摘 要 水稻病蟲害多媒體知識庫儲存55種常見蟲害、39種病害的發(fā)生特點、診斷方法、防治方案和用藥指導等文本、圖像、視頻信息，有組織地管理存儲信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、瀏覽、查詢、檢索和管理維護等功能。隨著4G網(wǎng)絡的快速發(fā)展，智能手機大量普及，未來會成為農(nóng)技推廣的重要載體和途徑。知識庫基于4G設計，為水稻生產(chǎn)提供一種簡單快捷的查詢、識別、防治手段。

關鍵詞 水稻；病蟲害；知識庫；4G網(wǎng)絡；數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：S511 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2016）01-035-04

知網(wǎng)出版網(wǎng)址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/50.1186.S.20160126.2255.006.html 網(wǎng)絡出版時間：2016/1/26 22：55：40

水稻作為我國的主要糧食作物，對保障我國糧食安全具有重要意義。由于全球氣候變暖、輕型栽培快速推廣、單雙季稻混栽面積擴大、農(nóng)藥施用不合理等多種因素的影響，病蟲草害發(fā)生頻繁，日趨復雜，每年給水稻生產(chǎn)造成巨大損失。準確診斷病蟲害并有效防治，對提高水稻的產(chǎn)量與品質(zhì)具有重要作用。

農(nóng)戶過去多從書籍、報紙、技術手冊等傳統(tǒng)媒體獲取病蟲害防治知識，具有一定的滯后性，缺乏針對性，難以快速反應，需要建立快速有效的病蟲害信息與知識共享機制，搭建簡單、快速、便捷的信息交流與知識共享平臺。多媒體技術的發(fā)展，大大拓展了計算機的應用領域，利用數(shù)據(jù)庫對水稻病蟲害知識進行科學分類管理，將大幅提高信息的共享程度，提升利用率，充分發(fā)揮信息的價值。

水稻病蟲害多媒體知識庫主要儲存病蟲害文本信息、圖像、視頻等相關信息，有組織地管理存儲信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、檢索和維護操作，可提高數(shù)據(jù)處理速度和規(guī)模。近年來4G網(wǎng)絡發(fā)展迅速，智能手機在農(nóng)民中大量普及，未來將成為農(nóng)技推廣的重要載體和途徑，為此通過搜集和整理出水稻55種害蟲、39種病害的相關信息，設計并構(gòu)建了基于4G網(wǎng)絡的水稻病蟲害防治的多媒體知識庫，該知識庫包括水稻病蟲害基本信息、特征信息（文本描述）、多媒體信息（圖片、視頻等）、診斷方法、防治方案和用藥指導等信息，具有存儲、瀏覽、查詢、檢索和管理維護等功能。

1知識獲取

知識獲取是指從知識源（如書本、報刊、專家或?qū)＜姨幚磉^的數(shù)據(jù)、實例等）提取問題求解所需領域的知識，將這些知識按照設計的知識表示形式加工并輸入到計算機中。水稻病蟲害多媒體知識庫主要向農(nóng)業(yè)科研單位、農(nóng)技推廣部門和大專院校等單位收集病蟲害圖片、文字資料及農(nóng)藥信息等，包括每種水稻病蟲害的名稱、病原特征、分布、發(fā)生部位、癥狀表現(xiàn)、發(fā)病規(guī)律、典型圖片及防治措施等。

2知識分類

2.1水稻病蟲害的發(fā)生特點

水稻病蟲害高發(fā)，主要有細菌病害、病毒病害、真菌病害、線蟲病害和生理病害等，可在各生長階段發(fā)生。蟲害涉及鱗翅目、直翅目、雙翅目等害蟲，為害水稻各個部位。（1）病蟲害主要為害水稻葉片、葉鞘、根、莖、穗、谷?；蛉辍＃?）病害具有傳染性，主要通過接觸、農(nóng)事操作、昆蟲以及雨水、灌溉水等傳播。（3）水稻生理性病害發(fā)生輕重程度受環(huán)境條件影響較大。（4）帶病菌的種子通常導致病害發(fā)生。（5）某些病菌在苗期侵入水稻體內(nèi)，潛伏期長，直到生育中、后期才發(fā)病。（6）蟲害發(fā)生受秋冬氣溫影響很大。冬季氣溫較高會有利于害蟲越冬，給翌年蟲害加重帶來隱患。

