李 敏，葉 煜，文 燕，李為民

(1.成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院，成都 溫江 611130； 2.四川科技職工大學(xué)，四川 成都 610101)

隨著智能手機(jī)的普及使用，將應(yīng)用軟件拓展到手機(jī)終端上提供各種服務(wù)，給用戶帶來(lái)極大的方便。在實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的大環(huán)境下，“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”服務(wù)三農(nóng)也開(kāi)始起步發(fā)展。 茶葉的栽培是農(nóng)業(yè)發(fā)展的組成部分之一。中國(guó)的茶文化歷史悠久，其影響滲透到經(jīng)濟(jì)、政治、文化各個(gè)領(lǐng)域，而茶的種植是茶文化的源頭。茶樹(shù)病蟲害不僅影響茶葉產(chǎn)量，而且成品味苦。茶樹(shù)多種植在丘陵或山地，交通和信息更新相對(duì)滯后，為茶葉生產(chǎn)帶來(lái)不便，對(duì)病蟲害的及時(shí)診斷帶來(lái)一定的困難。設(shè)計(jì)一種基于Android平臺(tái)的茶樹(shù)病蟲害查詢?cè)\斷系統(tǒng)勢(shì)在必行。

1 設(shè)計(jì)平臺(tái)

Android是一種基于Linux的自由開(kāi)源的操作系統(tǒng)，擴(kuò)展性強(qiáng)，是目前市場(chǎng)上主流的智能手機(jī)操作系統(tǒng)，Android智能手機(jī)使用量最大，市場(chǎng)占有率極高。是普通百姓的優(yōu)先選擇，使用極其廣泛。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于Android平臺(tái)的茶樹(shù)病蟲害查詢?cè)\斷系統(tǒng)由服務(wù)器端和客戶端組成。服務(wù)器端封裝服務(wù)請(qǐng)求、處理客戶端訪問(wèn)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，并將結(jié)果封閉返回到客戶端?？蛻舳颂峁┫到y(tǒng)人機(jī)交互，接收服務(wù)請(qǐng)求，解析收到的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，并進(jìn)行呈現(xiàn)[1]，運(yùn)行于 Android 平臺(tái)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建

茶樹(shù)病蟲害查詢?cè)\斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境是在 Linux 操作系統(tǒng)下，由“JDK+Eclipse +Android SDK+ADT” 構(gòu)建。[2]JDK(Java development kit) 是整個(gè) Java 的核心，包括了 Java 運(yùn)行環(huán)境、工具、基礎(chǔ)類庫(kù)；Eclipse 是 一個(gè)開(kāi)放源代碼的、基于Java的可擴(kuò)展開(kāi)發(fā)平臺(tái)。就其本身而言，它只是一個(gè)框架和一組服務(wù)，用于通過(guò)插件組件構(gòu)建開(kāi)發(fā)環(huán)境。幸運(yùn)的是，Eclipse 附帶了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的插件集，包括Java開(kāi)發(fā)工具JDK?？梢酝ㄟ^(guò)在Eclipse中添加ADT(Android Development Tools)安裝開(kāi)發(fā)工具，來(lái)搭建安卓開(kāi)發(fā)環(huán)境；Android SDK(Software development kit)是Android專屬的軟件開(kāi)發(fā)工具包，用于為特定的軟件包、軟件框架、硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)等建立開(kāi)發(fā)基于Android操作系統(tǒng)的第三方軟件，該開(kāi)發(fā)工具包中的布局管理器為程序設(shè)計(jì)者提供了豐富的控件，支持線性布局、相對(duì)布局和絕對(duì)布局等靈活的方式。ADT是支持創(chuàng)建Android工程，是開(kāi)發(fā)安卓軟件必不可少的本地通用插件，使得創(chuàng)建、運(yùn)行和調(diào)試Android 更加快速簡(jiǎn)單。[3-4]

1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的搭建

Android一般使用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)。它是一款輕型的、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，是遵守ACID的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，它包含在一個(gè)相對(duì)小的C庫(kù)中。它占用資源非常的低，在嵌入式設(shè)備中，可能只需要幾百兆的內(nèi)存。處理速度比Mysql、PostgreSQL快，能夠支持目前主流的操作系統(tǒng)，并且能夠跟Tcl、C#、PHP、Java等很多程序語(yǔ)言相結(jié)合，還有ODBC接口。圖片信息以文件的形式存儲(chǔ)到服務(wù)器上，數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)圖片地址，客戶端根據(jù)地址去查詢圖片[5]。

