基于Web GIS的吉林省玉米病蟲草害診治專家系統的研究與應用

姚玉霞　張蕓　隋慶茹　劉曉燕　韓智慧

摘要：本文利用網絡地理信息系統（Web GIS）技術和可視化空間數據挖掘技術，結合不確定性推理、多媒體技術，針對吉林省玉米病蟲害草發生的情況，充分考慮引起吉林玉米病害、蟲害、草害發生的原因及不確定性的因素，將可視化、專家知識、農民經驗、地理信息系統的有機結合，研究玉米病蟲草害診治智能專家系統進行推廣，在吉林省部分地區的應用中取得了良好效果。

關鍵詞：Web GIS 玉米病蟲草害；專家系統

項目來源：吉林省教育廳“十二五”規劃“吉林省玉米生產管理智能決策系統推廣應用的研究”；長春科技學院“以IT認證為載體提升計算機專業大學生實踐能力的研究”

中圖分類號： S126 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2014.19.0012

吉林省玉米的病蟲草害高達80多種，每年都因為病蟲害草造成巨大玉米的減產損失，研究“基于Web GIS的吉林省玉米病蟲草害智能專家系統”能對玉米病蟲草害進行準確診斷，通過有效防治玉米病蟲草害來提高玉米的產量與質量。最重要的手段之是一計算機技術在農業領域應用，通過計算機和信息技術，結合收集整理相關領域的知識、利用知識表示及推理策略、應用模型和專家經驗為使用者提供生產指導。該系統不僅美觀易用，還滿足了農業生產服務的實際需求，具有很強的實用性。

1 Web GIS的在系統研制中的應用

Web GIS是建立在Web技術上的一種特殊環境下的地理信息系統，將萬維網地理信息系統（Web GIS）應用于農業，解決現代化農業生產的實際問題。其主要特點是基于Intranet標準，數據來源豐富，可分布存儲、分布式服務體系結構、發布速度快，范圍廣、維護方便、用戶界面友好、系統建設和維護投資少，安全性和協同性強。

2玉米病蟲草害專家系統的應用現狀

目前，在玉米生產中應用的專家系統種類很多，已有許多課題也在研究相關的專家系統，但是，對于玉米病蟲草害的防治大多是建立在糧食生產管理系統中所包含的一部分關于病蟲害的防治，或者有專門的系統也都是單機版的較多，內容不全面，應用很有一定局限性。基于Web GIS的吉林省玉米病蟲草害防治專家系統，是將因特網和GIS技術相結合，應用于玉米病蟲草害防治。系統具有數據采集、信息查詢、專題分析、診治決策、后期預測等功能。以Web GIS為基礎、計算機網絡化構架技術和編程語言為手段，提出了基于Web GIS的玉米病蟲草害系統的設計與開發思路來實現系統的構建；建立分析和管理的動態知識模型和網絡化玉米病蟲草害診治專家決策系統，已經在吉林部分玉米種植區推廣應用。

3 玉米病蟲草害數據庫的構建

3.1 研究數據來源

課題研究數據的主要來源是基于領域專家、專業書籍、網絡資源、實驗數據、農民經驗等。方法是咨詢該領域專家，專家大多是吉林大學農學院、吉林農業大學農學院、吉林省農業科學院植保所、榆樹市科技局，農安、雙陽、德惠、四平等地區的農業技術推廣站和玉米專家，從他們那里得到相關數據資料。收集吉林省農委多年的測試數據，查閱本領域專著，教材及科相關論文等科技文獻資料，進行整理、歸納后抽提相關知識。結合課題組積累的試驗研究數據，根據玉米病蟲草害與產量關系的試驗，吸收示范區農技人員和農民的實踐經驗補充知識來源、圖片數據來源于吉林農業大學植物保護教研室、榆樹市科技局和吉林省農業科學院植保所。

3.2 數據庫的內容構建

農業專家系統是一個具有大量農業專門知識與經驗的計算機系統，它應用人工智能等技術、數據挖掘、依據領域知識和農業專家提供的特殊經驗方法進行推理判斷，模擬農業專家某一復雜農業問題進行決策，及時解決農業專家不在現場的問題。農業專家系統是現代精準農業的重要組成部分之一，系統的研制與應用是農業信息化、農業現代化和農業科技上水平的新途徑。數據庫內容包括生產數據庫、知識數據庫、病蟲草害圖像數據庫等。玉米病蟲草害標準圖像實例數據庫，主要包括信息豐富的玉米蟲害、病害、雜草的典型形態特征。其中，玉米病蟲草害的數據來源是收集整理玉米各時期的蟲害、病害、草害等數據共計5316條，各類照片394張。數據庫是用于記錄當前問題的求解狀態，存儲除了知識庫以外其他方面的數據信息，數據庫中的內容是不斷變化的。

