基于Android手機系統APP蠶豆病蟲害智能診斷系統

錢曄 ，謝春暉，孫吉紅，王白娟 *，王靜

1. 云南農業大學（昆明 650201）；2. 云南省有機茶產業智能工程研究中心（昆明 650201）；

3. 云南省科學技術院（昆明 650000）；4. 云南省高校智能有機茶園建設重點實驗室（昆明 650201）

伴隨著智能農業的發展，信息技術與農業技術相結合，推動著農業信息技術的發展。農業管理信息系統、專家系統的推出進一步助推農業生產生活的跨越式發展，農民不再是大眾眼中只會出“苦力”的勞動者。農業產業、農業信息技術、農業工人等現代化的詞語已覆蓋農村，智能農業將成為今后農業發展的重中之重。

20世紀80年代，農業信息技術主要應用于PC機PDA個人數字助理等應用終端，對農作物病蟲害智能系統進行研究[1-7]。隨著農業信息技術的發展，劉晴蕊等[8]采用智能診斷方法識別蘋果病害。宋凱等[9]采用基于支持向量機識別技術對玉米葉部病害進行智能識別。周珂[10]使用圖像識別方法對煙草青枯病害進行智能診斷。近年來，智能手機作為已經普及的通訊、娛樂、學習等多功能集一體的智能化工具，已經深入城市、農村的各個角落。國內外研究人員利用手機方便攜帶的特點，開發各種手機APP程序，實現電腦程序向手機APP的成功轉移。

以云南省大理州劍川縣文板村科技服務為例，把蠶豆作為研究對象，構建基于Android手機系統APP蠶豆病蟲害智能診斷系統，為農戶提供簡單便捷防治蠶豆病蟲害的方法。

1 基于Android手機系統APP蠶豆病蟲害智能診斷系統的設計

主要基于Android手機系統，在研究蠶豆病蟲害智能診斷系統的基礎上，對無網環境下手機APP進行詳細設計。

1.1 Android手機系統的農業智能系統構架設計

智能系統結構圖如圖1所示。整個系統是一個人機交互的過程，用戶界面主要是為用戶提供可視化界面，專家界面主要是修改規則、更新數據庫；開發人員在SQLite環境下，采用JAVA語言，使用SQLite數據，結合專家制定的規則開發基于Android手機系統的病蟲害智能診斷系統，形成一個小型的病蟲害診斷的專家系統，該系統在無網絡的環境下，基于手機APP的形式，便于用戶在農田中使用；開發完成手機APP后，通過邀請種植戶進行測試，確定該系統的實用性。

圖1 智能系統結構圖

下一步研究中將采用人工神經網絡算法構建智能模型對測試結果進行數據分析，通過數據測試完成智能診斷系統的開發，否則將重新制定規則，然后再構建病蟲害智能診斷系統。

1.2 農業智能系統知識表建立

針對蠶豆病蟲害危害植株的癥狀、時間段、防治藥物的類型，結合Android手機系統的運用功能，總結蠶豆病蟲害的癥狀和防治的措施，形成蠶豆病蟲害知識表，助推推理機的構建。Android手機農業智能系統知識表如表1和表2所示。

表1 蠶豆蟲害推理機知識表

表2 蠶豆病害推理機知識表

表1 和表2分別為蠶豆病蟲害推理機知識表，詳細介紹了蠶豆常見病蟲害的名稱、癥狀和防治的措施，將推理機知識表應用于系統推理過程中，為蠶豆病蟲害診斷提供科學的依據。

1.3 農業智能系統設計

1.3.1 農業智能系統流程設計

Android手機APP農業智能系統構架設計結合蠶豆病蟲害知識表，應用推理機的推理方法，根據云南省大理州劍川縣文板村種植蠶豆村民的需求，結合農業信息技術構建設計一款簡單便于攜帶的手機APP系統，實現一部Android手機在斷網的環境中解決蠶豆種植過程中遇到的病蟲害問題，滿足農戶種植蠶豆過程中的各項問題。整個手機APP系統采用推理機進行推理，操作簡單、實用性強。推理機推理過程如圖2所示。

圖2 推理機程序流程圖

首先，推理機調用數據表中的數據提供用戶選擇，避免錯誤或者不規則數據輸入；引入SQLiteDatabase類[11]，通過SQLiteDatabase類的靜態方式創建基于Android系統的低存量、高運行類數據庫，實現數據增減、查詢以及修改功能[22]，使得數據表中的數據能夠在適當的條件下，由管理員進行更改，便于數據的規范管理。以上的保障功能使得推理機能夠在程序中順利進行推理，即用戶根據蠶豆病蟲害發生的實際情況選擇“病害”或者“蟲害”，如果選擇蟲害，根據蠶豆蟲害的特征選擇相應的癥狀，然后根據APP中對應的癥狀描述，將自動跳轉至治療方法的頁面，為用戶提供最佳的治療方法。整個操作過程簡便易學，適合各類不同的人群使用。

1.3.2 農業智能系統功能結構設計

基于Android系統的蠶豆病蟲害智能診斷系統是以Android手機為使用平臺，針對文榜村種植戶的需求，對蠶豆病蟲害長期影響村民經濟收入的情況，構建蠶豆病蟲害知識表，采用JAVA語言進行系統開發，構建斷網情況下蠶豆病蟲害智能診斷系統，為文榜村村民解決實際問題，助推科技扶貧工作。

