害蟲測報系統移動端設計

包曉敏 楊迪煥

摘要：為實現農業害蟲測報系統移動端測報工作，更便捷地獲取農田害蟲情況，基于Android移動平臺害蟲測報APP，將樹莓派終端作為數據采集端，以云平臺作為數據存儲和信息交互橋梁，完成害蟲圖像與環境值數據采集，并將計數結果和害蟲圖像一并展示在移動端上，供用戶查看。實驗表明，該移動端可實時控制樹莓派數據采集并展示結果。基于Android移動平臺的害蟲測報APP投入到實際測報工作中后，運行穩定，數據精準，可實現各項功能。

關鍵詞：移動端;手機APP;遠程控制;害蟲測報

DOI： 10. 11907/rjdk.191996

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7800（2020）004-0139-04

Mobile Terminal Design of Pest Forecasting System

BAO Xiao-min . YANG Di-huan

（College of Infornzation ， Zh.ejiang Sci- Tech Univer.sity ， Hangzhou 3100 18.China ）Abstract： In order to realise monitoring and f'orecasting of agricultural pests in the mobile terminal of the system so as to obtain f'arm-land pests more conveniently， tliis article is based on the Android mobile platform ' s pest monitoring and reporting App， using a Rasp-berry Pi terminal as a data acquisition terminal. and takes a cloud platform as a bridge for data storage and information interaction，，-hich are displayed on the mobile terminal f'or users to view. The results show that the mobile terminal can control raspberry pie to col-lect data and display results in real time. The App for pest prediction based on Android mobile platform runs steadih and accuratelv af-ter it is put into the actual forecasting work . and can run various f'unctions.Key Words ： terminal; phone APP; remote control; monitoring and forecasting of agriculture pests

O 引言

我國耕地面積廣大且農業人口眾多，蟲害對我國糧食生產構成直接威脅，影響糧食產量…。防止蟲害是保證糧食產量的前提[2-2]。傳統測報方式采用人工下田、人計數的方式[4]，人力成本高且不夠及時、便捷。因此，及時獲悉田間害蟲種類及數量不僅是制定防治害蟲方案的基礎，更可為后期預測預報害蟲爆發期提供原始數據。目前，我國農業智能化發展迅速，已有較為突出的研究成果，如使用傳感器采集各項影響農業生產的重要因素數據[5-8]等應用。近年來，智能手機等智能可移動終端的普及應用使多個行業步入遠程遙控的發展階段[9]。基于Android平臺的手機APP在生活中的應用越來越廣泛，但在農業中的應用還不多見[10]

為改進現有蟲害測報方法，針對其蟲害報警不及時的問題，設計一套可實時獲取害蟲圖像和害蟲數量的移動端系統。該設計針對環境值、地理位置、害蟲圖像與害蟲數量進行監測控制，主要實現3個功能：①開發可用于An-droid智能移動設備的害蟲測報APP，包括數據庫、服務器及人機交互界面設計與開發等過程，實現界面簡潔友好、操作簡單的害蟲測報系統;②選擇監控區域的設備，遠程操控樹莓派的拍攝任務，獲取最新害蟲圖像、害蟲數量、環境數據及地理位置等信息;③根據年份和月份查詢歷史害蟲圖像及對應的歷史數據。

1 系統架構與功能設計

1.1 系統架構

測報系統組成由數據采集端、測報云平臺和Android移動客戶端組成，如圖l所示。數據采集端主要包括：環境數據采集、害蟲圖片采集、上傳數據和圖片;測報云平臺包括：云數據庫存儲環境數據、云對象存儲服務器存儲害蟲圖片、云服務器圖像處理;手機客戶端APP為本文重點，包括：APP客戶端、服務器端。系統架構如圖1所示。

1.1.1 APP客戶端

首先，在Windows系統下搭建JDKl.7開發環境并配置環境變量。使用And-oid SDK集成開發T具Eclipse進行源代碼編寫、編譯等T作。代碼實現主要考慮遠程聯網獲取數據的操作及數據顯示效果。為了更好地將數據顯示在移動端，進行界面優化設計。同時為提高軟件運行速度、改善用戶體驗，采用碎片技術進行代碼編寫[11-12]。從功能角度考慮主要是提供命名發送、最新圖像與數據獲取展示、歷史圖片與數據獲取展示。本文使用的真機為Meizu4，系統版本Android6.0。

