王建春 徐義鑫 王勇 李鳳菊 呂雄杰 杜彥芳 張雪飛 錢春陽

摘要：病蟲害的診斷和防治是保障農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，診斷的實時性和防治的有效性是必須解決的首要問題。本文建立了基于Android的互聯(lián)網(wǎng)植物醫(yī)生服務(wù)平臺，創(chuàng)建了農(nóng)作物病蟲害數(shù)據(jù)庫、診斷規(guī)則庫，并通過基于Android智能手機的植物醫(yī)生APP提供農(nóng)業(yè)病蟲害專家遠程診斷和基于專家系統(tǒng)的自助診斷，建立了全天候的病蟲害診斷服務(wù)模式，使農(nóng)民“足不出戶”即可得到植保專家的防治指導(dǎo)，解決作物生產(chǎn)過程中“求醫(yī)難”的問題。另外，專家還可根據(jù)農(nóng)民咨詢的情況，對病蟲害的分布與發(fā)生進行分析預(yù)警。

關(guān)鍵詞：Android；互聯(lián)網(wǎng)；病蟲害；遠程診斷；專家系統(tǒng)

中圖分類號：S126：S43文獻標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2018）05-0147-05

Abstract The diagnosis and prevention of diseases and pests is an important link to ensure the safe production of agriculture. Real-time diagnosis and effectiveness of prevention and cure are the primary problems that must be solved. In this paper， an Android-Based Internet Service Platform of plant doctor is established. The platform creates database of plant diseases and pests， and diagnoses rules. Through the remote diagnosis of plant pests and diseases and the self-diagnosis of expert system based on the plant doctor Android APP， the all-day diseases and pests diagnosis service mode was established. This mode can ensure farmers get the prevention and cure guidance from plant protection experts without leaving the fields， and solve the problem of difficult to get crop protection guidance. In addition， experts can also analyze and predict the distribution and occurrence of diseases and pests according to the farmers consultation.

Keywords Android； Internet； Plant diseases and pests； Remote Diagnosis； Expert System

病蟲害是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一，防治不及時易造成較大的經(jīng)濟損失[1]，是農(nóng)民關(guān)注的重要問題。病蟲害的實時、準(zhǔn)確診斷是對其進行及時有效防治的關(guān)鍵。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，遠程診斷已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)病蟲害防治方面。作物病蟲害的遠程診斷方式主要有基于專家系統(tǒng)[2]和基于面對面交互式[3]兩種。如北京市蔬菜病蟲害遠程診治專家系統(tǒng)[4]、葡萄病害智能決策支持系統(tǒng)[5]、廣西玉米病蟲害診斷決策專家系統(tǒng)[6]、玉米病害診斷系統(tǒng)[7]、黃瓜病害診斷系統(tǒng)[8]等，均為基于專家系統(tǒng)的遠程診斷；而作物病蟲害專家在線視頻診斷系統(tǒng)[9]、果樹病蟲害可視化診斷系統(tǒng)[10]、農(nóng)技專家遠程診斷系統(tǒng)[11]等，均為基于面對面交互式的遠程診斷。但是，在實際使用過程中，專家系統(tǒng)只能根據(jù)用戶選擇的已有癥狀關(guān)鍵字進行診斷，對新出現(xiàn)的病蟲害很難給出準(zhǔn)確的診斷方案；而面對面交互式診斷，則面臨專家數(shù)量不能滿足農(nóng)民需求的難題。

近年來，隨著Android智能手機在農(nóng)民中的普及以及移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，產(chǎn)生了多個基于Android的遠程診斷系統(tǒng)，農(nóng)民通過Android手機即可獲得生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)與農(nóng)業(yè)資訊，極大地促進了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提高[12-17]。

本文通過建立農(nóng)作物病蟲害數(shù)據(jù)庫、診斷規(guī)則庫，以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，以Android智能手機為載體，搭建了結(jié)合病蟲害自助診斷與專家遠程交互診斷兩種方式的植物醫(yī)生服務(wù)平臺。農(nóng)民既可通過專家系統(tǒng)自助診斷，也可直接詢問在線專家，較好地解決了兩種病蟲害遠程診斷方式的弊端。

1 平臺架構(gòu)

該平臺分為基于B/S架構(gòu)的后臺管理系統(tǒng)與基于C/S架構(gòu)的Android客戶端，采用MVC模式[18]設(shè)計。根據(jù)平臺功能需求及架構(gòu)設(shè)計原則，采用多層架構(gòu)設(shè)計，具體分為應(yīng)用層、數(shù)據(jù)處理層及數(shù)據(jù)層。平臺架構(gòu)如圖1所示。