2.2水稻病蟲害知識分類

水稻病蟲害知識庫中的知識可分為描述型知識、過程型知識、規(guī)則型知識，其表示方法各不相同。本知識庫主要采用描述型和規(guī)則型表示方式。

2.2.1 描述型知識

描述型知識通常以多屬性、多角度來描述同一事物，通常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示，可將用以解決問題的知識與程序編制知識有效分開，使知識獨立于程序。描述型知識具有表示清晰明確、理解性高、可讀性好等優(yōu)點。

2.2.2 規(guī)則型知識

產(chǎn)生式規(guī)則表示知識通常包括決策性、判斷性、計算性等。產(chǎn)生式規(guī)則的一般形式是“如果前件成立，則后件成立”，其中“前件”表示前提條件，“后件”表示結(jié)論。一個知識庫可由大量產(chǎn)生式規(guī)則構(gòu)成。求解問題時，將輸入內(nèi)容與各規(guī)則的前提對比，逐步進行推論。這種表示方法的優(yōu)點是接近人類思維模式，易于理解；各規(guī)則具有獨立性，易于修改、擴充。缺點是難以保證規(guī)則不重復；對規(guī)則之間相互作用的限制可能導致執(zhí)行效率降低；非透明性，難以跟蹤求解問題的控制流；需要解決一致性和完整性的問題，缺乏形式化描述能力[1]。

3知識庫的設計

通過長期的農(nóng)田勞動和試驗，農(nóng)業(yè)專家和科技人員摸索總結(jié)出水稻主要病蟲害的病原特征、分布、癥狀表現(xiàn)、發(fā)病規(guī)律、防治措施等知識。將這些知識進行歸類、整理，以合適準確的知識表達方式完成知識庫的構(gòu)成。

3.1描述型知識庫的設計

3.1.1 病害

將水稻每種病害定義了病原名稱、病害類型、病原分類、病原特征、發(fā)病時期、發(fā)病規(guī)律、發(fā)生部位、癥狀表現(xiàn)和防治方法等屬性。按照表1對每一種病害進行詳細描述，病害名是中心詞，多屬性描述該病害，屬性之間相互獨立存在，用戶可通過多屬性模糊查詢。

3.1.2 蟲害

水稻蟲害描述內(nèi)容定義了蟲害描述、蟲害名稱、形態(tài)特征、近似種、為害特征、發(fā)生規(guī)律、防治方法等屬性（見表2），依照表3對每種蟲害進行描述。

3.2規(guī)則型知識庫的設計

產(chǎn)生式規(guī)則表示法最基本的形式如下：IF 條件集 THEN 行為或結(jié)論。其條件集可以是一組邏輯表達式，當整個表達式為真時，執(zhí)行THEN后面的行為，或得出THEN后的結(jié)論。

條件集的常規(guī)表示形式如：condition1 AND NOT condition2 OR condition3…AND conditionN

規(guī)則指的是用來關聯(lián)已知知識和待推結(jié)果的知識結(jié)構(gòu)，是一種過程性知識的表示形式。根據(jù)現(xiàn)有知識，應用規(guī)則可推導出一系列行為或得出某個結(jié)果。舉例來表示：

IF 該水稻生病

AND 葉鞘出現(xiàn)病斑

AND 近水面處產(chǎn)生暗綠色水漬狀邊緣模糊小斑

AND 橢圓形或云紋形

AND 中央呈灰綠色或灰褐色

AND 濕度低時中部呈淡黃或灰白色

AND 致葉片發(fā)黃枯死

THEN 該水稻感染了水稻紋枯病

4知識庫的建立

診斷和防治水稻病蟲害，可根據(jù)己知的信息，例如發(fā)生時期、發(fā)生部位、癥狀和病蟲害特征圖片等來判斷病蟲害的類型，以便對癥下藥，正確防治病蟲害。結(jié)合水稻生產(chǎn)實際，根據(jù)識別病害的主要特點，選取了發(fā)生時期、發(fā)生部位和癥狀特點作為水稻病蟲害知識庫的查詢條件，分別對其編碼。表4列出了水稻病害知識庫查詢條件，發(fā)生期分為8個時期，包括種子期、秧苗期、分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、揚花期、灌漿期、全生育期，編碼T1至T8；發(fā)生部位分包括根、莖、葉片、葉鞘、穗、谷粒、整株，編碼P1到P7；病害癥狀表現(xiàn)特點歸納為15個選項，編碼C1至C15。

