姚玉霞　張蕓　隋慶茹　劉曉燕　韓智慧

摘要：本文利用網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（Web GIS）技術(shù)和可視化空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，結(jié)合不確定性推理、多媒體技術(shù)，針對(duì)吉林省玉米病蟲害草發(fā)生的情況，充分考慮引起吉林玉米病害、蟲害、草害發(fā)生的原因及不確定性的因素，將可視化、專家知識(shí)、農(nóng)民經(jīng)驗(yàn)、地理信息系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，研究玉米病蟲草害診治智能專家系統(tǒng)進(jìn)行推廣，在吉林省部分地區(qū)的應(yīng)用中取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：Web GIS 玉米病蟲草害；專家系統(tǒng)

項(xiàng)目來(lái)源：吉林省教育廳“十二五”規(guī)劃“吉林省玉米生產(chǎn)管理智能決策系統(tǒng)推廣應(yīng)用的研究”；長(zhǎng)春科技學(xué)院“以IT認(rèn)證為載體提升計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)生實(shí)踐能力的研究”

中圖分類號(hào)： S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2014.19.0012

吉林省玉米的病蟲草害高達(dá)80多種，每年都因?yàn)椴∠x害草造成巨大玉米的減產(chǎn)損失，研究“基于Web GIS的吉林省玉米病蟲草害智能專家系統(tǒng)”能對(duì)玉米病蟲草害進(jìn)行準(zhǔn)確診斷，通過(guò)有效防治玉米病蟲草害來(lái)提高玉米的產(chǎn)量與質(zhì)量。最重要的手段之是一計(jì)算機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，通過(guò)計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)，結(jié)合收集整理相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)、利用知識(shí)表示及推理策略、應(yīng)用模型和專家經(jīng)驗(yàn)為使用者提供生產(chǎn)指導(dǎo)。該系統(tǒng)不僅美觀易用，還滿足了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的實(shí)際需求，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

1 Web GIS的在系統(tǒng)研制中的應(yīng)用

Web GIS是建立在Web技術(shù)上的一種特殊環(huán)境下的地理信息系統(tǒng)，將萬(wàn)維網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（Web GIS）應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，解決現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際問(wèn)題。其主要特點(diǎn)是基于Intranet標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)來(lái)源豐富，可分布存儲(chǔ)、分布式服務(wù)體系結(jié)構(gòu)、發(fā)布速度快，范圍廣、維護(hù)方便、用戶界面友好、系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)投資少，安全性和協(xié)同性強(qiáng)。

2玉米病蟲草害專家系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，在玉米生產(chǎn)中應(yīng)用的專家系統(tǒng)種類很多，已有許多課題也在研究相關(guān)的專家系統(tǒng)，但是，對(duì)于玉米病蟲草害的防治大多是建立在糧食生產(chǎn)管理系統(tǒng)中所包含的一部分關(guān)于病蟲害的防治，或者有專門的系統(tǒng)也都是單機(jī)版的較多，內(nèi)容不全面，應(yīng)用很有一定局限性?；赪eb GIS的吉林省玉米病蟲草害防治專家系統(tǒng)，是將因特網(wǎng)和GIS技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于玉米病蟲草害防治。系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、信息查詢、專題分析、診治決策、后期預(yù)測(cè)等功能。以Web GIS為基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)架技術(shù)和編程語(yǔ)言為手段，提出了基于Web GIS的玉米病蟲草害系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)思路來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)建；建立分析和管理的動(dòng)態(tài)知識(shí)模型和網(wǎng)絡(luò)化玉米病蟲草害診治專家決策系統(tǒng)，已經(jīng)在吉林部分玉米種植區(qū)推廣應(yīng)用。