1.1.2服務器端

Tomcat服務器具有技術先進、性能穩定且擴展性好的優點[13-14]，因此本文使用Servlet搭配Tomcat的方式構建服務器端。同時，HTTP作為應用最廣的網絡協議，是響應客戶端請求、實現服務器端與客戶端通信的基礎[17]。

1.2功能設計

害蟲測報APP主要監測的環境參數包括：溫度、濕度、光照強度、下雨情況及害蟲圖像。首先，使用涂有昆蟲性誘劑的害蟲粘板捕獲害蟲，工作人員通過“拍攝”按鈕，可實時獲取田間害蟲照片及環境數據。執行終端樹莓派，將拍攝的照片及環境值上傳并保存至云服務器，通過“最新圖像”按鈕顯示最新圖像，并顯示當前設備、地理位置、圖像名字、溫濕度、光照強度、害蟲數量等信息。其中圖像名字采用拍攝時間命名，精確到秒。APP可直接區分當前圖片拍攝時間，如“2019-06-20-10-30-Ol.jpg”，云服務器在接收圖片后，根據設備編號將圖片名字單獨存入對應編號的數據庫表中。為避免在同一個界面顯示過多歷史數據，設計按月為單位展示歷史數據，即T作人員通過年份和月份查看害蟲圖像及相關數據信息，這樣可有效提升用戶體驗。

2 移動端實現

2.1登陸界面實現

登陸界面主要實現工作人員登陸系統時的校驗功能，工作人員在輸入正確的用戶名和密碼后將跳轉至APP主界面。登陸界面如圖2所示。

安卓開發中，界面展示效果主要通過編寫AndroidXML文件實現。登陸界面采用四大布局中的線性布局。主要使用TextView控件提供用戶輸入項，使用CheckBox控件勾選“記住用戶名和密碼”，使用Button控件提交用戶名和密碼。

Java文件實現過程為：給Button按鈕設置點擊事件，用戶點擊“登陸”后，開啟一個線程訪問遠程服務器。在該線程中，APP使用HTTP協議以POST的方式將從界面中獲取到的用戶名和密碼發送給服務器端[19-21]，并且沒置請求超時時間為5s，在5s內接收到服務器響應，即說明移動端請求成功，此時服務器返回200狀態碼給客戶端，則客戶端接收服務器返回的數據流，實現頁面跳轉并給出“登陸成功”的提示。本次請求中的URL為：http：//lll .231. 105 .41/CH ai/And roidLoginServlet。另外，如果用戶在點擊“登陸”按鈕前勾選“記住用戶名和密碼”且后臺校驗成功，則在/data/data/cn.yangdh.chai T程包下創建一個Userlnfo.txt文本記錄文件，并把當前輸入的用戶名和密碼保存進該文件，等到下次再次使用APP時，就無需再輸入用戶名和密碼。

2.2主界面實現

主界面主要包括以下功能：首先，可以根據地理位置的不同，選擇地區目標設備。地理位置與設備的選擇均采用下拉菜單的形式呈現。由于目前該測報系統僅部署在浙江省杭州市和寧波市兩個地區，所以在目標設備的選擇中，城市對應的下拉菜單中只有杭州市和寧波市兩個選項。在選定城市后，隨后選擇城市對應的區，再選擇待查看的設備編號。采用三級聯動的方式獲取對應地區、對應設備的害蟲測報數據。主界面如圖3所示。

其次，在選擇對應設備后，如選擇：杭州市、江干區、設備l，即可點擊“拍照”按鈕，實現遠程控制樹莓派拍攝當前粘板上害蟲照片。由于樹莓派在接收拍照指令并執行拍照動作上傳、生成對應的XML文件等一系列過程約需花費20-30s，所以在點擊“拍攝”按鈕后，需等待片刻，然后再點擊“最新照片”按鈕，即可查詢剛分拍攝的照片。

用戶在完成上述拍照及照片、數據查看后進行歷史數據查詢，依然采用下拉列表的形式，選擇目標年月后，即可點擊“歷史照片”按鈕查詢歷史數據。該設計不僅可降低下滑篇幅、提升用戶體驗，而且可對該月害蟲情況進行周期性了解。

