陶思源 王海楠

第一作者簡介：陶思源（1993-），男，獸醫(yī)師。研究方向?yàn)樾竽莲F醫(yī)。

*通信作者：王海楠（1982-），男，畜牧師。研究方向?yàn)樾竽莲F醫(yī)。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.13.029

摘? 要：該文以動(dòng)物信息為基礎(chǔ)，結(jié)合運(yùn)用計(jì)算機(jī)知識、專家知識，利用基礎(chǔ)數(shù)學(xué)計(jì)算技術(shù)，基于J2EE平臺及Android系統(tǒng)設(shè)計(jì)兼具PC端及手機(jī)端的動(dòng)物疾病輔助診斷平臺。首先分析動(dòng)物疾病診斷平臺設(shè)計(jì)目標(biāo)及結(jié)構(gòu)功能需求，闡述數(shù)據(jù)庫、推進(jìn)機(jī)制設(shè)計(jì)、用戶界面的設(shè)計(jì)方案，從開發(fā)工具與技術(shù)、平臺框架結(jié)構(gòu)、平臺功能實(shí)現(xiàn)3方面探討平臺實(shí)現(xiàn)方法，通過功能測試及壓力測試，得出PC端數(shù)據(jù)維護(hù)靈活便捷、診斷疾病便捷準(zhǔn)確、手機(jī)端操作簡單、響應(yīng)快速和結(jié)果精準(zhǔn)的測試結(jié)論，驗(yàn)證該動(dòng)物疾病輔助診斷平臺的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：動(dòng)物疾?。患膊≡\斷；專家系統(tǒng)；診斷平臺；平臺測試

中圖分類號：TP393? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）13-0120-04

Abstract： Based on animal information， combined with computer knowledge， expert knowledge and basic mathematical computing technology， based on J2EE platform and Android system， this paper designs an auxiliary diagnosis platform for animal diseases with both PC and mobile phone. Firstly， the design objectives and structural and functional requirements of the animal disease diagnosis platform are analyzed， and the design schemes of database， propulsion mechanism design and user interface are described. The implementation method of the platform is discussed from three aspects： development tools and technology， platform framework structure and platform function realization， through function test and stress test. It is concluded that the PC data maintenance is flexible and convenient， the diagnosis of diseases is convenient and accurate， the mobile phone is simple to operate， the response is fast， and the results are accurate， which verifies the superiority of this animal disease assistant diagnosis platform.

Keywords： animal diseases; disease diagnosis; expert system; diagnosis platform; platform testing

在動(dòng)物疾病頻繁發(fā)生的境況下，提高疾病診斷準(zhǔn)確性能夠有效控制動(dòng)物疾病蔓延，從而保障動(dòng)物養(yǎng)殖效益。而開發(fā)動(dòng)物疾病診斷通用平臺，可為基層養(yǎng)殖戶自主診斷動(dòng)物疾病，高效、正確實(shí)施疾病預(yù)防控制措施提供保障。此平臺的建立需要整合專業(yè)獸醫(yī)的臨床經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識，模擬專家診斷疾病的思維，以先進(jìn)系統(tǒng)及技術(shù)為支持，方能得出準(zhǔn)確的診斷結(jié)論，實(shí)現(xiàn)輔助養(yǎng)殖戶診斷動(dòng)物疾病的目標(biāo)。

1? 動(dòng)物疾病輔助診斷平臺設(shè)計(jì)目標(biāo)及結(jié)構(gòu)功能需求

為打造實(shí)用型動(dòng)物疾病輔助診斷系統(tǒng)，需要結(jié)合用戶需求設(shè)定平臺功能，應(yīng)詳細(xì)收集動(dòng)物疾病相關(guān)信息資料，簡化診斷疾病方法，構(gòu)建動(dòng)物疾病診斷推進(jìn)模型及推理機(jī)制，然后分別基于J2EE及Android系統(tǒng)構(gòu)建PC服務(wù)端及手機(jī)客戶端2個(gè)平臺[1]。PC端面向系統(tǒng)管理員、基層養(yǎng)殖戶及獸醫(yī)專家開放，不同應(yīng)用主體的功能權(quán)限不一。而手機(jī)Android端主要由基層養(yǎng)殖戶、獸醫(yī)專家在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用，可不受時(shí)空限制完成動(dòng)物疾病診斷。平臺應(yīng)具備癥狀分類信息管理、癥狀信息管理、疾病信息管理、防治措施信息管理、動(dòng)物疾病診斷分析和系統(tǒng)維護(hù)6大管理模塊，并要具備一個(gè)系統(tǒng)設(shè)置模塊及一個(gè)退出系統(tǒng)模塊（圖1）。結(jié)合實(shí)際需求，動(dòng)物疾病輔助診斷平臺應(yīng)涵蓋3部分基本結(jié)構(gòu)，一是用于計(jì)算機(jī)與用戶交互的用戶界面，二是存儲領(lǐng)域知識及專家提供數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，三是根據(jù)數(shù)據(jù)模擬專家思維，采用數(shù)學(xué)知識及程序算法計(jì)算分析診斷結(jié)果的推進(jìn)機(jī)制。

