茶树病虫害远程诊断系统的构建

邓立苗，孙华丽，于仁师(青岛农业大学理学与信息科学学院，山东青岛266109)

我国茶叶种植面积居世界第一，产量居世界第二，品质居世界第三。造成这种状况有多种因素，其中农药的不合理使用是农药残留超标的主要原因［1］。若要解决茶叶中农药残留问题，根本措施是了解当地茶园病虫害发生情况，从而科学使用农药。茶叶病虫害的防治，往往因为诊断上的失误使防治药剂选择不当或失去防治时效，造成病虫害发生严重。提供一种比较准确且操作简单的茶树病害诊断方法，及早对发生的病虫害采取预防措施，是减少病虫害损失的有效方法。

农业专家系统早在20世纪70年代末期就开始应用于植物虫害的诊断研究，目前已广泛应用于玉米［2－3］、棉花［4］、大豆［5］和蔬菜［6－7］等多种作物病虫害诊断中。在茶树病虫害系统方面，陈贤等应用Visual Basic 6.0开发茶树病虫害识别防治信息查询系统，共收入茶树病虫害77种［8］。敬廷桃等［9］利用网络和计算机技术设计开发基于B/S结构的茶树病虫害综合防治信息系统，能实现对茶树病虫害文字和图片信息的浏览、查询、诊断和后台管理等功能。汪辉进［10］根据皖南茶区茶树病虫害的生物学特点，依据人工智能化的相关知识，开展茶树病虫害智能化防治专家系统的研究。但是，目前研究大多侧重于茶树病虫害信息查询和管理方面，并未涉及病虫害信息的采集与实时求助。为便于茶园种植人员对茶树病虫害进行及时求助与诊断，提高作物“植保应急”服务的实效性、快速性及简易性等，笔者将网络技术、GPS和GIS等技术应用于茶树专家病虫害诊断专家系统中，用户可以在田间使用移动设备获取病虫害信息并进行实时求助，进行茶树病虫害远程诊断，实现专家零距离指导茶树病虫害防治过程。

1 系统架构

1.1 系统结构 由图1可知，系统用户可以通过手机或PC机发送病虫害症状信息到服务器，服务器接收到求助信息，通过专家系统或专家在线方式得到诊断结果，然后将结果发送到客户端。同时，根据用户发送的病虫害位置信息及诊断结果生成病虫害分布图，为病虫害预测提供依据。

图1 系统结构

该系统以Eclipse为开发平台，以MySql为数据库开发工具，利用Java技术实现病虫害诊断和信息检索和管理等服务器端程序，其中手机客户端基于Android平台开发。

1.2 系统流程 病虫害远程诊断系统主要由病虫害信息采集、病虫害诊断及诊断结果显示等部分组成。从图2可以看出，用户首先使用手机(或数码相机)拍摄病虫害症状图像，然后将症状信息(图片、GPS信息或文本信息)上传到服务器。常见病虫害可通过专家系统自动诊断，而疑难杂症可通过与专家在线交流进行求助。

2 系统功能

图2 系统流程

系统由病虫害信息采集、病虫害信息查询、病虫害信息管理、病虫害诊断以及专家在线交流等模块组成，结构如图3所示。

图3 系统功能结构

2.1 信息采集 病虫害信息的可分为2类:病虫害症状文字描述和病虫害症状图像。其中，病虫害症状图片能够更直观、更形象地描述病虫害信息，可由手机或者数码相机拍摄得到。为了更详细获取病虫害发生的相关信息，可以通过手机内置的GPS功能进行病虫害位置定位，实时获取病虫害发生位置(经纬度)，基于Android的获取GPS定位信息的界面如图4所示。此功能通过创建位置管理器(Location manager)和位置监听器(Location listener)对象来实现［11］。手机端获取病虫害相关信息后，通过Web Service将病虫害描述信息、症状照片及GPS定位信息发送到服务器。服务器接收到病虫害相关信息后，将信息保存到MySQL数据库中。

图4 GPS定位信息界面

2.2 信息查询 实现茶树常见病虫害症状及防治相关信息浏览和查询，包括病虫害发生部位、症状描述、症状图片、防治措施及建议等，可以让茶农根据症状描述及症状图片对常见病虫害类型进行判断，信息查询有网站和手机客户端2个平台。

手机客户端检信息平台实现常见病虫害信息浏览以及查询，用户可以随时浏览常见病虫害信息。病害信息浏览对病害按照发生的部位(如根、茎、叶)进行分类检索，每一类用层叠结构显示，每类中列出十几种病害的名称和图片供用户浏览，浏览界面如图5所示。若用户对某种病虫害感兴趣，可以点击图片进入该病虫害的信息页面，获取病虫害的相关信息。