主界面設計采用線性布局，方向為垂直排布。城市、區、設備、年份、月份，5個下拉列表的實現采用Android白帶的Spinner控件，并將城市、區、設備對應的3個下拉控件單獨放置在一個LinearLavout中，年份、月份對應的兩個下拉控件單獨放置在一個LinearLavout中，設置權重為1。使用Button按鈕提交“拍照”、“最新照片”、“歷史照片”3個操作。其中下拉效果如圖4所示。

Java文件實現過程為：首先，對Spinner控件進行初始操作，由于城市、區、設備、年份及月份的下拉列表中填充的數據均為字符串，所以使用ArrayAdapter適配器進行數據填充，并把城市、區、設備、年份及月份數據源一一封裝成對應的List集合。其中，下拉樣式采用Android白帶的android.R.lavout.simple_spinner_item樣式。此外，給每個下拉菜單設置選中事件，并將選中的列表記錄到日志文件中，使每一次操作均有記錄。在選定目標設備后，即可點擊“拍攝”按鈕，根據選中的設備，APP使用HTTP協議以GET的方式將拍照請求發送給服務器中對應的處理類，同時設置請求的超時時間為Ss，若在Ss內接收到服務器響應，即說明移動端請求成功，此時服務器返回200狀態碼給客戶端，客戶端接收服務器返回的數據流提示“拍照成功”，如圖5所示。

同理，在點擊“最新照片”、“歷史照片”按鈕后，同樣向服務器端發起請求，結合Intent意圖對象實現頁面跳轉，并利用意圖對象把用戶選擇的城市、區、設備編號數據流轉到下一個界面，供下一個界面使用。

2.3最新圖片界面實現

最新圖片界面主要用于呈現對應地區樹莓派拍攝的最新照片和數據。害蟲具有趨黃性，在田間設置黃色粘板誘殺害蟲是廣為使用的方法[15-17]。將粘板圖片直觀呈現在手機終端上，并將經后臺處理后的害蟲計數結果、溫度、濕度、光照、下雨情況及拍攝設備所處的地理位置等信息一并呈現，界面顯示一目了然。最新測報數據如圖6所示。

該界面整體布局采用線性布局，并設置方向為垂直排布。在界面最上端設置顯示當前設備所處的地理位置、設備編號與圖片拍攝時間，即在Android XML布局文件中設置3個TextView控件，設置其寬和高均為包裹內容，字體大小為22sp。另外，使用SmartImageView控件展示最新圖像的顯示，圖片下方顯示當前圖中害蟲數量。使用4個TextView結合drawahleLeft屬性實現環境數據的圖文顯示，將對應圖標放置在文字左邊，方便用戶瀏覽信息。

Java文件實現過程為：首先拿到Intent意圖對象從上頁流轉過來的數據，分別是設備編號和地理位置;然后根據設備編號、地理位置開啟線程訪問遠程URL資源。同理，在該線程中APP使用HTTP協議，以GET方式請求服務器端，并且設置請求的超時時間為Ss，在Ss內接收到服務器響應，即說明移動端請求成功，此時服務器返回200狀態碼給客戶端，則客戶端接收服務器返回的數據流。

設計采用XML方式進行數據傳輸。APP端在獲得數據庫返回的數據后，進行有效數據解析。解析過程為：編寫一個Photo實體類代表一張圖片涵蓋的所有數據，它具有6個靜態屬性，分別為id、linage、temp、humi、lux和raln;編寫一個解析XML的T具類，使用XmIPuIIParser解析器，其原理是基于事件進行解析，通過從開始節點到結束節點一行一行實現解析目的;解析XML中的標簽，當遇到pho-tos標簽時，創建一個List集合，遇到photo標簽時創建一個Photo實體類對象，遇到lrnage標簽時把圖片地址取出來，遇到temp時把溫度值取出來，同理，將所有值都取完成后，將所有數據封裝進List集合中;最后，遍歷整個集合，將有效數據取出，用于更新UI控件中的值，包括拍攝時間與4個環境數據。

同樣在XML文件中設置一個節點photo，代表當前圖片所有信息。在它內部有6個子標簽：id、lrnage、temp、hu-mi、lux、raln，它們分別代表圖片編號、圖片地址、溫度、濕度、光照強度、下雨情況的信息。其中lnlage標簽中封裝的是圖片URL數據，如http：//111.231.105.41/example s/photo/2019-05-20-10-OO-Ol.jpg，該數據主要在SmartImageView控件上呈現圖片時使用。

