<p>北方園藝（）： ·農(nóng)業(yè)信息技術(shù) ·第一作者簡介 ：錢曄 （），女 ，安徽巢湖人 ，博士 ，講師 ，研究方向為農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)與軟件工程形式化方法 。：責任作者 ：孫吉紅 （），男 ，碩士 ，助理研究員 ，研究方向為人工智能與農(nóng)業(yè)信息化技術(shù) 。：基金項目 ：云南省重大科技專項計劃資助項目 （）；云南農(nóng)業(yè)大學社會科學中青年資助項目 （）。收稿日期 ：基于手機系統(tǒng)的月季病蟲害智能系統(tǒng)研究錢曄，李超，李彤，孫 吉 紅，沈 穎 鳴，蔡 名 飛（云南農(nóng)業(yè)大學 大數(shù)據(jù)學院（信息工程學院 ），云南 昆明；云南省高校農(nóng)業(yè)信息技術(shù)重點實驗室，云南 昆明 ；昆明晶坤科技有限責任公司 ，云南 昆明 ；云南農(nóng)業(yè)大學 校黨委 ，云南 昆明 ；云南省科學技術(shù)院 ，云南 昆明 ）摘要 ：為加強鮮切花質(zhì)量等級管理 ，確保種植戶獲得最大的利潤 ，從方便種植戶使用的角度出發(fā) ，以月季鮮切花為例 ，提出了構(gòu)建基于手機系統(tǒng)的月季病蟲害智能診斷系統(tǒng) 。在系統(tǒng)工程思想的指導下 ，利用系統(tǒng) 、數(shù)據(jù)庫技術(shù) 、聚類算法 、軟件工程 、管理信息系統(tǒng) 、平臺等相關(guān)知識及技術(shù)進行系統(tǒng)的設計和手機的開發(fā) ，實現(xiàn)了月季鮮切花從種苗種植到采摘的全過程 ，根據(jù)月季葉片 、莖桿等出現(xiàn)的癥狀識別病害 、蟲害的名稱 ，并得出治療的方案 。針對智能診斷系統(tǒng)進行現(xiàn)場測試 ，采用聚類分析算法在平臺上進行分析 ，提出對智能診斷系統(tǒng)改進的方案 ，實現(xiàn)智能化 、便捷化的手機病蟲害智能診斷系統(tǒng) ，有效加強鮮切花種植管理的安全性及高效性 ，保障了種植戶及鮮切花種植企業(yè)的利益 。關(guān)鍵詞 ：質(zhì)量 ；最大利潤 ；智能診斷系統(tǒng) ；安卓 ；聚類分析中圖分類號 ： 文獻標識碼 ： 文章編號 ：（）伴隨著智慧農(nóng)業(yè) 、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展 ，人們對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活的品質(zhì)提出了更高的要求 ，種植戶希望現(xiàn)代信息技術(shù)能夠以簡單便捷的方式提供種植采摘全流程的信息 ，確保農(nóng)作物的質(zhì)量和品質(zhì) 。然而 ，管理信息系統(tǒng) 、專家系統(tǒng)等信息技術(shù)的出現(xiàn)僅從技術(shù)上解決了農(nóng)作物種植的難題 。針對普通種植戶簡便易用的一種模式尚未出現(xiàn) 。就技術(shù)而言 ，在世紀年代初期 ，我國農(nóng)業(yè)信息技術(shù)已經(jīng)應用機個人數(shù)字助理等應用終端 ，對蘋果 、玉米等農(nóng)作物病蟲害 、澆水 、施肥等農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)進行開發(fā)及研究。