1.4 系統(tǒng)安裝

執(zhí)行“Run As Android Application”， 即可生成系統(tǒng)的可安裝文件包(APK文件)，將其上傳至服務(wù)器上。然后，將安裝包下載到 Android 智能手機(jī)上安裝運(yùn)行。

2 基于Android平臺(tái)的茶樹(shù)病蟲害查詢?cè)\斷模塊架構(gòu)

根據(jù)受眾人群以茶農(nóng)為主，APP設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡(jiǎn)捷易懂。系統(tǒng)包括會(huì)員中心、病蟲害診斷中心、常見(jiàn)病蟲害瀏覽、交流與反饋等幾大模塊。

圖2 功能結(jié)構(gòu)圖

用戶中心需要進(jìn)行相應(yīng)的信息填寫，包括真實(shí)姓名、聯(lián)系方式、茶園所在地為必填內(nèi)容。如果線上解決不了的問(wèn)題可以通過(guò)專家進(jìn)行線下指導(dǎo)。這就需要獲取茶農(nóng)茶園的真實(shí)有效信息，具體情況具體分析診斷。

病蟲害診斷系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、查詢?cè)\斷。數(shù)據(jù)采集可使用圖片形式，也可以用文字描述相應(yīng)癥狀；查詢?cè)\斷可以自主診斷，系統(tǒng)根據(jù)葉部、枝干、根部發(fā)病不同部位在專家?guī)熳詣?dòng)搜索答案診斷，如果不確定也可以咨詢?cè)诰€專家。

系統(tǒng)也提供了在線瀏覽學(xué)習(xí)和信息交流與反饋，以方便更好地普及知識(shí)及更新系統(tǒng)。

3 專家?guī)斓慕?/h2>

3.1 蟲害數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

包括名稱，別名，圖像，寄主植物，分布區(qū)域，為害特征，形態(tài)特征，生活習(xí)性，防治措施等。舉一實(shí)例如下：名稱(拉丁文)：茶谷蛾(Agriophararhombata Meyr.)；別名：茶木蛾；圖像：略；寄主植物：茶樹(shù)；分布區(qū)域：海南、廣東、福建、臺(tái)灣、湖南和云南等地均有發(fā)生；為害特征：1 初孵幼蟲吐絲綴2 葉片潛居咀食表皮和葉肉，三齡后開(kāi)始蛀害枝梢并吐絲黏合木屑、蟲糞，形成黃褐色沙堆網(wǎng)袋；形態(tài)特征：成蟲雌蛾淡黃色，體長(zhǎng)11～13mm，翅展27～35mm。復(fù)眼黑色，觸角絲狀。胸部有1黑圓點(diǎn)。前翅黃白，散布黑褐色小點(diǎn); 從翅基到中部有1黑褐色縱紋，且在中部條紋兩側(cè)常各有1個(gè)黑點(diǎn)，靠近外緣 有1條較寬的淡褐色弧形紋，外緣有1列小黑點(diǎn)。后翅白色。雄蛾較瘦小，體 長(zhǎng)9～12mm，翅展24～27mm，觸角雙櫛狀，其他與雌蛾相似；生活習(xí)性：成蟲夜間活動(dòng)，不善飛翔，無(wú)趨光性。卵散產(chǎn)于老葉背面或嫩葉和莖上。每雌蟲可產(chǎn)卵百余粒。幼蟲孵化后，常先在兩葉之間吐絲結(jié)成紡錘形蟲苞，匿居藏身，取食葉肉，并以蟲糞圍于蟲苞四周，且可蛀人嫩莖為害，2,3齡時(shí)再爬出結(jié)苞。3齡后能將數(shù)葉黏貼在一起，蟲苞增大，幼蟲可出苞外就近蠶食其他葉片或咬取碎葉拖回蟲苞內(nèi)取食；防治措施：藥劑防治。卷葉蟲類因有蟲苞，藥劑不易殺傷，必須及早防治，通?？稍谟紫x盛孵期或幼齡期噴藥。噴藥時(shí)注意將蟲苞噴濕，最好加人少量肥皂水或煤油。藥劑參考，在每畝有蟲1萬(wàn)～1.5萬(wàn)頭或每叢多于8頭時(shí)，及時(shí)噴灑0.36%苦參堿1000～1500倍液、2.5%魚藤酮300～500倍液、10%聯(lián)苯菊酯(天王星)乳油3000～5000倍液、2.5%溴氰菊酯(敵殺死)乳油2000～4000倍液、2.5%氯氟氰菊酯(功夫菊酯)乳油3000～4000倍液。

