植物辨識交互系統的設計及實現

毛(啟攵) 崔忠偉 趙勇 楊穎 馬敏耀 吳戀

摘 要：鑒于植物自動辨識較為困難，以Java語言為核心，運用SSM框架、MySQL數據庫以及Tomcat服務器開發植物辨識交互系統。該系統實現了植物識別、野外互動、用戶信息管理與植物信息管理等四個功能模塊，能夠輔助用戶對野菜及中草藥等植物進行辨識與查詢。

關鍵詞：Java;SSM;MySQL;Tomcat;辨識;管理

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2019）05-00-03

0 引 言

植物是地球上所有生命的中堅力量，也是重要的資源。地球上有超過40萬種植物，各種物種間又密切相似，人工識別植物的過程較為困難，有時產生的結果可能會令人困惑，稍有差錯，甚至可能認錯有毒植物而造成人員傷亡[1]。雖然識別過程較為困難，但植物的根、莖、葉等部位在各個季節都容易獲得，因此可通過足夠的可見特征來辨識它們各自的類別。針對上述問題，本文開發了植物辨識交互系統，使用植物特征來辨識植物所屬物種，基于關鍵信息搜索、篩選識別該植物物種，有利于減少誤食有毒野菜或藥材造成的人員傷亡，普及植物基本常識[2-3]。

1 系統設計

1.1 系統體系設計

植物辨識交互系統采用B/S結構，層次之間只與本層直接相連的層通信，不與本層直接相連的其他層則不進行交互，在保證系統相對獨立的同時，還能為后續擴展提供便利。通過構建植物辨識交互系統的數據庫信息[4]，實現植物識別、養生指導和野外互動等功能。

1.2 系統功能設計

植物辨識交互系統主要包括用戶信息管理、植物識別、野外互動與植物信息管理四個功能模塊，具體如圖1所示。

（1）用戶信息管理模塊。對用戶信息進行錄入（增加新項）、刪除、編輯（對已有信息進行修改）、查詢等。用戶登錄到該系統可進行個人信息管理，如可查看積分、修改密碼、充值積分等。

（2）植物識別模塊。用戶根據已知的植物特征，在系統給出的特征選項中選擇相應的特征（以圖片形式展現），用戶確認提交后跳轉到結果界面顯示結果。當選擇自動識別功能時，提示用戶使用手機拍照并提交需要識別的植物，上傳后由人工識別并將識別結果反饋給用戶。由于識別結果可能有多種，單屏幕無法較好地展示，因此篩選后的結果只將植物的縮略圖排列出來，用戶可選擇查看其詳細信息（包括植物信息與該植物位置共享）加以認證、區別。

（3）野外互動模塊。所在地附近藥材植物的位置信息會顯示到地圖上，根據顯示的信息進入地圖附近的植物地點或藥材位置;也可輸入要找的植物名稱，在地圖中顯示發現地位置，通過發現歷史地點進入到其對應的藥材所在位置。同時，系統還給用戶提供養生指導，用戶可在搜索框中輸入植物名稱、病癥、藥效、處方等信息檢索對應的草藥信息。

（4）植物信息管理模塊。對植物信息進行增加、查詢、刪除與修改等管理功能。

2 系統實現

2.1 數據庫框架的搭建

數據庫包含植物信息管理表、位置坐標數據表及用戶信息管理表等。其中，植物信息管理表是系統數據庫的重要組成部分，主要收錄每種植物的名稱、生態分布、藥效、采集加工以及現狀特征等基礎信息數據[5]，具體見表1所列。位置坐標數據表則主要向用戶展示植物生長的區域，根據植物編號進行關聯，通過經緯度數據將植物所處地理位置標記在地圖上，具體見表2所列。用戶信息管理表包括用戶編號、手機號、密碼及積分信息等，具體見表3所列。其中，用戶手機號也是用戶賬號的唯一標識。