圖3 基于Android手機系統的蠶豆病蟲害智能診斷系統功能模塊圖

根據系統工程的設計思想，采用模塊化設計思維[12]，對蠶豆病蟲害診斷系統進行構架。設計包括蠶豆蟲害智能診斷模塊、蠶豆病害智能診斷模塊、管理員模塊。其中，蠶豆蟲害智能診斷模塊包括蠶豆蟲害癥狀模塊和蠶豆蟲害防治模塊。蠶豆病害智能診斷模塊包括蠶豆病害癥狀模塊和蠶豆病害防治模塊。管理員模塊包括修改知識模塊和信息管理模塊。前兩個模塊主要功能是用戶在種植蠶豆的過程中，根據蠶豆植株上病蟲害的特征，在手機APP上進行選擇，系統將按照用戶選擇的病蟲害特征自動推理，得出對應的防治措施供用戶參考。第三個模塊主要功能：一是管理員根據用戶使用情況和專家意見對知識表進行修改，不斷完善數據庫信息，提高系統推理的正確率；二是管理員收集用戶使用該系統的建議數據，尤其是使用過程中出現錯誤的用戶所產生的信息，并采用智能算法對錯誤信息進行分析，將分析結果用于完善系統。

2 基于Android手機系統的蠶豆病蟲害智能診斷系統的實現與測試

2.1 系統集成

基于Android系統，設計斷網環境下簡單易懂的人機交互界面，使用JAVA語言開發基于Android系統手機的蠶豆病蟲害智能診斷系統，結合簡單的操作方法，使得不同文化層次的人均能快速掌握，形成智能型的人機交互界面設計。

2.2 系統實現

2.2.1 系統權限管理

系統的實現主要以手機APP的形式呈現，分為用戶和管理員兩個權限。用戶能夠查詢蠶豆在種植過程中不同階段的病蟲害特征，并且根據選擇不同的特征可以直接查詢解決不同病蟲害的措施。管理員權限可以對數據庫中存儲的數據進行增加、刪除、修改。

2.2.2 試驗對象和系統實現主要內容

項目的實施以大理市劍川縣文榜村50名蠶豆種植農民為例，試驗對象涉及學歷包括高中、初中、小學畢業生，年齡從35歲至65歲人群，男女性各一半。根據確定手機APP開發的目的及可行性-需求分析-軟件設計-使用JAVA語言開發系統-軟件測試等一系列步驟，完成基于Android系統手機的蠶豆病蟲害智能診斷系統開發，實現種植蠶豆的農民在田間斷網環境下通過簡單操作實現蠶豆病蟲害防治的功效。

2.3 系統測試

基于Android手機系統的蠶豆病蟲害智能診斷系統開發完成后，以華為Mate 30、華為榮耀X10、OPPO K5作為測試手機，分別在云南省高校農業信息技術重點實驗室、大理市劍川縣文榜村種植蠶豆現場進行測試。

系統在云南省高校農業信息技術重點實驗室進行測試。系統更新了蠶豆病蟲害推理機知識表，簡化了用戶界面，明確區分了各種病蟲害之間的特征，提高了用戶選擇的正確率，實現了高精準的對策信息。推理機知識表在系統中的部分界面如圖4所示。

圖4 系統知識表界面圖

在大理市劍川縣文榜村種植蠶豆現場進行系統測試，主要以“蠶豆褐斑病”“蠶豆赤斑病”“二條葉甲”“南美斑潛蠅”4種常見的病蟲害為例，對該系統的實用性、準確性進行測試。整個測試過程，邀請50名不同年齡、學歷的種植人員進行測試，病蟲害樣本4種，共計200人次使用該系統進行測試，并且現場進行統計測試結果。測試結果表明，正確測試出“蠶豆褐斑病”“蠶豆赤斑病”“二條葉甲”“南美斑潛蠅”4種常見的病蟲害的人次分別為42，45，47和41人次，測試準確率分別為84%，90%，94%和82%。測試過程如圖5所示。

圖5 系統部分界面圖

2.4 系統測試結果分析

系統測試結果顯示，4種常見的病蟲害分別有8，5，3和9例發生錯誤。通過與發生錯誤的測試人員進行詳細溝通發現：8人次因為從未操作過手機APP，測試過程中緊張錯點了“按鈕”而測試錯誤；7人次將“南美斑潛蠅”蟲害中不規則蛇形白色蟲道誤認為圓形小洞，致使判斷錯誤；10人次將“蠶豆赤斑病”特征赤色小點誤認為“蠶豆褐斑病”特征褐色小斑點，從而誤判。

3 結語和展望

此次研究為大理市劍川縣文榜村村民提供了斷網環境下解決種植蠶豆中遇到的實際問題。并且，采用手機APP系統，將系統集成于Android手機中，方便種植戶的攜帶和使用。

只需要管理員更換病蟲害推理機知識表的相關內容，該系統可以推廣至馬鈴薯、水稻等多種農作物的種植中，應用于全國貧困縣農業種植產業中，為建檔立卡戶脫離貧困做出應有的貢獻，為全國脫貧攻堅貢獻一份科技成果。

下一步研究將智能算法與蠶豆病蟲害防治知識相結合，構建基于RBF神經網絡算法的蠶豆病蟲害智能預測模型，并應用于蠶豆的種植、管理過程中，進一步深化農業信息技術在實際中的應用，推動科技成果轉移轉化。