圖1? 動(dòng)物疾病輔助診斷平臺結(jié)構(gòu)示意圖

2? 基于J2EE和Android的動(dòng)物疾病輔助診斷平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1? 平臺設(shè)計(jì)方案

2.1.1? 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

1）領(lǐng)域知識獲取與分析。采用人工獲取方法，在本地動(dòng)物醫(yī)院、養(yǎng)殖場收集各類動(dòng)物疾病信息，并與專業(yè)獸醫(yī)人員展現(xiàn)面對面溝通交流，獲取專家經(jīng)驗(yàn)，了解專家疾病診斷思維，實(shí)地調(diào)查動(dòng)物養(yǎng)殖場，獲取大量動(dòng)物疾病臨床病例，結(jié)合其他動(dòng)物疾病診斷系統(tǒng)，對動(dòng)物疾病信息共同點(diǎn)進(jìn)行分析。知識分析結(jié)果是通過歸類分析動(dòng)物疾病信息，并細(xì)化各個(gè)類別的子信息，同種癥狀與多個(gè)疾病相對應(yīng)，且同一疾病也對應(yīng)多個(gè)不同癥狀，而同種疾病及防治措施及治療方法之間均是一一對應(yīng)關(guān)系。動(dòng)物疾病的癥狀識別要經(jīng)過收集基本信息、分析表象特征、獲取詳細(xì)信息3個(gè)過程。而后根據(jù)識別出的癥狀判斷疾病并選擇防治措施及方法[2]。

2）設(shè)定數(shù)據(jù)庫邏輯。動(dòng)物疾病診斷平臺的數(shù)據(jù)庫邏輯如圖2所示，通過圖2可以了解數(shù)據(jù)庫中各種表格的內(nèi)在關(guān)系。數(shù)據(jù)庫中，具有癥狀動(dòng)態(tài)表、管理員信息、疾病動(dòng)態(tài)表、癥狀分類信息、癥狀子分類信息、疾病信息、防治措施信息表和癥狀信息等多種表格，其中，有3個(gè)單獨(dú)存在的表，分別是管理員信息、癥狀動(dòng)態(tài)表、疾病動(dòng)態(tài)表 。同一癥狀分類信息、同一癥狀子分類信息均與多個(gè)癥狀相對應(yīng)，因而癥狀信息、癥狀分類信息均應(yīng)與癥狀子分類信息呈現(xiàn)多對一關(guān)系。而癥狀與疾病之間相互映射且映射關(guān)系并不唯一，因而癥狀信息與疾病信息表之間屬于多對多關(guān)系。疾病、防治措施則一一相對，所以疾病信息及防治措施信息表為一對一關(guān)系。

3）數(shù)據(jù)庫分布表及基表設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫的作用主要是存儲各類信息，需要存儲的內(nèi)容較多，如原始專家知識與專家經(jīng)驗(yàn)，用戶自述病癥，同時(shí)還可對平臺運(yùn)行過程中生成的診斷中間結(jié)果及最終信息進(jìn)行保存。需要在計(jì)算機(jī)中安裝數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫分布表包含6個(gè)項(xiàng)目，即數(shù)據(jù)庫的編號、英文名、中文名、安裝物理位置、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)名稱和系統(tǒng)版本號?；碇饕O(shè)計(jì)為9種，分別是管理員信息、癥狀分類信息、癥狀子分類信息、癥狀信息、疾病信息、疾病與癥狀聯(lián)系的中間信息表、防治措施信息表、癥狀動(dòng)態(tài)表和疾病與分值動(dòng)態(tài)表，這些基表均包含字段編號、英文字段名、中文字段名、字段類型和備注5部分內(nèi)容，但各表的字段數(shù)量、名稱、類型均不一致。如癥狀分類信息包含2個(gè)字段，分別是癥狀分類編號與癥狀分類名稱，字段類型分別是Int與varchar（100），前者為主鍵，后者為非空（not null）。而癥狀信息表除了癥狀編號、癥狀名稱外，還包含癥狀分類編號及癥狀子分類編號，二者的字段類型均是Int，并都是外鍵。癥狀信息表詳見表1。