2.2 系統開發技術

本文系統采用B/S結構與SSM[6]（Spring SpringMVC Mybatis[7]）框架，開發環境為Windows 7操作系統，編程語言以Java語言為主，基于Eclipse功能強大的Java IDE進行開發。整個系統分為接入層、展現層、應用層、支撐層與基礎層五層。接入層由管理員與用戶組成，提供訪問功能;展現層是系統內容的展示區域，確保展示信息的完整性;應用層是支撐管理系統進行數據處理的核心部分;支撐層主要包括元數據管理、用戶身份認證、植物信息管理、調度協議及參數管理等應用服務;基礎層則由網絡設施、操作系統、外部硬件與媒體驅動等共同構成基礎的運行環境。

3 系統界面

本文系統頁面主要分為植物識別、植物信息管理、野外互動、用戶管理等。其中，植物識別模塊包括手動識別與自動識別;野外互動模塊包括養生指導、所在地查詢、歷史發現地點等。

3.1 植物識別功能

用戶根據植物的基本特征（如根、莖和葉等），在系統中選擇相應的特征數據提交，系統會根據用戶提供的植物特征進行識別[8]，并將匹配結果傳輸到顯示界面。由于植物的某些特征大致相似，識別結果可能有多種，系統優先展示匹配度較高的植物，對匹配度較低的則給出該植物的縮略圖。若給出的結果與真實植物有差別，用戶可從匹配度較低的植物縮略圖中重新查找該植物。通過特征相似匹配出來的結果提高了植物識別的準確度，也可擴展用戶對該類植物的了解并加以區分。植物查詢與展示如圖2所示。

3.2 野外互動

（1）養生指導。根據用戶輸入的關鍵詞（按名稱、病癥、藥效、處方等功能）進行不同需求的檢索。

（2）所在地查詢。所在地查詢通過百度地圖呈現，根據用戶所在位置查詢該中草藥及野菜分布的地理位置，有利于用戶了解其生長環境，也便于種植戶對其進行管理與種植，提高中草藥及野菜的采集與培養知識。

（3）歷史發現地點。用戶通過輸入要找的植物名稱，點擊歷史發現地進行相關信息搜索，地圖中即可顯示該植物曾經出現過的位置與信息。位置查詢如圖3所示。

4 結 語

本文針對人工識別植物較為困難的問題，開發了植物辨識交互系統，實現了植物識別、養生指導、野外互動等功能，能夠輔助用戶對野菜及中草藥等植物進行辨識與查詢，有利于普及植物基本常識，減少誤食有毒野菜或藥材造成的人員傷亡，具有較大的實用價值。

參 考 文 獻

[1]劉莉，王紅，張駿.誤食中藥洋金花種子中毒調查救治報告[J].時珍國醫國藥，2006（9）：1846.

[2]魏桂清，王英燕，欒麗.幾種常用中草藥的經驗鑒別[J].中國醫藥導報，2010（9）：137.

[3]《全國中草藥匯編》編寫組.全國中草藥匯編[M].北京：人民衛生出版社，1975.

[4]唐漢明.深入淺出MySQL[M].北京：人民郵電出版社， 2013.

[5]王麗娟，吳東明.基于MySQL數據庫實施完整性約束的研究[J].科技創新與應用，2019（2）：72-73.

[6]李洋.SSM框架在Web應用開發中的設計與實現[J].計算機技術與發展，2016，26（12）：190-194.

[7]徐雯，高建華.基于Spring MVC及MyBatis的Web應用框架研究[J].微型電腦應用，2012，28（7）：1-4，10.

[8] GAN Y Y，HOU C S，ZHOU T，et al.Plant identification based on artificial intelligence[J].Advanced materials research，2011，255（5）：2286-2290.

[9]周哲賢.人工智能淺析[J].數字通信世界，2018（1）：101，141.

[10]黃婕，李浩銳，黃皓琪，等.基于尺度不變特征變換算法的植物自動識別系統[J].計算機應用，2016，36（z2）：203-205.

[11] KUMAR N，BELHUMEUR P N，BISWAS A，et al.Leafsnap：a computer vision system for automatic plant species identification[J].Computer vision-ECCV，2012（10）：502-516.

[12]伍學榮，謝基蓮，胡劍初.論中藥養生[J].科技信息，2009（32）：32-33.

[13]周振華，者肖冬.四季中藥養生之道[J].中國醫藥指南，2011，9（17）：288-290.

[14]齊瑩.具有較高利用價值的野生植物：魔芋[J].新農業，1988（8）.