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

專家系統(tǒng)(expert system，ES)是將專家知識及計算機(jī)程序結(jié)合的智能系統(tǒng)[3]。美國農(nóng)業(yè)部在20世紀(jì)80年代研制出棉花管理專家系統(tǒng)COMAX-GOSSYM[4-5]應(yīng)用并推廣給農(nóng)場，還有使用玉米專家系統(tǒng)進(jìn)行可變速率灌溉管理[6]。隨著國內(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)專家診斷系統(tǒng)；在手機(jī)移動端，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害診斷系統(tǒng)[8]、草莓病蟲害查詢APP[9]及小麥條銹病監(jiān)測APP[10]等被相繼開發(fā)，馬鈴薯晚疫病監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)[11]、監(jiān)測蔬菜大棚環(huán)境的APP[12]等農(nóng)作物預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)也被陸續(xù)報道。近年來，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)驗優(yōu)勢，更多基于微信平臺的農(nóng)作物專家診斷系統(tǒng)被開發(fā)出來，如陜西蔬菜病蟲害專家診斷系統(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[15]、吉林省智慧農(nóng)藥服務(wù)平臺[16]、香榧病蟲害專家系統(tǒng)[17]、棉花病蟲草害調(diào)查診斷與決策支持系統(tǒng)[18]等。

然而，針對棗樹病蟲害查詢和診斷的智能專家系統(tǒng)的報道較少。張衛(wèi)丹[19]基于Android開發(fā)了棗樹病蟲害短信診斷平臺，但專家需要下載并登錄手機(jī)客戶端APP，再通過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、時間滯后及用戶粘性低等問題，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)號公眾平臺開發(fā)了名為“Jujuba Expert 2020”的棗樹病蟲害專家診斷系統(tǒng)，旨在為棗農(nóng)提供好學(xué)好用、操作簡單及受眾面廣的專家系統(tǒng)，同時為加強(qiáng)生產(chǎn)實(shí)際和科學(xué)研究的結(jié)合，開發(fā)可為棗農(nóng)和相關(guān)專家提供交流溝通方式的專家論壇。

1 基于微信平臺棗樹病蟲害專家診斷系統(tǒng)設(shè)計與構(gòu)建

1.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)使用php5.6和mysql5.5作為開發(fā)語言，首先在微信公眾平臺官網(wǎng)(https://mp.weixin.qq.com)申請微信服務(wù)公眾號的賬號，然后用佛山市億動網(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服務(wù)器接口的基本配置中填寫用戶服務(wù)器地址(URL)、令牌(Token)和消息加解密密鑰(EncodingAESKey)，在驗證服務(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服務(wù)器平臺[13,20-22]。

1.2 系統(tǒng)功能及框架設(shè)計

本系統(tǒng)從病蟲診斷、栽培歷史及棗樹資訊3個主要功能進(jìn)行構(gòu)建?；趍ysql軟件進(jìn)行棗樹主要病蟲害的信息整合及圖文對應(yīng)，構(gòu)建病蟲害數(shù)據(jù)庫（表1）。數(shù)據(jù)庫主要儲存病蟲害名稱、危害癥狀、發(fā)生規(guī)律、防治方法、病蟲害圖片等信息。系統(tǒng)整體框架如圖1所示，分為3大功能9個板塊實(shí)現(xiàn)。

表1 棗樹病蟲害數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

圖1 棗樹病蟲害專家診斷系統(tǒng)框架

2 系統(tǒng)功能模塊

2.1 病蟲診斷功能的實(shí)現(xiàn)

病蟲診斷功能包括病蟲查詢、防控技術(shù)規(guī)程和專家診斷3個模塊，是本系統(tǒng)的核心功能。病蟲查詢模塊包含發(fā)生在棗樹上的14種主要病害（包含生理性病害）及26種主要蟲害信息。如圖2所示，用戶可以點(diǎn)擊病蟲診斷功能并進(jìn)入病蟲查詢模塊，點(diǎn)擊相關(guān)病蟲害欄目便可看到該病蟲害的危害癥狀、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”，系統(tǒng)則會檢索出與之相關(guān)的所有病蟲害信息供用戶參考，如圖3A所示。

圖2 病蟲診斷功能展示

圖3 系統(tǒng)部分功能展示

防控技術(shù)規(guī)程模塊包括了棗樹上的重要害蟲棗食芽象甲和綠盲蝽的監(jiān)測及綜合防治技術(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)范的病蟲害防控，模塊內(nèi)容后續(xù)將不斷更新。

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

圖4 專家診斷模塊

2.2 栽培歷史功能的實(shí)現(xiàn)

栽培歷史功能包括棗樹國內(nèi)分布、歷史氣象數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報3個模塊。國內(nèi)分布包含了全國種植棗樹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開源可視化圖表庫技術(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)報模塊則將顯示用戶所在地的實(shí)時及未來的天氣情況。

圖5 栽培歷史部分功能展示

2.3 棗樹資訊功能的實(shí)現(xiàn)

作為本系統(tǒng)的另一個輔助功能，棗樹資訊功能包括棗果價格、棗樹苗供應(yīng)及棗樹品種3個模塊。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養(yǎng)價值，同時為棗農(nóng)提供了棗果買賣及棗樹苗交易市場信息，讓棗農(nóng)足不出戶就能夠掌握全國棗樹供求信息的市場行情。

圖6 棗樹資訊功能展示

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)肟燔嚨?。微信作為一個擁有最大活躍度的APP，2018年月均活躍用戶達(dá)10.8億[23]，微信活動已然成為大眾的一種重要生活方式。基于微信平臺的農(nóng)業(yè)專家診斷系統(tǒng)的開發(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]，得到了越來越多的應(yīng)用。棗樹病蟲害專家診斷系統(tǒng)依托微信平臺，克服了PC端價格昂貴、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)了基于微信平臺棗樹病蟲害專家診斷系統(tǒng)的空白。本系統(tǒng)對棗樹主要病蟲害的發(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，并開發(fā)了專家診斷論壇作為交流平臺，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程病蟲診斷。

在本研究中，棗農(nóng)只需關(guān)注“Jujuba Expert 2020”微信公眾服務(wù)號便可以進(jìn)入本系統(tǒng)，獲取棗樹病蟲害數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相關(guān)病蟲害及防治方法查詢，真正實(shí)現(xiàn)了信息的精準(zhǔn)傳播。棗農(nóng)還能在專家論壇里和同行及相關(guān)專家交流種植管理經(jīng)驗來提高自身專業(yè)素質(zhì)，拉近了棗農(nóng)和科研工作者的距離，讓種植者有問題找得到專家，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)問題為導(dǎo)向，將科學(xué)研究做在祖國大地上。另外棗農(nóng)在該系統(tǒng)中還能了解國內(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)。同時該系統(tǒng)還為將來棗樹病蟲害預(yù)警模型的開發(fā)和移動平臺農(nóng)業(yè)病蟲害管理數(shù)據(jù)庫的進(jìn)一步完善提供了數(shù)據(jù)支撐。

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