圖2? 動(dòng)物疾病診斷平臺的數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)示意圖

表1? 癥狀信息表

2.1.2? 推進(jìn)機(jī)制設(shè)計(jì)

診斷動(dòng)物疾病時(shí)，獸醫(yī)專家會(huì)親臨養(yǎng)場現(xiàn)場，對動(dòng)物信息進(jìn)行收集，必要情況下會(huì)通過體驗(yàn)或解剖獲取癥狀信息，進(jìn)而得出診斷結(jié)論。其診斷思維包含初步診斷、鑒別診斷2部分，推進(jìn)、推理疾病時(shí)，需要先分析癥狀，再匹配疾病，最后綜合判斷。動(dòng)物疾病診斷系統(tǒng)有混合推理法、正向推理法、負(fù)向推理法、模糊診斷推進(jìn)法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理法等多種策略[3]。本文提出的動(dòng)物疾病診斷平臺，是在混合推理法應(yīng)用的基礎(chǔ)上，結(jié)合運(yùn)用數(shù)值診斷、癥狀診斷、剖檢診斷和流行病等多個(gè)學(xué)科理論，實(shí)現(xiàn)專家經(jīng)驗(yàn)向計(jì)算機(jī)可識別數(shù)值的轉(zhuǎn)化，利用相對復(fù)雜的分值對疾病與癥狀間的關(guān)系進(jìn)行描述，在條件錄入后運(yùn)用計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)，根據(jù)診斷數(shù)值的大小判斷推理結(jié)果是否正確。動(dòng)物疾病輔助診斷平臺的推理機(jī)制構(gòu)建包含5個(gè)步驟：一是建立表現(xiàn)分值，分值來源是專家經(jīng)驗(yàn)或數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；二是數(shù)據(jù)歸一處理，以計(jì)算機(jī)為支持，利用數(shù)學(xué)方法自動(dòng)歸一表現(xiàn)分值數(shù)據(jù)；三是確定推理方式，應(yīng)用正向推理法，根據(jù)已知事實(shí)展開分析，結(jié)合輸入的事實(shí)及表現(xiàn)分值，在計(jì)算機(jī)數(shù)值診斷算法支持下對比得出診斷結(jié)果；四是構(gòu)建診斷算法，先確定診斷結(jié)果可能性，通過二元組集合的方式推斷患有某種疾病的可能性；五是驗(yàn)證推斷算法特例，利用計(jì)算機(jī)對比分析診斷結(jié)果及獸醫(yī)專家診斷結(jié)果的一致性。

2.1.3? 用戶界面設(shè)計(jì)

動(dòng)物疾病輔助診斷平臺設(shè)計(jì)時(shí)，要求所設(shè)計(jì)的界面具有良好的人機(jī)交互功能，PC端的用戶界面應(yīng)設(shè)置菜單欄，用于導(dǎo)航定位，而Android端的界面字體要足夠大，以提高用戶查看便利性。還要確保界面設(shè)計(jì)美觀，應(yīng)分散圖標(biāo)，統(tǒng)一界面整體設(shè)計(jì)風(fēng)格。PC端靜態(tài)用戶界面的設(shè)置，可利用HTML技術(shù)，通過CSS控制界面樣式。而動(dòng)態(tài)頁面的設(shè)計(jì)需應(yīng)用JSP技術(shù)，將JavaScript語言嵌入到JSP文件中后，用戶可實(shí)現(xiàn)表單值提取、表單賦值等頁面動(dòng)態(tài)操作。頁面更新時(shí)，以具有局部更新功能的Ajax技術(shù)為支持，與具有頁面元素批量獲取功能的jQuery技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，通過操作這些元素實(shí)現(xiàn)頁面局部更新[4]。對于Android端，則利用XML文件布局，采用Layout布局方式，結(jié)合運(yùn)用常用控件，完成手機(jī)端動(dòng)物疾病輔助診斷平臺的界面設(shè)計(jì)。

2.2? 平臺實(shí)現(xiàn)方式

2.2.1? 開發(fā)工具與技術(shù)