3.3 專家系統的應用

所研制的“基于WebGIS的吉林省玉米病蟲草害診治專家系統”共分為前臺管理系統和后臺管理系統兩大主模塊。在前臺管理系統包括三個模塊：用戶注冊/登錄、GIS系統和病蟲草害查詢和診斷系統；在后臺管理系統中，主要包含了用戶信息管理和信息錄入兩個子模塊。系統界面友好，將文字與圖片相結合，使用簡單方便，為用戶提供直觀的數據選擇的方式；不需要用戶安裝太多的軟件或者插件，系統可靠性好，便于維護，易于移植、易于推廣。對用戶信息和知識庫中的知識在后臺管理模塊實現維護的功能，可以對數據修改、添加、刪除，并根據這些數據進行編輯、采集、統計分析各種空間數據。通過推理機對玉米病蟲草害的發展趨勢進行分析模擬，得出防治方法。本系統將GIS與ES相結合，將專家系統決策功能納入地理信息系統，利用地理信息系統得出的結果，提高了專家系統決策的科學性。

系統軟件運行環境是WINDOWS98及以上操作系統，硬件運行環境是20G以上硬盤、CPU賽揚300以上，64M以上內存。單擊光盤中setup.exe進行自動安裝，安裝后即可使用。出現如下界面：

一是進入前臺管理系統的主界面圖1，進行病蟲草害查詢。

二是后臺管理系統。管理員通過后臺管理系統可以對用戶進行管理，可以對用戶進行查看、修改、添加/刪除用戶等，可以直接對數據庫中的病、蟲、草害等數據進行修改、增加、刪除等操作和維護。管理員登錄系統流程圖4所示，在管理員用戶名和密碼的文本框內分別屬用戶名和密碼，并輸入隨機產生的驗證碼，點擊登陸就可以進入后臺。

三是查詢與診治方法，以病害查詢為例：

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”界面中選擇發病時期中“生長期”，在“請選擇發病部位”的復選框中選擇“葉部”，在“發病癥狀”文本框內輸入玉米發病時的癥狀信息，輸入完以后再點擊“查詢” 按鈕，在頁面的右邊就會顯示出“病害名稱”，同時，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：以玉米螟查詢為例進行方法步驟的說明。在主界面中的下拉菜單中直接選擇“蟲害”，點擊“查詢”按鈕，彈出“蟲害查詢” 界面，在“請選擇發病時期”的復選框中選擇“生長期”，選擇“幼蟲”，在“發病癥狀”框中輸入“幼蟲危害幼葉，點擊下方的“查詢” 按鈕，就會顯示出“蟲害名稱”及圖片框中出現玉米螟的圖像，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“發病癥狀”框中輸入“稈直立，基部傾斜或膝曲，光滑無毛”，再單擊下方的“查詢” 按鈕，在右邊就會顯示出“雜草名稱”，然后在圖片框中出現稗草的圖像，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據信息查詢，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。點擊所要查詢的名稱，可以直接鏈接到各自相關的知識表。這里就不一一說明。

近年來隨著課題研究的進一步深入，該系統作為省教育廳“十二五”科研課題“吉林省玉米生產管理智能決策系統推廣應用的研究”的一部分，使得傳統的GIS有了新的發展空間，使是所研究的系統得到了進一步的應用，在應用的過程中，積累了大量的農業數據，獲取相應的知識，為了更好的對玉米的進行管理、分析和決策，研制了“基于WebGIS的玉米智能決策系統”，實現了一個面向農民用戶的玉米病蟲害防治專家系統，應用效果良好，提高了糧食產量。

參考文獻

[1]劉孝永，等.病蟲害專家系統研究進展[J].山東農業科學，2013，（9）：138-143.

[2]李東朝，等.農業專家系統的發展概識與展望[J].農業網絡信息，2009，（2）：4-7.

[3]武向良等，農業專家系統研究進展及發展方向[J].農機化研究，2008，（1）：235-238.

[4]蘇利等，大宗農作物病蟲害防治數據庫管理系統的研究[J].陜西農業科學，2009，（4）：66-72.

[5]彭瑩瓊，等.B/S模式的水稻病蟲害診斷專家系統研究[J].江西農業大學學報，2008，（6）：1157-1160.

[6]古樂聲，張寶劍，等.基于CBR的小麥病蟲害專家系統的研究與實踐[J].廣東農業科學，2009，（8）：253-255.