到了世紀 ，嵌入式系統(tǒng)的迅速發(fā)展 ，智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)實現(xiàn)了機遠程控制 ，只要在聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)下 ，擁有一臺機 ，就能實現(xiàn)遠程澆水 、施肥 、噴灑農(nóng)藥 ，控制溫度 、濕度等功能 ，真正實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息化 。隨著智能手機的出現(xiàn) 、網(wǎng)絡技術(shù)的成熟化 、的普及化 、神經(jīng)網(wǎng)絡 、聚類分析在農(nóng)業(yè)中的應用使得農(nóng)業(yè)信息技術(shù)不斷更新變化 ，向智慧農(nóng)業(yè)提出更高的要求 。近年來 ，云南省鮮切花產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展 ，年產(chǎn)量突破了億枝 ，產(chǎn)值突破億元 ，鞏固了亞洲最大鮮切花生產(chǎn)基地和銷售基地的地位 ，鮮切花銷售量占全國銷售量的。而鮮切花產(chǎn)業(yè)逐漸成為云南支柱產(chǎn)業(yè)之一的前提是依賴于云南特殊的地理位置和氣候條件 ，鮮切花的種植 、采收仍處于傳統(tǒng)的種植方式 ，經(jīng)驗仍是種植戶種植管理的依據(jù) ，每年大量的低等級的鮮切花產(chǎn)出 ，不但影響了云南優(yōu)質(zhì)鮮切花的數(shù)量 ，而且對種植戶的經(jīng)濟收入也造成了重大的影響 ?，F(xiàn)在 ，急需一個指導種植戶進行種植 ，方便 、簡潔的設備出現(xiàn) 。該研究針對目前云南省鮮切花產(chǎn)業(yè)存在的問題提出了一種基于手機的鮮切花病蟲害智能系統(tǒng) ，以月季鮮切花為例 ，研究并開發(fā)了基于手機系統(tǒng)的月季病蟲害智能診斷系統(tǒng) ，為農(nóng)戶種植月季鮮切花提供了簡單便捷的方式 ，并通過聚類分析算法對種植戶使用的情況進行分析 ，確保系統(tǒng)安全可靠 ，為提升云南省鮮切花品質(zhì)做出應有的貢獻 。 基于手機系統(tǒng)的月季病蟲害智能診斷系統(tǒng)的設計在基于手機系統(tǒng)的鮮切花病蟲害智能診斷系統(tǒng)通用開發(fā)環(huán)境中 ，以月季鮮切花為例 ，對該系統(tǒng)進行詳細設計 。 智能診斷系統(tǒng)架構(gòu)設計從鮮切花種植 、采收的角度出發(fā) ，對鮮切花生產(chǎn)各環(huán)節(jié)進行剖析 ，確保鮮切花種植的品質(zhì) ，系統(tǒng)采用面向服務的體系構(gòu)架進行設計，將系統(tǒng)分為用戶層 、展示層 、應用層 、支持服務層 、數(shù)據(jù)層 ，具體結(jié)構(gòu)如圖所示 。圖 基于 手機系統(tǒng)的月季病蟲害智能診斷系統(tǒng)構(gòu)架 ）數(shù)據(jù)層 。為了提高手機的運行速度 ，采用數(shù)據(jù)庫 ，處理月季病蟲害診斷系統(tǒng)中的各種復雜問題，完成系統(tǒng)的開發(fā) ，實現(xiàn)月季鮮切花病蟲害智能診斷系統(tǒng)在手機中的應用 。）支持服務層 ?；谑謾C系統(tǒng)的月季病蟲害智能診斷系統(tǒng)是在系統(tǒng)的平臺下 ，采用數(shù)據(jù)庫 ，開發(fā)手機，實現(xiàn)月季鮮切花病蟲害智能診斷功能 ，并根據(jù)專家對該平臺診斷功能的準確率的判斷 ，采用聚類算法進行分析 。）應用層 。