3.2 病害數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

包括名稱，別名，圖像，寄主植物，害病類型，癥狀，發(fā)病規(guī)律，防治措施等，舉一實(shí)例如下：名稱(拉丁文)：茶藻斑病(Cephaleurosvirescens Kunge)；別名：茶白藻??；圖像：略；寄主植物：該病除為害茶樹(shù)外，還為害山茶、油茶和柑橘等幾十種植物；害病類型：綠藻病害；癥狀：老葉上初生黃褐色針頭大的圓形小點(diǎn)，以后向四周放射狀擴(kuò)展成圓形或近圓形病斑，灰綠色至黃褐色，病斑上可見(jiàn)細(xì)條狀毛氈狀物，后期稍隆起，變暗褐色，邊緣不整齊，表面平滑，有纖維狀紋理；發(fā)病規(guī)律：茶藻斑病是由綠藻引起的病害，綠藻以營(yíng)養(yǎng)體在病葉上越冬。次年春季，在潮濕條件下，產(chǎn)生游動(dòng)孢子，通過(guò)風(fēng)雨傳播，侵入葉片，在表皮細(xì)胞和角質(zhì)層之間蔓延。病原藻喜高濕，但寄生性弱，多寄生在衰弱的茶樹(shù)上；防治措施：①注意開(kāi)溝排水，及時(shí)疏除徒長(zhǎng)枝和病枝，改善茶園通風(fēng)透光條件；適當(dāng)增施磷、鉀肥，提高茶樹(shù)抗病力。 ②早春或晚秋發(fā)病初期開(kāi)始噴灑0.6%～0.7%石灰半量式波爾多液，或0.5%的硫酸銅稀釋液，或30%堿式硫酸銅(綠得保)懸浮劑400倍液或12%松脂酸銅(綠乳銅)乳油600倍液。

4 信息采集

圖像識(shí)別是一個(gè)極其復(fù)雜繁瑣的過(guò)程。大致可總結(jié)為以下4個(gè)步驟：圖像采集、預(yù)處理、特征提取、對(duì)比匹配。每個(gè)步驟由若干算法構(gòu)成。圖像清晰度，算法不同，都將影響最終的效果[6]。

4.1 圖像采集

客戶端只需要執(zhí)行拍照上傳。當(dāng)茶農(nóng)發(fā)現(xiàn)茶樹(shù)不正常時(shí)，遇到蟲害或病害，如茶葉色澤偏黃，葉子卷曲等，及時(shí)通過(guò)手機(jī)、高清攝像機(jī)等設(shè)備拍照，盡量使用分辨率高的設(shè)備以達(dá)到圖像盡可能清晰。打開(kāi)APP上傳。

4.2 預(yù)處理

預(yù)處理的目的是為了改善圖像質(zhì)量，提高匹配精度，減少后續(xù)算法的復(fù)雜度。分離背景區(qū)，分離模糊區(qū)，分離無(wú)效區(qū)，反映最基本的圖像特征。濾波，增強(qiáng)圖像，將灰度圖轉(zhuǎn)換成二值圖，統(tǒng)計(jì)最佳閥值。

4.3 特征提取

對(duì)圖像進(jìn)行遍歷，對(duì)細(xì)化后的圖像進(jìn)行端點(diǎn)和歧點(diǎn)的提取，找到唯一特征點(diǎn)。

4.4 對(duì)比匹配

將得到的圖像和數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖像進(jìn)行細(xì)節(jié)對(duì)比，通過(guò)相似性來(lái)判斷兩幅圖像的特征是否一致。

圖像識(shí)別技術(shù)需要多種算法的集合，以達(dá)到最佳識(shí)別效果。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與界面展示

系統(tǒng)人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)結(jié)合了Android SDK 提供的 LinearLayout 類、 RelativeLayout類和AbsoluteLayout類各自的優(yōu)勢(shì)，并采用其提供的多種Android高級(jí)控件，完成系統(tǒng)人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)用戶分為普通用戶和專家兩類，普通用戶主要是使用茶樹(shù)病蟲害查詢?cè)\斷，專家則是通過(guò)后臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行增加、刪降、修改等操作。

6 結(jié)束語(yǔ)

茶樹(shù)病蟲害本就是復(fù)雜的工程，環(huán)境多變，病變多樣。而基于Android平臺(tái)的茶樹(shù)病蟲害查詢?cè)\斷系統(tǒng)目前只是初具規(guī)模，只具備了常見(jiàn)的病蟲害信息，圖像識(shí)別技術(shù)也還需要更加準(zhǔn)確。下一步還需要不斷完善專家系統(tǒng)，提高交互智能化水平。使得病蟲害診斷更加準(zhǔn)確與智能化。