農(nóng)業(yè)高清影像數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)踐意義探尋

鄭妍妍　董擎輝　龍江雨　趙璞　關(guān)憲任　王紅蕾

一、農(nóng)業(yè)高清影像數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建方法

為了便于農(nóng)業(yè)高清影像的管理和存儲(chǔ)，可依托相關(guān)的信息技術(shù)，構(gòu)建農(nóng)業(yè)高清影像數(shù)據(jù)庫(kù)，具體的構(gòu)建方法如下：

1、數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)

數(shù)據(jù)庫(kù)是一種能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理和存儲(chǔ)的系統(tǒng)，在對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行構(gòu)建的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)以需要管理和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)類(lèi)型作為建庫(kù)依據(jù)，同時(shí)，為確保構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，必須對(duì)其架構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。本文所構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)主要是對(duì)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的高清影像進(jìn)行管理和存儲(chǔ)，通過(guò)對(duì)當(dāng)前較為流行的數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)進(jìn)行研究后，決定采用B/S架構(gòu)體系。這是一種實(shí)用性較高的系統(tǒng)架構(gòu)，其中的B代表瀏覽器，S代表服務(wù)器，瀏覽器能夠通過(guò)Web Server與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。B/S架構(gòu)分為三層，即瀏覽器、Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，該架構(gòu)的工作原理為瀏覽器請(qǐng)求、服務(wù)器響應(yīng)，其最為突出的特點(diǎn)在于成本低、便于維護(hù)、分布性強(qiáng)、易于開(kāi)發(fā)，無(wú)需安裝專(zhuān)用軟件。

2、邏輯與物理設(shè)計(jì)

（1）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。邏輯設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建的重要前提，其所反映的是數(shù)據(jù)庫(kù)的業(yè)務(wù)邏輯。本文主要是對(duì)農(nóng)業(yè)高清影像數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行構(gòu)建，需要反映的業(yè)務(wù)邏輯都是與農(nóng)業(yè)高清影像有關(guān)的數(shù)據(jù)信息。在邏輯設(shè)計(jì)中，將整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)按照不同的農(nóng)作物進(jìn)行分類(lèi)，將有保存價(jià)值的歷史影像、農(nóng)作物生產(chǎn)全過(guò)程的高清影像和無(wú)人機(jī)影像均按分類(lèi)進(jìn)行存儲(chǔ)，并建立索引數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高清影像的有效檢索應(yīng)用。邏輯設(shè)計(jì)關(guān)系到數(shù)據(jù)庫(kù)的整體性能，因此，可在具體設(shè)計(jì)中引入規(guī)范化理論及相關(guān)方法，從而為農(nóng)業(yè)高清影像數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和工具，這樣除了能夠減少數(shù)據(jù)冗余之外，還能使數(shù)據(jù)的增添、刪除、修改速度大幅度加快。

（2）物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通常情況下，在數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建中，可以將邏輯設(shè)計(jì)作為物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，實(shí)施存儲(chǔ)和存取方式。數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)對(duì)硬件系統(tǒng)的依賴程度比較高，為此，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的存取方法加以充分了解，在此基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)的存取路徑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)數(shù)據(jù)的存放位置進(jìn)行合理確定。

（3）數(shù)據(jù)備份。由于數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的農(nóng)業(yè)高清影像數(shù)據(jù)資料都比較重要，為避免數(shù)據(jù)丟失，應(yīng)當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份的過(guò)程中，主要包括備份方式及內(nèi)容的設(shè)定，存儲(chǔ)與備份空間的規(guī)劃等。為提高備份速率，可將服務(wù)器本地存儲(chǔ)作為數(shù)據(jù)備份的一級(jí)存儲(chǔ)，并采用全備份與增量備份相結(jié)合的方法。所有農(nóng)業(yè)影像數(shù)據(jù)的日常備份均由備份系統(tǒng)自動(dòng)完成，為使數(shù)據(jù)安全得到有效保障，采用備份復(fù)制，一份為在線保管，另外一份為離線保管。