采用J2EE架構(gòu)體系構(gòu)建動(dòng)物疾病輔助診斷平臺的PC端時(shí)，需要采用Windows系統(tǒng)，開發(fā)工具采用功能強(qiáng)大的企業(yè)級工作平臺（MyEclipse），其是Eclipse開發(fā)工具的升級版，適用于多種開源產(chǎn)品。編程語言采用Java語言，此語言可對實(shí)體類進(jìn)行定義并能重寫方法，可提供Object Relative Mapping、Struts2等多個(gè)Web框架服務(wù)，可降低J2EE架構(gòu)開發(fā)難度，加快編程效率。后臺數(shù)據(jù)庫及服務(wù)器分別選用邁克爾數(shù)據(jù)庫（MySQL）及湯姆貓（Tomcat）服務(wù)器，前者為小型開源碼軟件，后者是輕量級、非收費(fèi)開源應(yīng)用服務(wù)器。而動(dòng)物疾病輔助診斷平臺的手機(jī)端以Android作為系統(tǒng)，開發(fā)平臺采用的是Eclipse，編程語言仍采用Java，以PC端作為服務(wù)端，可對PC端的服務(wù)連接器進(jìn)行訪問，以確保手機(jī)端診斷平臺各項(xiàng)功能的正常應(yīng)用。

2.2.2? 平臺框架結(jié)構(gòu)

動(dòng)物疾病輔助診斷平臺的PC端，采用的是MVC體系架構(gòu)，此架構(gòu)具有輕量級特征，是在J2EE基礎(chǔ)上構(gòu)建而成的。此架構(gòu)具有視圖層、控制層、模型層3個(gè)結(jié)構(gòu)層次，視圖層利用JSP技術(shù)、Ajax技術(shù)構(gòu)建，控制層及模型層則分別采用Servlet及JavaBean進(jìn)行處理[5]。PC端平臺采用B/S架構(gòu)，重要邏輯事務(wù)由服務(wù)器端承載，用戶主要進(jìn)行界面瀏覽與操作。此種架構(gòu)維護(hù)升級較為便利，且應(yīng)用安全、便捷。系統(tǒng)環(huán)境并不復(fù)雜，可在瀏覽器支持下實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)操作。而手機(jī)Android端應(yīng)以PC端作為服務(wù)器，之后采用封裝工具類方式訪問PC端的數(shù)據(jù)，用戶可利用智能手機(jī)下載并啟動(dòng)動(dòng)物疾病輔助診斷APP，可隨時(shí)展開動(dòng)物疾病診斷分析。動(dòng)物疾病輔助診斷平臺框架結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3? 動(dòng)物疾病輔助診斷平臺框架結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.3? 平臺功能實(shí)現(xiàn)

1）登陸退出功能的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)管理員登錄界面時(shí)，先點(diǎn)擊PC端瀏覽器，將IP地址輸入后便可跳轉(zhuǎn)至登錄界面，然后需要輸入用戶名稱及密碼，點(diǎn)擊確認(rèn)后方可進(jìn)入主頁面。若用戶名及密碼輸入不正確，系統(tǒng)會(huì)給出拒絕登錄提示。獸醫(yī)專家、基層養(yǎng)殖戶等用戶登錄平臺時(shí)，需要系統(tǒng)管理員提前將之添加為管理員，再賦予其用戶名稱及密碼。系統(tǒng)管理員、獸醫(yī)專家具有維護(hù)平臺數(shù)據(jù)庫權(quán)限，獸醫(yī)專家及基層養(yǎng)殖戶均可實(shí)施動(dòng)物疾病診斷操作，然而基層養(yǎng)殖戶不具備數(shù)據(jù)庫刪改權(quán)限。用戶完成診斷后，應(yīng)點(diǎn)擊退出系統(tǒng)，以避免數(shù)據(jù)泄露問題。

2）數(shù)據(jù)維護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)管理員及獸醫(yī)專家需要結(jié)合養(yǎng)殖戶需求，按照平臺要求，在數(shù)據(jù)庫中錄入已獲取的動(dòng)物信息、疾病癥狀及防治措施等相關(guān)信息。一是要存儲癥狀表現(xiàn)、剖檢變化及流行病學(xué)等癥狀分類信息；二是要添加季節(jié)、年齡等癥狀子分類信息；三是添加疾病信息，在后臺數(shù)據(jù)庫中添加疾病名稱，再構(gòu)建其與癥狀名稱間的關(guān)系；四是防治措施，先選定疾病名稱，將預(yù)防及治療等防治措施相關(guān)信息添加到對應(yīng)疾病之上。數(shù)據(jù)添加后可以實(shí)施刪改、查詢等操作。數(shù)據(jù)庫中信息不對用戶開放，可利用系統(tǒng)備份功能模塊將信息轉(zhuǎn)化為電子表格并存儲于計(jì)算機(jī)后，用戶方可查看[6]。