3 玉米病蟲草害數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

3.1 研究數(shù)據(jù)來(lái)源

課題研究數(shù)據(jù)的主要來(lái)源是基于領(lǐng)域?qū)＜?、專業(yè)書籍、網(wǎng)絡(luò)資源、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、農(nóng)民經(jīng)驗(yàn)等。方法是咨詢?cè)擃I(lǐng)域?qū)＜?，專家大多是吉林大學(xué)農(nóng)學(xué)院、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院、吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保所、榆樹市科技局，農(nóng)安、雙陽(yáng)、德惠、四平等地區(qū)的農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站和玉米專家，從他們那里得到相關(guān)數(shù)據(jù)資料。收集吉林省農(nóng)委多年的測(cè)試數(shù)據(jù)，查閱本領(lǐng)域?qū)Ｖ滩募翱葡嚓P(guān)論文等科技文獻(xiàn)資料，進(jìn)行整理、歸納后抽提相關(guān)知識(shí)。結(jié)合課題組積累的試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)，根據(jù)玉米病蟲草害與產(chǎn)量關(guān)系的試驗(yàn)，吸收示范區(qū)農(nóng)技人員和農(nóng)民的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)充知識(shí)來(lái)源、圖片數(shù)據(jù)來(lái)源于吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)教研室、榆樹市科技局和吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保所。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容構(gòu)建

農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量農(nóng)業(yè)專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能等技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘、依據(jù)領(lǐng)域知識(shí)和農(nóng)業(yè)專家提供的特殊經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行推理判斷，模擬農(nóng)業(yè)專家某一復(fù)雜農(nóng)業(yè)問(wèn)題進(jìn)行決策，及時(shí)解決農(nóng)業(yè)專家不在現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)是現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要組成部分之一，系統(tǒng)的研制與應(yīng)用是農(nóng)業(yè)信息化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和農(nóng)業(yè)科技上水平的新途徑。數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、病蟲草害圖像數(shù)據(jù)庫(kù)等。玉米病蟲草害標(biāo)準(zhǔn)圖像實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)，主要包括信息豐富的玉米蟲害、病害、雜草的典型形態(tài)特征。其中，玉米病蟲草害的數(shù)據(jù)來(lái)源是收集整理玉米各時(shí)期的蟲害、病害、草害等數(shù)據(jù)共計(jì)5316條，各類照片394張。數(shù)據(jù)庫(kù)是用于記錄當(dāng)前問(wèn)題的求解狀態(tài)，存儲(chǔ)除了知識(shí)庫(kù)以外其他方面的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容是不斷變化的。

3.3 專家系統(tǒng)的應(yīng)用

所研制的“基于WebGIS的吉林省玉米病蟲草害診治專家系統(tǒng)”共分為前臺(tái)管理系統(tǒng)和后臺(tái)管理系統(tǒng)兩大主模塊。在前臺(tái)管理系統(tǒng)包括三個(gè)模塊：用戶注冊(cè)/登錄、GIS系統(tǒng)和病蟲草害查詢和診斷系統(tǒng)；在后臺(tái)管理系統(tǒng)中，主要包含了用戶信息管理和信息錄入兩個(gè)子模塊。系統(tǒng)界面友好，將文字與圖片相結(jié)合，使用簡(jiǎn)單方便，為用戶提供直觀的數(shù)據(jù)選擇的方式；不需要用戶安裝太多的軟件或者插件，系統(tǒng)可靠性好，便于維護(hù)，易于移植、易于推廣。對(duì)用戶信息和知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)在后臺(tái)管理模塊實(shí)現(xiàn)維護(hù)的功能，可以對(duì)數(shù)據(jù)修改、添加、刪除，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、采集、統(tǒng)計(jì)分析各種空間數(shù)據(jù)。通過(guò)推理機(jī)對(duì)玉米病蟲草害的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析模擬，得出防治方法。本系統(tǒng)將GIS與ES相結(jié)合，將專家系統(tǒng)決策功能納入地理信息系統(tǒng)，利用地理信息系統(tǒng)得出的結(jié)果，提高了專家系統(tǒng)決策的科學(xué)性。

