僅可以交流棗樹(shù)病蟲(chóng)害防控相關(guān)信息，還可以交流棗樹(shù)種植管理經(jīng)驗(yàn)，如圖4B所示。

圖4 專(zhuān)家診斷模塊

2.2 栽培歷史功能的實(shí)現(xiàn)

栽培歷史功能包括棗樹(shù)國(guó)內(nèi)分布、歷史氣象數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報(bào)3個(gè)模塊。國(guó)內(nèi)分布包含了全國(guó)種植棗樹(shù)的重要省份及重要栽培區(qū)分布信息。歷史氣象數(shù)據(jù)模塊利用基于JavaScript的ECharts開(kāi)源可視化圖表庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了陜西省紅棗主栽地區(qū)2019年各月平均降水及平均氣溫圖的展示，為用戶提供基本的農(nóng)業(yè)氣象資料，如圖5所示。天氣預(yù)報(bào)模塊則將顯示用戶所在地的實(shí)時(shí)及未來(lái)的天氣情況。

圖5 栽培歷史部分功能展示

2.3 棗樹(shù)資訊功能的實(shí)現(xiàn)

作為本系統(tǒng)的另一個(gè)輔助功能，棗樹(shù)資訊功能包括棗果價(jià)格、棗樹(shù)苗供應(yīng)及棗樹(shù)品種3個(gè)模塊。如圖6所示，這些模塊不僅科普了不同棗果品種的特色及其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)為棗農(nóng)提供了棗果買(mǎi)賣(mài)及棗樹(shù)苗交易市場(chǎng)信息，讓棗農(nóng)足不出戶就能夠掌握全國(guó)棗樹(shù)供求信息的市場(chǎng)行情。

圖6 棗樹(shù)資訊功能展示

3 討論

隨著信息技術(shù)深入生產(chǎn)生活，農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展也駛?cè)肟燔?chē)道。微信作為一個(gè)擁有最大活躍度的APP，2018年月均活躍用戶達(dá)10.8億[23]，微信活動(dòng)已然成為大眾的一種重要生活方式。基于微信平臺(tái)的農(nóng)業(yè)專(zhuān)家診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有推廣成本低、流量大、用戶粘性高、點(diǎn)擊頻率高等優(yōu)點(diǎn)[24-25]，得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。棗樹(shù)病蟲(chóng)害專(zhuān)家診斷系統(tǒng)依托微信平臺(tái)，克服了PC端價(jià)格昂貴、操作不便捷的缺點(diǎn)及手機(jī)APP端用戶點(diǎn)擊量少、知名度不高的缺點(diǎn)，填補(bǔ)了基于微信平臺(tái)棗樹(shù)病蟲(chóng)害專(zhuān)家診斷系統(tǒng)的空白。本系統(tǒng)對(duì)棗樹(shù)主要病蟲(chóng)害的發(fā)生規(guī)律、危害特征和防治方法進(jìn)行了詳盡梳理整合形成數(shù)據(jù)庫(kù)，并開(kāi)發(fā)了專(zhuān)家診斷論壇作為交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程病蟲(chóng)診斷。

在本研究中，棗農(nóng)只需關(guān)注“Jujuba Expert 2020”微信公眾服務(wù)號(hào)便可以進(jìn)入本系統(tǒng)，獲取棗樹(shù)病蟲(chóng)害數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相關(guān)病蟲(chóng)害及防治方法查詢，真正實(shí)現(xiàn)了信息的精準(zhǔn)傳播。棗農(nóng)還能在專(zhuān)家論壇里和同行及相關(guān)專(zhuān)家交流種植管理經(jīng)驗(yàn)來(lái)提高自身專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，拉近了棗農(nóng)和科研工作者的距離，讓種植者有問(wèn)題找得到專(zhuān)家，減少盲目用藥損失效益情況的發(fā)生，也有助于科研工作者以解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題為導(dǎo)向，將科學(xué)研究做在祖國(guó)大地上。另外棗農(nóng)在該系統(tǒng)中還能了解國(guó)內(nèi)紅棗產(chǎn)業(yè)分布及主要種植區(qū)的農(nóng)業(yè)氣象，有助于農(nóng)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)。同時(shí)該系統(tǒng)還為將來(lái)?xiàng)棙?shù)病蟲(chóng)害預(yù)警模型的開(kāi)發(fā)和移動(dòng)平臺(tái)農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害管理數(shù)據(jù)庫(kù)的進(jìn)一步完善提供了數(shù)據(jù)支撐。

盡管如此，農(nóng)業(yè)專(zhuān)家診斷系統(tǒng)本身依然存在病蟲(chóng)害數(shù)據(jù)不完整不完善、病蟲(chóng)害識(shí)別準(zhǔn)確率低誤差大、普及程度不夠[26-28]等問(wèn)題。本棗樹(shù)病蟲(chóng)害專(zhuān)家診斷系統(tǒng)服務(wù)號(hào)在今后還需及時(shí)擴(kuò)充完善數(shù)據(jù)信息，加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)及定期維護(hù)更新，避免將服務(wù)號(hào)做成“空號(hào)”；另一方面，專(zhuān)家論壇內(nèi)應(yīng)定期增加棗樹(shù)產(chǎn)業(yè)專(zhuān)家人數(shù)，提高論壇活躍度；同時(shí)需要注重推廣宣傳，加強(qiáng)與當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)技推廣部門(mén)合作，將本服務(wù)號(hào)普及到農(nóng)戶手中，讓農(nóng)戶真正關(guān)注、學(xué)會(huì)并愿意使用，發(fā)揮其服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的作用。