3）動(dòng)物疾病診斷分析的實(shí)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)患病動(dòng)物后，獸醫(yī)專家及養(yǎng)殖戶可在觀察、剖檢的基礎(chǔ)上了解病畜癥狀，再于PC端診斷平臺主界面上選擇分析模塊展開診斷分析，在診斷界面中一一選中癥狀，點(diǎn)擊分析鍵，平臺會(huì)以推理機(jī)制為基礎(chǔ)進(jìn)行診斷，并將診斷結(jié)果顯示在界面右上方。再對診斷出的疾病名稱進(jìn)行點(diǎn)擊，便可獲取診斷表并查看對應(yīng)的防治措施。利用手機(jī)端診斷動(dòng)物疾病時(shí)，獸醫(yī)專家及養(yǎng)殖戶可在APP上錄入用戶名及密碼，跳轉(zhuǎn)至主界面后，在癥狀列表中篩選癥狀并點(diǎn)擊診斷按鈕便可開始診斷推理，系統(tǒng)給出診斷結(jié)果，點(diǎn)擊生成的疾病后，可查看疾病預(yù)防與治療措施表。手機(jī)端不具備數(shù)據(jù)維護(hù)功能，只能用于診斷動(dòng)物疾病，其數(shù)據(jù)會(huì)在PC端數(shù)據(jù)增刪后同步更新。

3? 基于J2EE和Android的動(dòng)物疾病輔助診斷平臺測試分析

3.1? 軟件測試方法及內(nèi)容

針對動(dòng)物疾病輔助診斷平臺的測試主要選用2種方法，一是功能測試，即結(jié)合設(shè)計(jì)要求對診斷平臺功能模塊的具體功能是否正常、數(shù)據(jù)展示是否完整、平臺界面是否美觀和操作過程是否方便進(jìn)行檢測。二是壓力測試，需要以實(shí)際情況為依據(jù)測試診斷平臺的性能，對多名用戶同時(shí)在線操作時(shí)功能是否正常、操作響應(yīng)速度是否快捷進(jìn)行檢測，并判斷單用戶批量處理數(shù)據(jù)的承載極限。

3.2? 軟件測試結(jié)果分析

通過對動(dòng)物疾病輔助診斷平臺進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)，規(guī)定編譯環(huán)境下，編譯后源代碼功能均可正常展現(xiàn)。軟件部署完成后，編譯、登錄、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)顯示各環(huán)節(jié)均未出錯(cuò)，系統(tǒng)可以正常運(yùn)行，無報(bào)錯(cuò)或癱瘓現(xiàn)象。診斷平臺PC端用戶界面美觀、合理，與用戶應(yīng)用需求相契合，操作過程相對簡便。增刪數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)庫發(fā)生改變，用戶界面顯示也同步更新，診斷分析時(shí)顯示的數(shù)據(jù)結(jié)果與需求標(biāo)準(zhǔn)相符，并且平臺運(yùn)行相對安全，多用戶同時(shí)登錄平臺、單一用戶實(shí)施批量化操作時(shí)，頁面能夠及時(shí)響應(yīng)且操作執(zhí)行較為順暢，未出現(xiàn)系統(tǒng)癱瘓問題。聯(lián)網(wǎng)情況下，手機(jī)Android端有多用戶同時(shí)訪問服務(wù)器時(shí)，頁面也能快速響應(yīng)，各項(xiàng)功能操作執(zhí)行均無異常，得出的診斷結(jié)果較為準(zhǔn)確、可靠。

4? 結(jié)束語

在多種動(dòng)物疾病類型、癥狀表現(xiàn)、防治信息獲取的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了具有多種動(dòng)物信息存儲功能的數(shù)據(jù)庫，采用歸一技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一處理后，利用得到的數(shù)值設(shè)計(jì)了動(dòng)物疾病診斷推理機(jī)制，以正向推理方式為基礎(chǔ)，量化分析疾病及癥狀間的關(guān)聯(lián)，再通過數(shù)據(jù)運(yùn)算對疾病可能性結(jié)果展開推斷分析。本文設(shè)計(jì)的動(dòng)物疾病輔助診斷平臺，設(shè)置了以J2EE架構(gòu)為基礎(chǔ)的PC端及利用Android系統(tǒng)的手機(jī)端，PC端通用性強(qiáng)，具有數(shù)據(jù)庫維護(hù)及疾病診斷功能，手機(jī)端可不受時(shí)間地點(diǎn)限制隨時(shí)展開疾病查詢診斷，操作更加便捷，在此平臺支持下，可為動(dòng)物疾病快捷診斷與有效防治提供支持。

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