系統(tǒng)軟件運(yùn)行環(huán)境是WINDOWS98及以上操作系統(tǒng)，硬件運(yùn)行環(huán)境是20G以上硬盤、CPU賽揚(yáng)300以上，64M以上內(nèi)存。單擊光盤中setup.exe進(jìn)行自動(dòng)安裝，安裝后即可使用。出現(xiàn)如下界面：

一是進(jìn)入前臺(tái)管理系統(tǒng)的主界面圖1，進(jìn)行病蟲草害查詢。

二是后臺(tái)管理系統(tǒng)。管理員通過(guò)后臺(tái)管理系統(tǒng)可以對(duì)用戶進(jìn)行管理，可以對(duì)用戶進(jìn)行查看、修改、添加/刪除用戶等，可以直接對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的病、蟲、草害等數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、增加、刪除等操作和維護(hù)。管理員登錄系統(tǒng)流程圖4所示，在管理員用戶名和密碼的文本框內(nèi)分別屬用戶名和密碼，并輸入隨機(jī)產(chǎn)生的驗(yàn)證碼，點(diǎn)擊登陸就可以進(jìn)入后臺(tái)。

三是查詢與診治方法，以病害查詢?yōu)槔?/p>

病害查詢其方法步驟為在登錄主界面以后，在主界面中間部分的下拉菜單中直接選擇“病害”，點(diǎn)擊按鈕“查詢”，彈出“病害查詢” 界面，在彈出的“病害查詢”界面中選擇發(fā)病時(shí)期中“生長(zhǎng)期”，在“請(qǐng)選擇發(fā)病部位”的復(fù)選框中選擇“葉部”，在“發(fā)病癥狀”文本框內(nèi)輸入玉米發(fā)病時(shí)的癥狀信息，輸入完以后再點(diǎn)擊“查詢” 按鈕，在頁(yè)面的右邊就會(huì)顯示出“病害名稱”，同時(shí)，在圖片框中顯示小斑病的圖像，在防治方法的文本框中，描述了小斑病防治的方法。

蟲害查詢：以玉米螟查詢?yōu)槔M(jìn)行方法步驟的說(shuō)明。在主界面中的下拉菜單中直接選擇“蟲害”，點(diǎn)擊“查詢”按鈕，彈出“蟲害查詢” 界面，在“請(qǐng)選擇發(fā)病時(shí)期”的復(fù)選框中選擇“生長(zhǎng)期”，選擇“幼蟲”，在“發(fā)病癥狀”框中輸入“幼蟲危害幼葉，點(diǎn)擊下方的“查詢” 按鈕，就會(huì)顯示出“蟲害名稱”及圖片框中出現(xiàn)玉米螟的圖像，在防治方法的文本框中，分別描述了玉米螟防治的方法。

草害查詢：在主界面下拉菜單中選擇“雜草”，點(diǎn)擊按鈕“查詢”，彈出“雜草查詢” 界面，在“根系種類”中選擇“直根系”，在“發(fā)病癥狀”框中輸入“稈直立，基部?jī)A斜或膝曲，光滑無(wú)毛”，再單擊下方的“查詢” 按鈕，在右邊就會(huì)顯示出“雜草名稱”，然后在圖片框中出現(xiàn)稗草的圖像，在防治方法的文本框中，描述了稗草防治的方法。除此以外，還可以采取在主界面的下方有數(shù)據(jù)信息查詢，在信息查詢中分別列出了玉米的病害、蟲害和草害主要的信息。點(diǎn)擊所要查詢的名稱，可以直接鏈接到各自相關(guān)的知識(shí)表。這里就不一一說(shuō)明。

近年來(lái)隨著課題研究的進(jìn)一步深入，該系統(tǒng)作為省教育廳“十二五”科研課題“吉林省玉米生產(chǎn)管理智能決策系統(tǒng)推廣應(yīng)用的研究”的一部分，使得傳統(tǒng)的GIS有了新的發(fā)展空間，使是所研究的系統(tǒng)得到了進(jìn)一步的應(yīng)用，在應(yīng)用的過(guò)程中，積累了大量的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，獲取相應(yīng)的知識(shí)，為了更好的對(duì)玉米的進(jìn)行管理、分析和決策，研制了“基于WebGIS的玉米智能決策系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)面向農(nóng)民用戶的玉米病蟲害防治專家系統(tǒng)，應(yīng)用效果良好，提高了糧食產(chǎn)量。

參考文獻(xiàn)

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[5]彭瑩瓊，等.B/S模式的水稻病蟲害診斷專家系統(tǒng)研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，（6）：1157-1160.

