茶樹病蟲害遠程診斷系統的構建

鄧立苗，孫華麗，于仁師(青島農業大學理學與信息科學學院，山東青島266109)

我國茶葉種植面積居世界第一，產量居世界第二，品質居世界第三。造成這種狀況有多種因素，其中農藥的不合理使用是農藥殘留超標的主要原因［1］。若要解決茶葉中農藥殘留問題，根本措施是了解當地茶園病蟲害發生情況，從而科學使用農藥。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，及早對發生的病蟲害采取預防措施，是減少病蟲害損失的有效方法。

農業專家系統早在20世紀70年代末期就開始應用于植物蟲害的診斷研究，目前已廣泛應用于玉米［2－3］、棉花［4］、大豆［5］和蔬菜［6－7］等多種作物病蟲害診斷中。在茶樹病蟲害系統方面，陳賢等應用Visual Basic 6.0開發茶樹病蟲害識別防治信息查詢系統，共收入茶樹病蟲害77種［8］。敬廷桃等［9］利用網絡和計算機技術設計開發基于B/S結構的茶樹病蟲害綜合防治信息系統，能實現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］根據皖南茶區茶樹病蟲害的生物學特點，依據人工智能化的相關知識，開展茶樹病蟲害智能化防治專家系統的研究。但是，目前研究大多側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“植保應急”服務的實效性、快速性及簡易性等，筆者將網絡技術、GPS和GIS等技術應用于茶樹專家病蟲害診斷專家系統中，用戶可以在田間使用移動設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，實現專家零距離指導茶樹病蟲害防治過程。

1 系統架構

1.1 系統結構 由圖1可知，系統用戶可以通過手機或PC機發送病蟲害癥狀信息到服務器，服務器接收到求助信息，通過專家系統或專家在線方式得到診斷結果，然后將結果發送到客戶端。同時，根據用戶發送的病蟲害位置信息及診斷結果生成病蟲害分布圖，為病蟲害預測提供依據。

圖1 系統結構

該系統以Eclipse為開發平臺，以MySql為數據庫開發工具，利用Java技術實現病蟲害診斷和信息檢索和管理等服務器端程序，其中手機客戶端基于Android平臺開發。

1.2 系統流程 病蟲害遠程診斷系統主要由病蟲害信息采集、病蟲害診斷及診斷結果顯示等部分組成。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)上傳到服務器。常見病蟲害可通過專家系統自動診斷，而疑難雜癥可通過與專家在線交流進行求助。

2 系統功能

圖2 系統流程

系統由病蟲害信息采集、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，結構如圖3所示。

圖3 系統功能結構

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，可由手機或者數碼相機拍攝得到。為了更詳細獲取病蟲害發生的相關信息，可以通過手機內置的GPS功能進行病蟲害位置定位，實時獲取病蟲害發生位置(經緯度)，基于Android的獲取GPS定位信息的界面如圖4所示。此功能通過創建位置管理器(Location manager)和位置監聽器(Location listener)對象來實現［11］。手機端獲取病蟲害相關信息后，通過Web Service將病蟲害描述信息、癥狀照片及GPS定位信息發送到服務器。服務器接收到病蟲害相關信息后，將信息保存到MySQL數據庫中。

圖4 GPS定位信息界面

2.2 信息查詢 實現茶樹常見病蟲害癥狀及防治相關信息瀏覽和查詢，包括病蟲害發生部位、癥狀描述、癥狀圖片、防治措施及建議等，可以讓茶農根據癥狀描述及癥狀圖片對常見病蟲害類型進行判斷，信息查詢有網站和手機客戶端2個平臺。

手機客戶端檢信息平臺實現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生的部位(如根、莖、葉)進行分類檢索，每一類用層疊結構顯示，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 專家系統自動診斷。由于病害和蟲害診斷原理與依據不同，需要對病害和蟲害分開診斷。病害診斷主要依據其癥狀進行診斷，有部位癥狀和綜合癥狀2類。蟲害診斷主要依據害蟲的形態特征以及害蟲的為害特點，其中形態特征包括卵的特征、幼蟲的特征、蛹的特征和成蟲的特征，具體包括害蟲的體長(區分雄雌)、體色、體型大小和翅型等。用戶根據提示選擇診斷條件后，推理機根據知識庫中的規則給出診斷結果。病蟲害診斷專家系統推理機流程如圖7所示。推理機根據用戶輸入或選擇癥狀進行關鍵字搜索，若匹配成功即進行模糊推理，然后輸出結果;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無法做出準確診斷時，可以發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數據庫中讀取病蟲害信息(包括地理信息)并保存到數組中，然后創建并初始化地圖，對每條病蟲害信息依據經緯度信息創建標注并添加到GIS地圖上，同時創建信息窗口對象用于顯示病蟲害相關信息，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生的相關信息，可為相關部門進行病蟲害預測提供依據。

圖8 病蟲害的空間分布

3 小結

筆者構建的病蟲害遠程診斷系統可以實現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，較好地滿足當今應用需求，特別適合于基層植保人員和茶農使用。該系統在服務器端運行主程序，手機客戶端只需安裝一個很小的應用程序，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藥造成環境污染問題以及保證茶葉的質量與產量等都具有積極意義。

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［11］陳金海.基于Android平臺的手機地鐵導航系統的設計與實現［D］.昆明:云南大學，2012.

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