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《南京农业大学》 2009年
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基于WebGis的农作物病虫预警诊断平台

张谷丰  
【摘要】: 农作物病虫测报与防治是控制病虫发生危害、保证作物优质高产的基础。随着信息技术的发展,计算机技术广泛应用于植保领域,数据管理技术、多媒体技术、GIS及网络等先进技术已被广泛应用到病虫的监测、预警、决策支持和诊断等多个方面,国内外已开发了大量有关病虫害的数据库和管理系统。但是,目前这些系统大多针对某一地区的某种作物或某类病虫,应用面窄、信息共享率低。我国农作物种类繁多、种植面积广、地域性强,增加了监测、诊断、防治的难度,因此,农业植保信息系统在我国的应用与普及对农业生产而言,具有非常重要的意义。 为适应农作物病虫资料信息化、网络化、规范化的要求,及各级植保技术人员日常工作的需要,本文应用开源免费的设计软件组合PHP+Apache+MapServer+ MySQL,构建了一套基于WebGIS的农作物病虫预警及诊断平台。本项研究获得了以下主要结果。 1开放式网络病虫信息管理平台的组建与实现 为有效管理和利用植保系统的各种病虫资料信息,应用网络脚本语言、数据库构建了一套基于网络的病虫信息管理系统。系统采用开放式的设计模式,包含了动态树型菜单模块、在线建表模块、数据表管理模块、日程提醒模块、资料统计对比模块、图形显示模块等。普通用户无需掌握sQL语言和数据库技术,通过后台代码直接在系统页面提示的帮助下,根据自己需要在线建立数据表;系统将动态树型菜单与在线建表模块相互结合,实现了对各种表格的管理,包括表格的创建,数据的查询、汇总、比较及图形化显示等功能。 2基于网络的害虫短期预警通用平台 短期预报是目前基层测报站点最常用的方法,可直接指导农户防治,在生产上发挥着关键性的作用。短期预警包含了害虫测报基础资料数据库,用户可根据本地实际将影响害虫发生的参考资料录入其中,如不同温度下的历期,世代划分,发生程度分级等,授权用户可对病虫基础资料库的资料进行增加、修改、删除等操作。在用户将田间调查的原始系统资料录入数据库中的过程中,系统将调查数据与历史资料及病虫测报基础资料库中的数据进行结合,自动判断高峰期,或采用历期法、分龄分级法对害虫的发生期自动进行计算,或判断害虫的发生程度级别,从而实现害虫的自动预警。开放式的设计模式适用各种害虫,可直接对用户录入的原始调查数据自动进行分析处理,预报害虫的发生期、发生量等关键信息,并与历史资料比对,从而大大减少了预报工作量,提高了测报的准确率。 3基于数据挖掘的病虫害中长期预警平台的开发 针对当前农业测报资料数据量大,利用率不高的状况,应用数据挖掘方法构建了一套病虫中长期预警平台。用户在系统提示下,通过后台应用代码,可直接从数据库中选择需要的数据,并对数据进行预处理后录入到数据仓库(模型因子库)中,而后应用数理统计分析的方法形成病虫害的中长期预警模型;同时系统也提供了对定性数据的预警支持,经数据挖掘的定性的数据通过ID3算法可直接生成决策树。相对于固定的模型或模型库,本系统提供的功能可适用于各个站点进行中长期病虫害模型建设的需要,并且随病虫资料的增加其生成的模型能不断进行调整优化,提高了模型的准确度,从而充分发挥资料的作用。目前已集成了逐步回归、模糊识别、时间序列分析等多个数理统计模块。 4基于WebGIS的病虫信息发布展示 将数据库技术和WebGIS技术相结合,通过病虫数据库与空间数据库的连接,将各地田间实时发生的病虫情况以WebGIS图的形式直接反映出来。系统能自动对田间的数据进行处理并分级,以不同色彩或不同大小、形状的符号直观反映各地的田间动态。生成的图形可直接在网络上发布,而无需人员操作干预。WebGIS图可进行放大、缩小、移动等操作,并在图上显示各地的信息,亦可进行保存,对于病虫害的宏观决策、分析和预警均有很强的应用价值。 5基于网络的农作物症状诊断系统平台 作物受害表现各种各样的症状,生产上经常通过田间典型症状来判断作物的受害类型,包括病害、虫害、药害、肥害等,相关资料多来自于生产上的经验积累,长期以来,这些资料只是作为专家的经验而未得到充分的利用,也造成了专家知识的浪费。本系统专家知识库设计采用了"IF-THEN"的知识表示法,知识获取直接来源于生产一线的专家,多媒体数据库储存各种作物受害或病虫害的图片、文字说明等资料,用户或专家将各种资料整理后编辑可直接添加到数据库内,推理机采用了检索式诊断模式,支持逻辑与等操作,因而农业技术人员或普通农户可直接通过网络点击相关的典型症状描述并对照图片文件,即可在知识库中查找相关的作物受害原因,并比对诊断作物的受害类型。 6通用病虫分类系统的组建 植保领域包含的物种种类繁多,仅昆虫就有上百万种,常见农田杂草也有千余种。系统根据物种分类的特点,将二项式检索表用数据库表示,通过树型结构的设计实现物种的分类信息管理以及检索表的创建。分类学家可直接通过网络建立树型的结构并进行编辑,添加物种的分类信息包括图片,文字,视频等资料;或将他所熟悉的类群的分类特征进行总结,编制成检索表,然后将检索表录入数据库。在线编辑器可实现图文混排,结构清晰,层次清楚,使各个领域的专家均能参与到物种分类的资料创建中,分布在全国各地的植保工作者均可通过网络利用本系统查询鉴定,而图文链接式的分类检索模式也非常适用于基层的普通技术人员。系统不仅可用于植保领域病虫草的分类,亦能应用于其他的物种分类。 此外,系统还包含了Excel表与数据库的导入导出、有效积温计算、方差分析、基于Google MAP的实时发布系统,病虫害迁飞轨迹分析等模块,为用户提供了日常数据的处理分析功能。导入导出模块为用户保存的历史资料与网络数据库提供了一个接口,便于录入和储存大量的数据;积温计算和方差分析可用于试验数据的处理;Google Map API将地图与数据库资料结合,无需空间资料信息,也可进行病虫害信息的发布;轨迹分析模块基于NOAA网运行,但大大简化了操作的步骤。 本项目的研究基于一种新型的理念,即系统并不针对某一具体的病虫,而是通过网络这一大众化的平台,以支持对基层测报站(点)数据的分析预警、诊断为目标,为各级用户(省、市、县)提供一个强大的数据管理平台。系统运行于网络平台,基于网络瘦客户端配置,所有的功能均在服务器端实现,系统所用的软件均为开源免费软件,开发与运行费用低廉,对用户的软硬件要求低,操作简单方便,应用性强,适用面广,开放式的设计模式使得系统可扩充性好,对于加强农作物病虫害信息网络化管理和宏观科学决策具有很高的应用价值。当然,系统功能尚需在应用中不断完善。
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