水稻蟲害知識庫查詢條件設置詳見表5，為害時期分為8個時期，包括種子期、秧苗期、分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、揚花期、灌漿期、全生育期，編碼T1至T8；為害部位分包括根、莖、葉片、葉鞘、穗、谷粒、整株，編碼P1到P7；蟲害為害特點歸納為9個選項，編碼C1至C9。

5知識庫的實現(xiàn)

5.1數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

隨著移動通信技術的發(fā)展，4G網(wǎng)絡已經(jīng)覆蓋了全國大部分地區(qū)，包括農(nóng)村，移動應用的開發(fā)如火如荼，為了使水稻病蟲害多媒體知識庫更好的支持后續(xù)移動應用開發(fā)，采用SQLite作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在的主流移動設備如Android、iPhone等都使用SQLite作為復雜數(shù)據(jù)的存儲引擎。SQLite是一種嵌入式的關系型數(shù)據(jù)庫，源代碼開放具有使用方便、結(jié)構(gòu)緊湊、高效、可靠等特點。其安裝過程和運行都很簡便，獨立的數(shù)據(jù)庫核心引擎不依賴于任何第三方軟件，只要確保SQLite的二進制文件存在，即可開始創(chuàng)建、連接和使用數(shù)據(jù)庫。

SQLite具有5個優(yōu)點。（1）輕量級：SQLite是進程內(nèi)的數(shù)據(jù)庫引擎，沒有數(shù)據(jù)庫服務器和客戶端工具。只需附帶一個它的幾百KB的動態(tài)庫即可使用SQLite。（2）隔離性：所有數(shù)據(jù)信息、日志信息均存放于同一個文件內(nèi)，維護和管理非常方便。（3）安全性：SQLite通過數(shù)據(jù)庫級上的共享鎖和獨占性實現(xiàn)事務的獨立處理。即同一時間只有一個進程可以寫數(shù)據(jù)，而對于不影響數(shù)據(jù)一致性的讀操作可以多個進程同時進行。進程執(zhí)行數(shù)據(jù)庫寫入操作前，要先獲取獨占鎖定，然后執(zhí)行寫入操作，寫入操作完成后釋放獨占鎖。進程執(zhí)行讀操作前要先獲取共享鎖，然后進行讀操作，讀取完后釋放共享鎖，共享鎖可供多個進程同時加鎖，獨占鎖被鎖定后，不能執(zhí)行其他寫操作和讀操作。（4）多語言接口：SQLite支持很多程序開發(fā)語言，如java、.Net、C/C++、Ruby、Python等。（5）跨平臺：目前發(fā)行的大部分操作系統(tǒng)SQLite都支持，如：Windows、Linux、Unix，基于其輕量級特點，SQLite直接內(nèi)嵌于Android操作系統(tǒng)中。

基于以上優(yōu)點，使用SQLite實現(xiàn)水稻病蟲害多媒體知識庫可以更好的支持移動應用，便于移動設備與數(shù)據(jù)庫服務器間的數(shù)據(jù)同步，避免因服務器與移動設備間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)不同而進行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，進而提升運行速度。

5.2開發(fā)工具

由于SQLite是輕量級的嵌入式關系數(shù)據(jù)庫，沒有提供可視化的數(shù)據(jù)庫設計和開發(fā)界面，為了方便使用，一些第三方開發(fā)者開發(fā)了可視化的SQLite管理工具。SQLite Database browser 就是其中一款，它是一個SQLite數(shù)據(jù)庫的輕量級GUI客戶端，基于Qt庫開發(fā)，主要是為非技術用戶創(chuàng)建、修改和編輯SQLite數(shù)據(jù)庫提供支持，使用向?qū)Х绞綄崿F(xiàn)。在實現(xiàn)水稻病蟲害多媒體知識庫時，該工具極大的降低了工作量。

利用現(xiàn)代信息技術，水稻病蟲害多媒體知識庫存儲、管理大量病蟲害相關知識，實現(xiàn)查詢、檢索等功能，具有高效便捷、通用性強、圖文并茂等特點。作為病蟲害防治的一種高效、快捷的工具，是農(nóng)業(yè)信息化的重要應用。

參考文獻：

[1] 張熔.基于語義的水稻領域知識表示分析與研究[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學，2007.

（責任編輯：敬廷桃）