关于病虫害控治系统的设计研究

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1系统的设计与实现

1.1框架设计

系统基于Web形式开发，采用MVC(Model-View-Controller)设计模式，即模型-视图-控制器设计模式。MVC模式是Web开发的主要设计模式，它强制性地把应用程序分为模型、视图、控制器三部分。视图是与用户交互的界面，将用户的请求传给控制器并接受数据更新请求；控制器是视图和模型之间沟通的桥梁，是MVC设计模式中的核心部分；模型的作用主要是与数据库交互。这种设计模式不仅实现了视图、控制器与模型的彻底分离，而且还实现了业务逻辑层与数据持久层的分离。这样无论前端如何变化，模型层无需做太多改动，并且数据库的变化对前端影响不大，这样大大提高了系统的可用性。从逻辑上，采用3层次应用体系结构：表示层(用户界面)、业务逻辑层(病虫害诊断、知识查询等)、数据层(病虫害知识库、用户信息等)。知识查询，主要是指对信息库中病虫害的特征、危害、病因、防治措施等信息的相关查询。病虫害诊断模块包括：根据病虫害症状诊断和根据害虫形态诊断两种方法。信息维护包括对诊断特征、诊断图像、病虫害知识库的维护。本系统存在两类用户：普通用户和专业用户。普通用户指未进行注册的林农等用户，只能够对系统进行一些查询、浏览等非修改性操作；专业用户为已进行用户注册并通过审核的林场或桉树公司的专业人员，拥有本系统所有功能的操作权限。其中用户信息用来记录专业用户的相关信息。

1.2数据库设计

本系统所涉及的主要数据为病虫害诊断特征数据、病虫害信息数据(包括病因、危害、防治措施等)、用户信息数据等。系统的数据库设计包括特征库设计、病虫害信息库设计、用户信息库设计、诊断特征与病虫害信息关联库设计等。诊断特征数据库与病虫害信息数据库及其之间关联库的设计是整个数据库系统设计的关键，尤其是诊断特征库以及它与病虫害信息库的关联设计，直接影响到病虫害诊断的速度与准确精度，从而影响系统的运行效率。为提高系统的诊断效率及诊断结果的准确度，在诊断特征库设计时，对桉树病虫害发病症状、害虫形态症状等的诊断特征提供了相应的图像库，并对其进行单独设计，特征库主要存放文字特征及其图像关联信息。考虑到对数据库进行二进制文件操作耗时，影响诊断的效率，将特征图像文件保存到服务器指定目录下，在特征图片库中仅保存图像的相关描述信息及保存路径。在病虫害信息数据库设计时，将病虫害信息与防治技术高度集成，既简化了数据库的结构、减少了数据冗余，又最大化地提高了系统的运行效率。用户信息库用于存放系统用户的基本信息及其对系统的操作权限等。

1.3功能模块的设计

本系统主要功能模块为：病虫害信息浏览查询模块、病虫害诊断模块和病虫害信息维护模块。针对桉树病虫害测报人员专业素质不高，而病虫害种类多、发病症状各异这一问题，系统将病虫害诊断细分为病虫害症状诊断和害虫形态诊断两个模块。病虫害信息主要包括病因、防治方法、主要危害、症状表现等。为了提高系统操作的简便性和运行效率，在病虫害信息浏览查询模块，以多种形式给出可供用户选择的关键信息，尽量减少用户的输入查询。在查询结果列表中，可以继续查看详细的病虫害信息，比如名称、病因、主要危害、症状表现、防治方法等。通过本模块的流程图可以很清晰地看出本系统使用方便、操作简单的优点。病虫害症状诊断模块将病虫害症状按照桉树发病部位，将其分为根部症状、干枝症状、叶部症状和综合症状四类。

为了提高诊断效率，该模块用列表的形式为用户提供统一规范的诊断特征选项，同时选用图文结合的方式对其进行描述。这种图文并茂的形式既提高了系统的美观性，又提高了病虫害诊断结果的准确性。害虫形态诊断模块，本系统按照昆虫的四个发育阶段，将其形态分为卵、幼虫、蛹、成虫四个阶段。同样采用列表的形式为用户提供统一规范的诊断特征选项，诊断流程与病虫害症状诊断模块基本相同，只是调用的诊断模型与病虫害症状模块不同。为保证用户可以获取最新、最全的桉树病虫害信息，本系统提供病虫害信息维护模块。通过该模块可以实现对原有病虫害特征信息的编辑，对新增病虫害信息的添加等，为病虫害信息库的及时更新提供简便性。为防止专业水平不够的人员进行误操作，破坏系统数据库的原有结构，降低系统诊断的效率和准确性，系统对该模块进行了权限设置，只有通过资格审核的人员才具有该模块的操作权限。