[6]古樂(lè)聲，張寶劍，等.基于CBR的小麥病蟲害專家系統(tǒng)的研究與實(shí)踐[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，（8）：253-255.

作者簡(jiǎn)介：姚玉霞，長(zhǎng)春科技學(xué)院，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：計(jì)算機(jī)與應(yīng)用。

三是查詢與診治方法，以病害查詢?yōu)槔?/p>

病害查詢其方法步驟為在登錄主界面以后，在主界面中間部分的下拉菜單中直接選擇“病害”，點(diǎn)擊按鈕“查詢”，彈出“病害查詢” 界面，在彈出的“病害查詢”界面中選擇發(fā)病時(shí)期中“生長(zhǎng)期”，在“請(qǐng)選擇發(fā)病部位”的復(fù)選框中選擇“葉部”，在“發(fā)病癥狀”文本框內(nèi)輸入玉米發(fā)病時(shí)的癥狀信息，輸入完以后再點(diǎn)擊“查詢” 按鈕，在頁(yè)面的右邊就會(huì)顯示出“病害名稱”，同時(shí)，在圖片框中顯示小斑病的圖像，在防治方法的文本框中，描述了小斑病防治的方法。

蟲害查詢：以玉米螟查詢?yōu)槔M(jìn)行方法步驟的說(shuō)明。在主界面中的下拉菜單中直接選擇“蟲害”，點(diǎn)擊“查詢”按鈕，彈出“蟲害查詢” 界面，在“請(qǐng)選擇發(fā)病時(shí)期”的復(fù)選框中選擇“生長(zhǎng)期”，選擇“幼蟲”，在“發(fā)病癥狀”框中輸入“幼蟲危害幼葉，點(diǎn)擊下方的“查詢” 按鈕，就會(huì)顯示出“蟲害名稱”及圖片框中出現(xiàn)玉米螟的圖像，在防治方法的文本框中，分別描述了玉米螟防治的方法。

草害查詢：在主界面下拉菜單中選擇“雜草”，點(diǎn)擊按鈕“查詢”，彈出“雜草查詢” 界面，在“根系種類”中選擇“直根系”，在“發(fā)病癥狀”框中輸入“稈直立，基部?jī)A斜或膝曲，光滑無(wú)毛”，再單擊下方的“查詢” 按鈕，在右邊就會(huì)顯示出“雜草名稱”，然后在圖片框中出現(xiàn)稗草的圖像，在防治方法的文本框中，描述了稗草防治的方法。除此以外，還可以采取在主界面的下方有數(shù)據(jù)信息查詢，在信息查詢中分別列出了玉米的病害、蟲害和草害主要的信息。點(diǎn)擊所要查詢的名稱，可以直接鏈接到各自相關(guān)的知識(shí)表。這里就不一一說(shuō)明。

近年來(lái)隨著課題研究的進(jìn)一步深入，該系統(tǒng)作為省教育廳“十二五”科研課題“吉林省玉米生產(chǎn)管理智能決策系統(tǒng)推廣應(yīng)用的研究”的一部分，使得傳統(tǒng)的GIS有了新的發(fā)展空間，使是所研究的系統(tǒng)得到了進(jìn)一步的應(yīng)用，在應(yīng)用的過(guò)程中，積累了大量的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，獲取相應(yīng)的知識(shí)，為了更好的對(duì)玉米的進(jìn)行管理、分析和決策，研制了“基于WebGIS的玉米智能決策系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)面向農(nóng)民用戶的玉米病蟲害防治專家系統(tǒng)，應(yīng)用效果良好，提高了糧食產(chǎn)量。

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[6]古樂(lè)聲，張寶劍，等.基于CBR的小麥病蟲害專家系統(tǒng)的研究與實(shí)踐[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，（8）：253-255.