图5 病虫害信息浏览界面

为了快速获取病虫害的相关信息，手机客户端可以进行简单的病虫害信息查询，用户输入病虫害名称或主要特征等关键词进行病虫害信息查询，查询界面如图6所示。

图6 病虫害信息查询界面

2.3 病虫害诊断

2.3.1 专家系统自动诊断。由于病害和虫害诊断原理与依据不同，需要对病害和虫害分开诊断。病害诊断主要依据其症状进行诊断，有部位症状和综合症状2类。虫害诊断主要依据害虫的形态特征以及害虫的为害特点，其中形态特征包括卵的特征、幼虫的特征、蛹的特征和成虫的特征，具体包括害虫的体长(区分雄雌)、体色、体型大小和翅型等。用户根据提示选择诊断条件后，推理机根据知识库中的规则给出诊断结果。病虫害诊断专家系统推理机流程如图7所示。推理机根据用户输入或选择症状进行关键字搜索，若匹配成功即进行模糊推理，然后输出结果;若遇到特殊案例，则需要添加新的知识并修改知识库。

图7 推理机流程

2.3.2 专家在线诊断。当遇到疑难案例而专家系统无法做出准确诊断时，可以发送害虫或病害的危害图片及特征图片，跟专家进行互动、视频对话和实时交流意见等，通过QQ群及BBS等在线交流方式进行。

2.4 生成空间分布图 在生成病虫害分布图时，首先从MySQL数据库中读取病虫害信息(包括地理信息)并保存到数组中，然后创建并初始化地图，对每条病虫害信息依据经纬度信息创建标注并添加到GIS地图上，同时创建信息窗口对象用于显示病虫害相关信息，并为标注添加点击事件用于显示信息窗口［12］，生成的病虫害信息空间分布图见图8。当点击某个标注时，可以弹出病虫害的相关描述信息，病虫害分布专题图能够更加直观地显示病虫害发生的相关信息，可为相关部门进行病虫害预测提供依据。

图8 病虫害的空间分布

3 小结

笔者构建的病虫害远程诊断系统可以实现茶树病虫害田间信息实时获取与实时诊断以及病虫害信息查询。该病虫害远程诊断系统易用性、实用性、可移动性强，提高了病虫害诊断的时效性和准确性，较好地满足当今应用需求，特别适合于基层植保人员和茶农使用。该系统在服务器端运行主程序，手机客户端只需安装一个很小的应用程序，对手机终端的要求较低，普通的Android智能手机即可。该系统投入少，使用方便，对满足病虫害诊断与防治需求、减轻病虫害的危害及滥施农药造成环境污染问题以及保证茶叶的质量与产量等都具有积极意义。

［1］罗兰，袁忠林，孟昭礼，等.崂山茶树病害种类调查与生防菌的筛选研究［J］.现代农业科技，2009(3):112－113.

［2］曹婧华，李楠，冉彦中，等.基于网络的玉米病虫害专家系统设计分析［J］.玉米科学，2011，19(4):149 －152.

［3］张伶子，段青玲，李道亮.玉米病虫害诊治本体构建技术研究［J］.农机化研究，2012(1):41 －45.

［4］陈步英，胡利平.棉花病虫害专家系统的构建［J］.农机化研究，2010(11):146－149.

［5］高天琦，金宝石.基于WEB的大豆病虫害专家系统构建［J］.黑龙江八一农垦大学学报，2009，21(5):65－68.

［6］王久兴，刘介丹，陈秀敏.基于.NET的智能蔬菜病虫害诊断与防治专家系统构建［J］.河北科技师范学院学报，2013，27(2):18 －22.

［7］刘任，刘杰，黄建民，等.基于Web的植物病虫害专家系统的设计与应用［J］.天津农业科学，2012，18(3):95－98.

［8］陈贤，牟杰，关文灵，等.茶树病虫害识别防治信息查询系统的开发［J］.农业网络信息，2007(6):21 －22.

［9］敬廷桃，詹火木，姚永红，等.基于B/S模式的茶树病虫害综合防治信息系统研发［J］.农业网络信息，2014(5):44－47.

［10］汪辉进.茶树病虫害智能化防治专家系统研究与应用［J］.安徽农业科学，2011，39(23):14410 －14411.

［11］陈金海.基于Android平台的手机地铁导航系统的设计与实现［D］.昆明:云南大学，2012.

［12］魏海林.基于WebGIS的林木生物质能源林管理信息系统的研究［D］.长沙:中南林业科技大学，2009.