二、農(nóng)業(yè)高清影像數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)踐意義

1、滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理需求

在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理領(lǐng)域，建設(shè)農(nóng)業(yè)高清影像數(shù)據(jù)庫(kù)可滿足實(shí)時(shí)獲取農(nóng)情信息的需求，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)以人工采集數(shù)據(jù)的獲取方式，使高清影像數(shù)據(jù)信息為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供服務(wù)。農(nóng)業(yè)高清影像數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)著大量的作物種類(lèi)、生長(zhǎng)期、栽培管理、病蟲(chóng)害等相關(guān)影像信息，生成了糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、蔬菜的視頻素材庫(kù)，并且素材庫(kù)中的影像信息實(shí)時(shí)更新。使用者只需在數(shù)據(jù)庫(kù)中輸入關(guān)鍵詞，就能夠快速便捷地查詢到各類(lèi)作物的攝制地區(qū)、攝制時(shí)間，掌握作物的生長(zhǎng)情況，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化管理的需求。

2、實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控

在農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中，可對(duì)高清影像數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的影像進(jìn)行動(dòng)態(tài)圖像處理，快速識(shí)別出農(nóng)作物生長(zhǎng)中是否存在著大量雜草，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)，然后根據(jù)雜草的實(shí)際情況制定農(nóng)藥噴灑和施肥方案，使其達(dá)到農(nóng)業(yè)大面積高效作業(yè)的要求。在高清影像數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用中，需要在無(wú)人駕駛飛機(jī)上安裝高清攝像機(jī)，對(duì)作業(yè)面進(jìn)行拍攝，形成高清影像資料，之后將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中，借助動(dòng)態(tài)圖像處理系統(tǒng)對(duì)高清影像進(jìn)行處理，生成有關(guān)農(nóng)作物生長(zhǎng)的相關(guān)影像信息，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生長(zhǎng)期間的信息化監(jiān)控和管理。

3、提高農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治效果

在農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治中，可合理利用農(nóng)業(yè)高清影像數(shù)據(jù)庫(kù)輔助防治工作的開(kāi)展。在高清影像數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)實(shí)時(shí)檢索農(nóng)作物的影像資料，并借助圖像處理技術(shù)對(duì)影像資料中的圖像特征進(jìn)行提取，以及運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、支持向量機(jī)法、模糊聚類(lèi)法等多種分類(lèi)方法對(duì)圖像特征進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別，能夠快速識(shí)別出圖像中病蟲(chóng)害的種類(lèi)，預(yù)測(cè)病蟲(chóng)害的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而為農(nóng)民及時(shí)采取病蟲(chóng)害防治措施提供依據(jù)，將病蟲(chóng)害消滅在初期階段。

4、提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)分級(jí)效率

在農(nóng)業(yè)高清影像數(shù)據(jù)庫(kù)中可實(shí)時(shí)存儲(chǔ)農(nóng)產(chǎn)品的影像信息，并借助計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的形態(tài)、顏色、缺陷等方面進(jìn)行快速檢測(cè)，為精準(zhǔn)分級(jí)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)提供技術(shù)支撐。如，在水果的品質(zhì)分級(jí)中，傳統(tǒng)的分級(jí)方法為人工分級(jí)，耗費(fèi)了大量的人力，且分級(jí)效率和準(zhǔn)確性偏低。而構(gòu)建快速檢測(cè)系統(tǒng)，并應(yīng)用高清影像數(shù)據(jù)庫(kù)中的影像圖片進(jìn)行品質(zhì)分級(jí)，就可在圖像采集后快速進(jìn)行圖像處理，按照系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的果形、色澤、缺陷部位輪廓等方面的品質(zhì)等級(jí)參數(shù)，自動(dòng)判斷出品質(zhì)，并在水果輸送系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)輸出的品質(zhì)分級(jí)信息，準(zhǔn)確劃分品級(jí)，進(jìn)而提高水果自動(dòng)化分級(jí)效率。

綜上所述，我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)形成大量的高清影像資料，這些資料具有重要的利用價(jià)值。為使農(nóng)業(yè)高清影像能夠妥善保存，本文構(gòu)建了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，通過(guò)該數(shù)據(jù)庫(kù)可以對(duì)農(nóng)業(yè)高清影像進(jìn)行管理和存儲(chǔ)，并根據(jù)用戶需求進(jìn)行調(diào)取。由于數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)都是一些珍貴的農(nóng)業(yè)影像，為避免數(shù)據(jù)丟失造成不必要的損失，在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)做好備份工作。

（作者單位： 150086黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)遙感與信息研究所）