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        茶樹病蟲害遠程診斷系統(tǒng)的構(gòu)建

        2015-12-22 07:42:28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
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年14期
        關(guān)鍵詞:茶樹病害病蟲害

        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?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,往往因為診斷上的失誤使防治藥劑選擇不當或失去防治時效,造成病蟲害發(fā)生嚴重。提供一種比較準確且操作簡單的茶樹病害診斷方法,及早對發(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)和計算機技術(shù)設(shè)計開發(fā)基于B/S結(jié)構(gòu)的茶樹病蟲害綜合防治信息系統(tǒng),能實現(xiàn)對茶樹病蟲害文字和圖片信息的瀏覽、查詢、診斷和后臺管理等功能。汪輝進[10]根據(jù)皖南茶區(qū)茶樹病蟲害的生物學(xué)特點,依據(jù)人工智能化的相關(guān)知識,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時求助。為便于茶園種植人員對茶樹病蟲害進行及時求助與診斷,提高作物“植保應(yīng)急”服務(wù)的實效性、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設(shè)備獲取病蟲害信息并進行實時求助,進行茶樹病蟲害遠程診斷,實現(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)用戶可以通過手機或PC機發(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,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,以MySql為數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具,利用Java技術(shù)實現(xiàn)病蟲害診斷和信息檢索和管理等服務(wù)器端程序,其中手機客戶端基于Android平臺開發(fā)。

        1.2 系統(tǒng)流程 病蟲害遠程診斷系統(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(或數(shù)碼相機)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)自動診斷,而疑難雜癥可通過與專家在線交流進行求助。

        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,可由手機或者數(shù)碼相機拍攝得到。為了更詳細獲取病蟲害發(fā)生的相關(guān)信息,可以通過手機內(nèi)置的GPS功能進行病蟲害位置定位,實時獲取病蟲害發(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)對象來實現(xiàn)[11]。手機端獲取病蟲害相關(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常見病蟲害類型進行判斷,信息查詢有網(wǎng)站和手機客戶端2個平臺。

        手機客戶端檢信息平臺實現(xiàn)常見病蟲害信息瀏覽以及查詢,用戶可以隨時瀏覽常見病蟲害信息。病害信息瀏覽對病害按照發(fā)生的部位(如根、莖、葉)進行分類檢索,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。若用戶對某種病蟲害感興趣,可以點擊圖片進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,手機客戶端可以進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)自動診斷。由于病害和蟲害診斷原理與依據(jù)不同,需要對病害和蟲害分開診斷。病害診斷主要依據(jù)其癥狀進行診斷,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,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,推理機根據(jù)知識庫中的規(guī)則給出診斷結(jié)果。病蟲害診斷專家系統(tǒng)推理機流程如圖7所示。推理機根據(jù)用戶輸入或選擇癥狀進行關(guān)鍵字搜索,若匹配成功即進行模糊推理,然后輸出結(jié)果;若遇到特殊案例,則需要添加新的知識并修改知識庫。

        圖7 推理機流程

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

        2.4 生成空間分布圖 在生成病蟲害分布圖時,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,對每條病蟲害信息依據(jù)經(jīng)緯度信息創(chuàng)建標注并添加到GIS地圖上,同時創(chuàng)建信息窗口對象用于顯示病蟲害相關(guān)信息,并為標注添加點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。當點擊某個標注時,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)建的病蟲害遠程診斷系統(tǒng)可以實現(xiàn)茶樹病蟲害田間信息實時獲取與實時診斷以及病蟲害信息查詢。該病蟲害遠程診斷系統(tǒng)易用性、實用性、可移動性強,提高了病蟲害診斷的時效性和準確性,較好地滿足當今應(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)器端運行主程序,手機客戶端只需安裝一個很小的應(yīng)用程序,對手機終端的要求較低,普通的Android智能手機即可。該系統(tǒng)投入少,使用方便,對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。

        [1]羅蘭,袁忠林,孟昭禮,等.嶗山茶樹病害種類調(diào)查與生防菌的篩選研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2009(3):112-113.

        [2]曹婧華,李楠,冉彥中,等.基于網(wǎng)絡(luò)的玉米病蟲害專家系統(tǒng)設(shè)計分析[J].玉米科學(xué),2011,19(4):149 -152.

        [3]張伶子,段青玲,李道亮.玉米病蟲害診治本體構(gòu)建技術(shù)研究[J].農(nóng)機化研究,2012(1):41 -45.

        [4]陳步英,胡利平.棉花病蟲害專家系統(tǒng)的構(gòu)建[J].農(nóng)機化研究,2010(11):146-149.

        [5]高天琦,金寶石.基于WEB的大豆病蟲害專家系統(tǒng)構(gòu)建[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報,2009,21(5):65-68.

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        [9]敬廷桃,詹火木,姚永紅,等.基于B/S模式的茶樹病蟲害綜合防治信息系統(tǒng)研發(fā)[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息,2014(5):44-47.

        [10]汪輝進.茶樹病蟲害智能化防治專家系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(23):14410 -14411.

        [11]陳金海.基于Android平臺的手機地鐵導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].昆明:云南大學(xué),2012.

        [12]魏海林.基于WebGIS的林木生物質(zhì)能源林管理信息系統(tǒng)的研究[D].長沙:中南林業(yè)科技大學(xué),2009.

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