2系统实现

2.1系统的实现技术

系统以SunJDK7.0、MyEclipse8.6为开发环境，采用SSH框架、JSP、CSS、Ajax等技术，结合SQLServer数据库技术实现，部署运行在具有tomcat6.0环境支持的服务器上。病虫害诊断由模糊匹配技术实现，通过对用户选择特征与病虫害信息库诊断特征的匹配，筛选出具有该匹配特征的病虫害，并将其匹配结果反馈给用户。这里模糊匹配的实现，需要一个好的数据库结构设计为前提。

2.2系统的功能介绍

2.2.1病虫害浏览查询

本模块主要为用户提供浏览、查询功能。浏览功能保证用户可以通过选择桉树发病部位来查看发生在该部位的所有病虫害信息。为了方便用户更快速地浏览到所需要的信息，本系统又分别提供了各部位的病害类查询和虫害类查询。查询将给出病虫害的名称、症状表现等概要信息，同时点击病虫害名称可以查看某一病虫害的发病原因、主要危害、防治措施等详细信息。查询功能，用户可以通过输入关键词，对病虫害进行模糊查询，查询结果的表现形式与浏览功能结果的表现形式基本相同。

2.2.2病虫害症状诊断

该模块将诊断症状分为根部、干枝部、叶部、综合四类，当用户选择了症状中的某一条症状描述时，在其文字描述右侧会显示出相应的图片描述，用户可以根据桉树发病部位的实际情况，再参照图片描述，确定是否选用该症状描述。确定选用症状后，用户可以通过“添加”按钮或是双击该症状实现诊断症状的添加，同时还可以通过“移除”功能将误添加的一些诊断特征移除。添加诊断特征完毕后开始诊断，本系统将根据所选特征对病虫害信息库进行筛选，最后比较准确地给出符合所选特征的一种或几种结果。

2.2.3害虫形态诊断

害虫形态诊断是专门为桉树虫害诊断设计的子模块，本模块将害虫形态按照其生长周期分为卵、幼虫、蛹、成虫四个阶段的形态。它的设计思路和操作方式与病虫害症状诊断模块相类似，其诊断结果全部为虫害。

2.2.4添加病虫害

该模块是为专业用户设计的，通过本模块用户既可以对病虫害特征信息库中原有的病虫害诊断特征(包括诊断特征图像)进行增、删、改，还可以将信息库中没有的新生病虫害信息录入信息库。由于该模块涉及到数据库的编辑与修改，为防止非专业人员的误操作，影响数据库原有结构而提高维护成本，系统对该模块进行了权限设置。添加新生病虫

2.3系统功能

测试本系统以广西区桉树产业发展为试点对象，数据库病虫害信息以广西区为主，包括病害26种，虫害83种，包含了广西区桉树常见的所有病害及虫害。下面分别以病虫害症状诊断、害虫形态诊断为例，进行功能测试。

选择几个比较明显的症状诊断特征，“主侧根周围韧皮部变成黑褐色，呈水渍状”、“苗茎上呈黄色水溃状病斑，逐渐扩大至整个茎部”、“叶片初期出现淡绿色小斑点，后变红褐呈紫红色多角或不规则病斑”，诊断结果如图9所示，根据诊断结果的症状表现可以进一步确定何种病虫害，点击病虫害名称可查看发病原因、防治措施等详细信息。选择几个比较容易观察的害虫形态，“卵长约0.8mm，白色，长椭圆形”、“幼虫体长0.5~3.5mm，开始为乳白色，老龄幼虫呈黄色，头部呈褐色”、“离蛹，长2.0~3.0mm，宽0.5~1.0mm，乳白色”、“成虫体长2.0~3.5mm，体宽约0.6~1.3mm，头管长1.5~2.0mm”，诊断结果如图10所示，因诊断结果唯一，系统直接给出病虫害的防治措施等详细信息。

3讨论

测试结果表明，病虫害症状诊断、害虫形态诊断都能够比较准确地诊断出病虫害种类，并提供有效的防治措施。本系统已经在广西桉树病虫害防治工作中投入使用，对病虫害的测报与防治工作起到很好的指导作用，验证了系统可靠性和实用性，达到了研发的预期目标。由于前期研发以广西区桉树产业为试点，数据库病虫害信息更偏重于广西区，下一步的工作是完善数据库，对国内已发现的所有病虫害信息录入库，从而将本系统在全国范围内推广使用，提高我国桉树产业的发展水平。

作者：张雪芹于新文马琰张旭单位：中国林业科学研究院资源信息研究所