作者簡介：姚玉霞，長春科技學院，教授，碩士生導師，研究方向：計算機與應用。

三是查詢與診治方法，以病害查詢為例：

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”界面中選擇發病時期中“生長期”，在“請選擇發病部位”的復選框中選擇“葉部”，在“發病癥狀”文本框內輸入玉米發病時的癥狀信息，輸入完以后再點擊“查詢” 按鈕，在頁面的右邊就會顯示出“病害名稱”，同時，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：以玉米螟查詢為例進行方法步驟的說明。在主界面中的下拉菜單中直接選擇“蟲害”，點擊“查詢”按鈕，彈出“蟲害查詢” 界面，在“請選擇發病時期”的復選框中選擇“生長期”，選擇“幼蟲”，在“發病癥狀”框中輸入“幼蟲危害幼葉，點擊下方的“查詢” 按鈕，就會顯示出“蟲害名稱”及圖片框中出現玉米螟的圖像，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“發病癥狀”框中輸入“稈直立，基部傾斜或膝曲，光滑無毛”，再單擊下方的“查詢” 按鈕，在右邊就會顯示出“雜草名稱”，然后在圖片框中出現稗草的圖像，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據信息查詢，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。點擊所要查詢的名稱，可以直接鏈接到各自相關的知識表。這里就不一一說明。

近年來隨著課題研究的進一步深入，該系統作為省教育廳“十二五”科研課題“吉林省玉米生產管理智能決策系統推廣應用的研究”的一部分，使得傳統的GIS有了新的發展空間，使是所研究的系統得到了進一步的應用，在應用的過程中，積累了大量的農業數據，獲取相應的知識，為了更好的對玉米的進行管理、分析和決策，研制了“基于WebGIS的玉米智能決策系統”，實現了一個面向農民用戶的玉米病蟲害防治專家系統，應用效果良好，提高了糧食產量。

參考文獻

[1]劉孝永，等.病蟲害專家系統研究進展[J].山東農業科學，2013，（9）：138-143.

[2]李東朝，等.農業專家系統的發展概識與展望[J].農業網絡信息，2009，（2）：4-7.

[3]武向良等，農業專家系統研究進展及發展方向[J].農機化研究，2008，（1）：235-238.

[4]蘇利等，大宗農作物病蟲害防治數據庫管理系統的研究[J].陜西農業科學，2009，（4）：66-72.

[5]彭瑩瓊，等.B/S模式的水稻病蟲害診斷專家系統研究[J].江西農業大學學報，2008，（6）：1157-1160.

[6]古樂聲，張寶劍，等.基于CBR的小麥病蟲害專家系統的研究與實踐[J].廣東農業科學，2009，（8）：253-255.

作者簡介：姚玉霞，長春科技學院，教授，碩士生導師，研究方向：計算機與應用。

三是查詢與診治方法，以病害查詢為例：

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”界面中選擇發病時期中“生長期”，在“請選擇發病部位”的復選框中選擇“葉部”，在“發病癥狀”文本框內輸入玉米發病時的癥狀信息，輸入完以后再點擊“查詢” 按鈕，在頁面的右邊就會顯示出“病害名稱”，同時，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：以玉米螟查詢為例進行方法步驟的說明。在主界面中的下拉菜單中直接選擇“蟲害”，點擊“查詢”按鈕，彈出“蟲害查詢” 界面，在“請選擇發病時期”的復選框中選擇“生長期”，選擇“幼蟲”，在“發病癥狀”框中輸入“幼蟲危害幼葉，點擊下方的“查詢” 按鈕，就會顯示出“蟲害名稱”及圖片框中出現玉米螟的圖像，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“發病癥狀”框中輸入“稈直立，基部傾斜或膝曲，光滑無毛”，再單擊下方的“查詢” 按鈕，在右邊就會顯示出“雜草名稱”，然后在圖片框中出現稗草的圖像，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據信息查詢，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。點擊所要查詢的名稱，可以直接鏈接到各自相關的知識表。這里就不一一說明。

近年來隨著課題研究的進一步深入，該系統作為省教育廳“十二五”科研課題“吉林省玉米生產管理智能決策系統推廣應用的研究”的一部分，使得傳統的GIS有了新的發展空間，使是所研究的系統得到了進一步的應用，在應用的過程中，積累了大量的農業數據，獲取相應的知識，為了更好的對玉米的進行管理、分析和決策，研制了“基于WebGIS的玉米智能決策系統”，實現了一個面向農民用戶的玉米病蟲害防治專家系統，應用效果良好，提高了糧食產量。

參考文獻

[1]劉孝永，等.病蟲害專家系統研究進展[J].山東農業科學，2013，（9）：138-143.

[2]李東朝，等.農業專家系統的發展概識與展望[J].農業網絡信息，2009，（2）：4-7.

[3]武向良等，農業專家系統研究進展及發展方向[J].農機化研究，2008，（1）：235-238.

[4]蘇利等，大宗農作物病蟲害防治數據庫管理系統的研究[J].陜西農業科學，2009，（4）：66-72.

[5]彭瑩瓊，等.B/S模式的水稻病蟲害診斷專家系統研究[J].江西農業大學學報，2008，（6）：1157-1160.

[6]古樂聲，張寶劍，等.基于CBR的小麥病蟲害專家系統的研究與實踐[J].廣東農業科學，2009，（8）：253-255.

作者簡介：姚玉霞，長春科技學院，教授，碩士生導師，研究方向：計算機與應用。