1.1 應(yīng)用層

負責(zé)與用戶交互。管理員通過后臺管理系統(tǒng)對平臺及用戶進行管理。農(nóng)民通過Android客戶端進行病蟲害診斷及獲取農(nóng)業(yè)資訊。專家既可通過后臺管理系統(tǒng)也可通過Android客戶端對農(nóng)民的問題進行解答。

1.2 數(shù)據(jù)處理層

應(yīng)用層通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器，服務(wù)器端的數(shù)據(jù)處理層負責(zé)對數(shù)據(jù)進行操作，并通過Service、DAO等實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的交互，完成數(shù)據(jù)的增刪改查。

1.3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要是存儲數(shù)據(jù)庫，主要存儲用戶信息、資訊信息、問答信息、病蟲害信息、診斷信息等。不同于文獻[12]的系統(tǒng)，本平臺的Android客戶端自身無數(shù)據(jù)庫，所有數(shù)據(jù)均存儲于服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，后臺管理系統(tǒng)與Android客戶端共用同一個數(shù)據(jù)庫，方便數(shù)據(jù)及時更新同步，同時也避免了Android客戶端的頻繁更新。

2 平臺功能模塊的設(shè)計及實現(xiàn)

平臺功能模塊分為植物醫(yī)生管理中心（后臺管理系統(tǒng)）與植物醫(yī)生Android APP（Android客戶端）兩部分（圖2）。

2.1 植物醫(yī)生管理中心

植物醫(yī)生管理中心以MyEclipse 2017為開發(fā)平臺，采用Spring + Spring MVC + Mybatis框架（該框架憑借良好的性能和較快的開發(fā)效率，逐漸成為主流的Web應(yīng)用開發(fā)框架組合[19]），以Java語言開發(fā)，分為資訊管理、問診管理、知識庫管理、用戶管理與個人信息管理五個功能模塊。

2.1.1 資訊管理 在該模塊中，管理員或?qū)＜矣脩艨梢园l(fā)布、查看、修改、刪除資訊，管理員還可管理資訊類型。資訊包括農(nóng)業(yè)相關(guān)的市場信息、政策法規(guī)、致富經(jīng)等。此模塊所發(fā)資訊均可在植物醫(yī)生Android APP進行查看，幫助農(nóng)民獲得第一手信息。

2.1.2 問診管理 該模塊包括查詢、回答、修改、刪除問題及刪除回答功能。管理員擁有所有權(quán)限，而專家用戶只能操作與自己相關(guān)的數(shù)據(jù)。為了便于專家掌握病蟲害分布，平臺還提供了基于GIS的問題查詢功能，如圖3所示，可依據(jù)提問時間、作物、專業(yè)領(lǐng)域?qū)栴}進行查詢，查詢結(jié)果按照提問者的定位信息顯示在地圖中，點擊藍色圖標(biāo)可顯示問題概要信息，點擊標(biāo)題可進入問題詳細頁面。專家可通過對地圖中問題分布的分析，更加直觀地掌握某一時間段內(nèi)某一地區(qū)作物病蟲害概況，并據(jù)此對防治工作進行決策部署，發(fā)布病蟲害情報。

2.1.3 知識庫管理 專家用戶可對作物信息、病害信息、蟲害信息、診斷規(guī)則進行管理，包括查詢、添加數(shù)據(jù)，刪除、修改自己錄入的數(shù)據(jù)。專家可根據(jù)實際情況，隨時添加新病蟲害信息或調(diào)整已有病蟲害防治方案，以滿足農(nóng)民自助診斷的需要。在管理中心對任何數(shù)據(jù)的更新都會同步反饋在Android APP中，保證了數(shù)據(jù)的一致性。

2.1.4 用戶管理 該模塊僅對管理員開放，只有管理員才能進入并有操作權(quán)限，專家用戶頁面中無此模塊。管理員可對用戶進行添加、查詢、修改、刪除操作，也可對新注冊用戶進行審核。

2.1.5 個人信息管理 該模塊包括個人信息及密碼修改功能。

2.2 植物醫(yī)生Android APP

植物醫(yī)生Android APP以Android Studio 3.0.1為開發(fā)平臺，采用兼具原生本地應(yīng)用與Web應(yīng)用優(yōu)勢[20]的hybrid開發(fā)方式，以Java語言開發(fā)，分為“首頁”、“問診”、“發(fā)現(xiàn)”、“我的”4個主要Fragment頁面。

