農業高清影像數據庫實踐意義探尋

鄭妍妍　董擎輝　龍江雨　趙璞　關憲任　王紅蕾

一、農業高清影像數據庫的構建方法

為了便于農業高清影像的管理和存儲，可依托相關的信息技術，構建農業高清影像數據庫，具體的構建方法如下：

1、數據庫架構

數據庫是一種能夠對相關數據信息進行管理和存儲的系統，在對數據庫進行構建的過程中，應當以需要管理和存儲的數據類型作為建庫依據，同時，為確保構建的數據庫運行穩定、可靠，必須對其架構進行合理設計。本文所構建的數據庫主要是對與農業生產有關的高清影像進行管理和存儲，通過對當前較為流行的數據庫架構進行研究后，決定采用B/S架構體系。這是一種實用性較高的系統架構，其中的B代表瀏覽器，S代表服務器，瀏覽器能夠通過Web Server與數據庫進行數據交互。B/S架構分為三層，即瀏覽器、Web服務器和數據庫服務器，該架構的工作原理為瀏覽器請求、服務器響應，其最為突出的特點在于成本低、便于維護、分布性強、易于開發，無需安裝專用軟件。

2、邏輯與物理設計

（1）邏輯結構設計。邏輯設計是數據庫構建的重要前提，其所反映的是數據庫的業務邏輯。本文主要是對農業高清影像數據庫進行構建，需要反映的業務邏輯都是與農業高清影像有關的數據信息。在邏輯設計中，將整個數據庫按照不同的農作物進行分類，將有保存價值的歷史影像、農作物生產全過程的高清影像和無人機影像均按分類進行存儲，并建立索引數據庫，實現對高清影像的有效檢索應用。邏輯設計關系到數據庫的整體性能，因此，可在具體設計中引入規范化理論及相關方法，從而為農業高清影像數據庫邏輯設計提供指導和工具，這樣除了能夠減少數據冗余之外，還能使數據的增添、刪除、修改速度大幅度加快。

（2）物理結構設計。通常情況下，在數據庫構建中，可以將邏輯設計作為物理結構設計的主要依據，實施存儲和存取方式。數據庫的物理結構對硬件系統的依賴程度比較高，為此，在具體設計過程中，設計人員應當對數據庫的存儲結構和數據的存取方法加以充分了解，在此基礎上，對數據的存取路徑進行優化設計，并對數據的存放位置進行合理確定。

（3）數據備份。由于數據庫中存儲的農業高清影像數據資料都比較重要，為避免數據丟失，應當對數據進行備份。在對數據進行備份的過程中，主要包括備份方式及內容的設定，存儲與備份空間的規劃等。為提高備份速率，可將服務器本地存儲作為數據備份的一級存儲，并采用全備份與增量備份相結合的方法。所有農業影像數據的日常備份均由備份系統自動完成，為使數據安全得到有效保障，采用備份復制，一份為在線保管，另外一份為離線保管。

二、農業高清影像數據庫的實踐意義

1、滿足精準農業生產管理需求

在現代化農業生產和管理領域，建設農業高清影像數據庫可滿足實時獲取農情信息的需求，轉變傳統以人工采集數據的獲取方式，使高清影像數據信息為精準農業生產提供服務。農業高清影像數據庫中存儲著大量的作物種類、生長期、栽培管理、病蟲害等相關影像信息，生成了糧食作物、經濟作物、蔬菜的視頻素材庫，并且素材庫中的影像信息實時更新。使用者只需在數據庫中輸入關鍵詞，就能夠快速便捷地查詢到各類作物的攝制地區、攝制時間，掌握作物的生長情況，滿足農業生產信息化管理的需求。

2、實現農作物生長動態監控

在農作物生長過程中，可對高清影像數據庫中存儲的影像進行動態圖像處理，快速識別出農作物生長中是否存在著大量雜草，動態監測農作物的長勢，然后根據雜草的實際情況制定農藥噴灑和施肥方案，使其達到農業大面積高效作業的要求。在高清影像數據庫應用中，需要在無人駕駛飛機上安裝高清攝像機，對作業面進行拍攝，形成高清影像資料，之后將其傳輸到數據庫中，借助動態圖像處理系統對高清影像進行處理，生成有關農作物生長的相關影像信息，實現農作物生長期間的信息化監控和管理。

3、提高農作物病蟲害防治效果

在農作物病蟲害防治中，可合理利用農業高清影像數據庫輔助防治工作的開展。在高清影像數據庫應用過程中，通過實時檢索農作物的影像資料，并借助圖像處理技術對影像資料中的圖像特征進行提取，以及運用神經網絡法、支持向量機法、模糊聚類法等多種分類方法對圖像特征進行分類識別，能夠快速識別出圖像中病蟲害的種類，預測病蟲害的發展趨勢，進而為農民及時采取病蟲害防治措施提供依據，將病蟲害消滅在初期階段。

4、提高農產品品質分級效率

在農業高清影像數據庫中可實時存儲農產品的影像信息，并借助計算機視覺系統對農產品的形態、顏色、缺陷等方面進行快速檢測，為精準分級農產品品質提供技術支撐。如，在水果的品質分級中，傳統的分級方法為人工分級，耗費了大量的人力，且分級效率和準確性偏低。而構建快速檢測系統，并應用高清影像數據庫中的影像圖片進行品質分級，就可在圖像采集后快速進行圖像處理，按照系統中預設的果形、色澤、缺陷部位輪廓等方面的品質等級參數，自動判斷出品質，并在水果輸送系統中，根據系統輸出的品質分級信息，準確劃分品級，進而提高水果自動化分級效率。

綜上所述，我國作為農業大國，在農業生產過程中會形成大量的高清影像資料，這些資料具有重要的利用價值。為使農業高清影像能夠妥善保存，本文構建了一個數據庫系統，通過該數據庫可以對農業高清影像進行管理和存儲，并根據用戶需求進行調取。由于數據庫中存儲的數據都是一些珍貴的農業影像，為避免數據丟失造成不必要的損失，在數據庫設計中應當做好備份工作。

（作者單位： 150086黑龍江省農業科學院農業遙感與信息研究所）