作者簡(jiǎn)介：姚玉霞，長(zhǎng)春科技學(xué)院，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：計(jì)算機(jī)與應(yīng)用。

三是查詢與診治方法，以病害查詢?yōu)槔?/p>

病害查詢其方法步驟為在登錄主界面以后，在主界面中間部分的下拉菜單中直接選擇“病害”，點(diǎn)擊按鈕“查詢”，彈出“病害查詢” 界面，在彈出的“病害查詢”界面中選擇發(fā)病時(shí)期中“生長(zhǎng)期”，在“請(qǐng)選擇發(fā)病部位”的復(fù)選框中選擇“葉部”，在“發(fā)病癥狀”文本框內(nèi)輸入玉米發(fā)病時(shí)的癥狀信息，輸入完以后再點(diǎn)擊“查詢” 按鈕，在頁(yè)面的右邊就會(huì)顯示出“病害名稱”，同時(shí)，在圖片框中顯示小斑病的圖像，在防治方法的文本框中，描述了小斑病防治的方法。

蟲害查詢：以玉米螟查詢?yōu)槔M(jìn)行方法步驟的說(shuō)明。在主界面中的下拉菜單中直接選擇“蟲害”，點(diǎn)擊“查詢”按鈕，彈出“蟲害查詢” 界面，在“請(qǐng)選擇發(fā)病時(shí)期”的復(fù)選框中選擇“生長(zhǎng)期”，選擇“幼蟲”，在“發(fā)病癥狀”框中輸入“幼蟲危害幼葉，點(diǎn)擊下方的“查詢” 按鈕，就會(huì)顯示出“蟲害名稱”及圖片框中出現(xiàn)玉米螟的圖像，在防治方法的文本框中，分別描述了玉米螟防治的方法。

草害查詢：在主界面下拉菜單中選擇“雜草”，點(diǎn)擊按鈕“查詢”，彈出“雜草查詢” 界面，在“根系種類”中選擇“直根系”，在“發(fā)病癥狀”框中輸入“稈直立，基部?jī)A斜或膝曲，光滑無(wú)毛”，再單擊下方的“查詢” 按鈕，在右邊就會(huì)顯示出“雜草名稱”，然后在圖片框中出現(xiàn)稗草的圖像，在防治方法的文本框中，描述了稗草防治的方法。除此以外，還可以采取在主界面的下方有數(shù)據(jù)信息查詢，在信息查詢中分別列出了玉米的病害、蟲害和草害主要的信息。點(diǎn)擊所要查詢的名稱，可以直接鏈接到各自相關(guān)的知識(shí)表。這里就不一一說(shuō)明。

近年來(lái)隨著課題研究的進(jìn)一步深入，該系統(tǒng)作為省教育廳“十二五”科研課題“吉林省玉米生產(chǎn)管理智能決策系統(tǒng)推廣應(yīng)用的研究”的一部分，使得傳統(tǒng)的GIS有了新的發(fā)展空間，使是所研究的系統(tǒng)得到了進(jìn)一步的應(yīng)用，在應(yīng)用的過(guò)程中，積累了大量的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，獲取相應(yīng)的知識(shí)，為了更好的對(duì)玉米的進(jìn)行管理、分析和決策，研制了“基于WebGIS的玉米智能決策系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)面向農(nóng)民用戶的玉米病蟲害防治專家系統(tǒng)，應(yīng)用效果良好，提高了糧食產(chǎn)量。

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作者簡(jiǎn)介：姚玉霞，長(zhǎng)春科技學(xué)院，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：計(jì)算機(jī)與應(yīng)用。