2.2.1 首頁 包括了APP的大部分功能，如圖4所示。農(nóng)民可通過查看農(nóng)業(yè)資訊、病蟲情報、熱門問題來了解農(nóng)業(yè)新聞、植保動態(tài)，其中，資訊與問題在查看時均可進行收藏；通過查詢植保知識獲取生產(chǎn)指導(dǎo)信息；還可鏈接到專家問診及快速提問頁面；另外，農(nóng)民使用“自助診斷”，只需要做出4～7步選擇，即可獲得作物病蟲害相關(guān)防治指導(dǎo)方案（圖5）。該功能界面友好，使用簡單，方便快捷。

2.2.2 問診 若通過“自助診斷”沒有查到相關(guān)解決方案，農(nóng)民還可以使用“問診”功能，如圖6（a）所示，包括詢問專家、快速提問、搜索問題、查看、回答問題。詢問專家時須指定要回答問題的專家，如圖6（b）；快速提問的問題則可由值班專家或其他普通用戶作答。提問時需填寫問題標(biāo)題、問題內(nèi)容、選擇或拍攝癥狀圖片、作物、領(lǐng)域等內(nèi)容，而定位信息可根據(jù)病蟲害發(fā)生地點進行變更。查看問題詳細頁面時可對問題進行收藏，以便將來遇到相似問題時作為參考。

2.2.3 發(fā)現(xiàn) 該頁面包括“附近”與“掃一掃”兩個功能?！案浇惫δ芸梢曰诘貓D對當(dāng)前定位附近感興趣的地點進行搜索；“掃一掃”功能可掃描二維碼。這兩個功能可幫助農(nóng)民查找附近的農(nóng)資店、獲取農(nóng)資信息等，是較方便的兩個小工具。

2.2.4 我的 該頁面包括修改個人信息和密碼、查看“我”提問的問題、修改“我”回答問題的答案、查看收藏的資訊或問題，也可對資訊或問題取消收藏。

3 病蟲害數(shù)據(jù)模型設(shè)計

3.1 病蟲害數(shù)據(jù)庫設(shè)計

病蟲害數(shù)據(jù)庫設(shè)計如圖7所示。為了便于保存與及時更新，病蟲害詳細信息均以網(wǎng)頁形式存儲于服務(wù)器，在數(shù)據(jù)庫中只保存相應(yīng)網(wǎng)頁路徑。另外，不同于作物與病害的一對多關(guān)系，作物與蟲害為多對多關(guān)系，因此，建立了蟲害作物對應(yīng)表。

3.2 病蟲害自助診斷規(guī)則設(shè)計

由于病害與蟲害診斷原理、依據(jù)均不同，因此，需要分別設(shè)計自助診斷規(guī)則。

3.2.1 病害自助診斷規(guī)則設(shè)計 病害自助診斷以發(fā)病作物的部位、癥狀作為診斷規(guī)則，通過逐步選擇癥狀推理出作物所得病害并鏈接到相關(guān)病害防治信息網(wǎng)頁。病害診斷流程如圖8左半部分所示。診斷規(guī)則以樹形結(jié)構(gòu)存儲于數(shù)據(jù)庫中，以番茄病害為例，如圖8右半部分所示。

3.2.2 蟲害自助診斷規(guī)則設(shè)計 蟲害自助診斷以害蟲的形態(tài)及特征作為診斷規(guī)則，逐步判斷出害蟲種類并鏈接到相應(yīng)蟲害治理信息網(wǎng)頁。蟲害診斷流程如圖9所示。每條診斷規(guī)則各自獨立，單獨存儲于數(shù)據(jù)庫中。

4 小結(jié)

本文設(shè)計的結(jié)合作物病蟲害自助診斷與專家遠程問答兩種方式的植物醫(yī)生服務(wù)平臺，既克服了專家系統(tǒng)病蟲害信息更新慢的缺點，又解決了遠程交互方式專家不足的問題。以Android智能手機作為載體，方便在農(nóng)民中推廣應(yīng)用。該平臺在實際應(yīng)用過程中對當(dāng)?shù)剞r(nóng)民科學(xué)、合理、有效地防治病蟲害產(chǎn)生了積極的推動作用。隨著平臺的使用及改進，將不斷擴充病蟲害數(shù)據(jù)庫、診斷規(guī)則庫，以進一步擴大平臺的服務(wù)范圍。

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