此外，移動端APP使用獨立設計的SmartImageView框架替代Android標準的ImageView，以此獲取遠程服務器圖像。該框架支持URL地址加載圖片和圖片緩存。

2.4歷史圖片界面實現

歷史圖片界面主要呈現歷史圖像與數據。采用滑動列表的形式進行呈現。首先顯示圖片名字;與此同時，給每一個列表項添加點擊事件監聽，將遠程圖片與數據一并加載并顯示出來，即先根據月份展示該月所有圖片名字，再根據圖片名字展示對應的圖片內容與數據。其中歷史圖片名稱列表界面如圖7所示。

該界面主要通過ListView控件實現。此外，在界面底部的“主頁”按鈕可實現從該頁到主頁的跳轉。

Java文件實現過程為：首先獲取Intent意圖對象從上頁流轉過來的數據，分別是設備編號、地理位置、年份和月份;接著初始化ListView控件，即聯網獲取遠程服務器端的數據，拿到數據流后進行XML解析，封裝進List集合;然后遍歷集合，將用戶選擇的年份、月份與集合中所有Photo對象進行比較，取出對應月份的所有圖片數據;最后使用runOnUiThread方法更新UI控件，實現數據展示。編寫一個內部類實現BaseAdapter類，重寫getCount（）方法和getView（）方法。其中getCount（）方法中返回的整型值為完成封裝的List集合的元素個數。getView（）方法中返回ListView待顯示的每個項。

2.5服務器端與手機APP間通信實現

服務器端主要完成兩個任務：服務器端環境搭建、接收手機APP遠程訪問并作出處理。

服務器端環境搭建內容為：云服務器采用騰訊云公司推出的云服務器ECS，搭載CentOS 7.2 64位操作系統，結合Tomcat軟件服務器及Java Socket網絡編程，實現對數據采集終端上傳數據的接收與保存。此外，數據庫管理系統采用關系型數據庫MvSQL。在Windows平臺上使用Navi-cat數據庫客戶端遠程設計該數據庫。主要包含兩種類型的表，一個為樹莓派終端上傳數據后存儲使用，其中表的字段包括：編號、圖像名字、光照強度、溫度、濕度和下雨情況;另一張表為害蟲數量的存儲使用，其中表的字段包括：編號、圖像名字、害蟲數量。利用OpenCV圖像庫對圖像進行處理，完成害蟲計數。

接收手機APP遠程訪問并作出處理，具體指在Eclipse集成開發T具中編寫Java代碼。編寫Java類，使其繼承HttpSe-vlet類，使用HttpServletRequest對象接收手機App發過來的請求數據。此外，在每次接收樹莓派上傳的圖像后，自動編輯生成對應的XML文件內容，并作為XML文件輸出到Tomcat服務器的特定目錄下，該文件將作為“最新圖像”與“歷史圖像”的訪問數據源，供遠程APP訪問。將整個丁程打包成war包并導出，使用FileZilla文件傳輸工具將其上傳至Tomcat的wehapps目錄下，并使用Linux客戶端T具XShell 6開啟Tomcat容器，Tomcat自動將war包解壓并運行。此時，即可對服務器進行訪問。另外，從功能角度出發，設計固定時間點發送拍攝命令給樹莓派，具體設置的時間點為：上午8點、8點30、9點、9點30、10點、10點30與11點，下午2點、2點30、3點、3點30、4點與4點30。工作人員可在這些時間點獲取最新的害蟲圖片及數據，無需再進行拍攝。

3 結語

本文害蟲測報系統移動端設計將Androici技術、JAVA技術、移動互聯網技術與傳統農業相結合，使計數結果與原始圖像一并呈現在移動端平臺上，實現了害蟲圖像采集、上傳、計數、展示、測報等功能。通過傳統微信公眾號，只能獲取害蟲計數數據，無法提供直觀的原始圖像。相比之下，移動端害蟲測報更加便捷、高效、直觀。本文系統功能主要有：移動端APP遠程控制拍照、移動端APP實時獲取害蟲圖像和害蟲數量、移動端APP遠程獲取歷史圖像和歷史數據。實驗證明，本文系統可以穩定、有效地T作，實現各項功能。未來將進一步完善移動端用戶界面、提升用戶體驗度。