針對月季病蟲害智能診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)的核心要求，將用戶分為散戶 、種植戶 、企業(yè)種類型 ，根據(jù)不同類型的用戶采取不同的管理模式 ，使得整個系統(tǒng)實現(xiàn)多用戶管理 、多維數(shù)據(jù)輸入 、多維數(shù)據(jù)分析的強大功能 。）展示層 。系統(tǒng)為用戶提供了人機交互的界面 ，使用系統(tǒng)進行編程 ，使得用戶可以采用手機進行操作 ，便于種植戶在田間發(fā)現(xiàn)問題 、查詢問題 、得出解決問題的方案 。對于散戶而北方園藝月 （下 ）言 ，提供的是一個類似專家系統(tǒng)的手機，結(jié)束了出現(xiàn)問題必須找技術(shù)人員的傳統(tǒng)方式 ，既費時又費力的現(xiàn)狀 ；對于種植戶而言 ，提供的是一個方便攜帶的決策系統(tǒng) ，解決病蟲害危害月季的危機 ；對于企業(yè)而言 ，解決了企業(yè)員工種植技術(shù)的問題和新員工缺乏技術(shù)的難題 ；對于企業(yè)家 、科研人員而言 ，通過種植戶使用該系統(tǒng)收集相關(guān)數(shù)據(jù) ，用于科學研究 。）用戶層 。系統(tǒng)將用戶分為散戶 、種植戶 、企業(yè)種 ，每類用戶具有各自的特點 ，共同支持系統(tǒng)的運行和維護 。 智能診斷系統(tǒng)知識表的構(gòu)建結(jié)合月季鮮切花病害 、蟲害對月季植株的危害癥狀 、發(fā)生時間段 、藥物防治的措施等 。分別對月季病害 、蟲害的各項特征進行歸納總結(jié) ，設計了月季鮮切花病害 、蟲害知識表 ，為系統(tǒng)推理機的實現(xiàn)奠定基礎 。智能診斷系統(tǒng)知識表如表、所示 。表 月季鮮切花蟲害模塊 蟲害名稱 蟲害癥狀 防治方法 蚜蟲 葉片皺縮 、卷曲 、畸形不能伸展 使用國光的蟲蟲殺 、先正達卉健等薊馬 頂端枯死 ，表皮呈灰褐色 ，出現(xiàn)變形 、卷曲 使用國光的蟲蟲殺 、先正達卉健等紅蜘蛛 受害葉上形成灰白色小點 ，而后葉片黃弱 ，似被火烤干視蟲情每隔 防治 次 ，連續(xù)噴 次 ?？蛇x用 阿維菌素 、達螨靈 、金滿枝 、諾普信尼滿諾等藥劑月季葉峰 葉片造成孔洞和缺刻 ，嚴重時葉片嫩梢啃食殆盡 在蟲害發(fā)生初期噴灑辛硫磷 、高氯甲維鹽 、氯氰菊酯類的藥劑進行防治月季切葉蜂 葉緣被剪切成許多很規(guī)則的橢圓形切口 ，造成葉殘花疏可于幼蟲期或者成蟲發(fā)生初期噴施先正達卉健 、國光必治 、辛硫磷 、高氯甲維鹽 、菊酯類藥劑表 月季鮮切花病害模塊 病害名稱 病害癥狀 防治方法 月季黑斑病 葉片紫褐色至褐色小點 ，黑色或深褐色早春發(fā)芽前 ，噴石硫合劑 ，以鏟除病菌 ；萌芽后 ，可噴灑先正達卉樂 、杜邦福星或百菌清 ，輪替用藥 ，每 噴 次 。若發(fā)病 ，縮短噴藥間隔 ，噴 次月季白粉病 葉片皺縮 、卷曲呈畸形 ，表面布滿白色粉層 發(fā)病初期可噴灑粉銹寧或甲基托布津 ，腈菌唑等藥劑月季霜霉病 葉片布滿霜狀霉層 ，后期呈暗紫色 ，直至變成褐色噴施 國光代森錳鋅 、大生 、百菌清等藥劑 ，每隔 噴 次 ，連噴 次月季銹葉病 葉片出現(xiàn)像銹跡一樣的粉狀顆粒 國光代森錳鋅 、大生百菌清輪換交替使用月季根莖潰瘍病月季的莖皮層初稍褪色壞死 ，后擴展成水漬狀不規(guī)則黑色病斑 ，邊緣干枯農(nóng)用鏈霉素 、立枯凈 （澆根 ），也可用 甲醛 倍液噴灑表土月季枝枯病修剪枝條傷口及嫁接出莖上 ，初生紫色小斑 ，后擴大呈中央淺褐色 、邊緣紫紅色的橢圓形或不規(guī)則形斑休眠期里噴灑石硫合劑 ，以鏟除病菌 ；月 （發(fā)病前期 ）噴灑多菌靈 、甲基托布津 ，或退菌特等藥劑 智能診斷系統(tǒng)設計 智能診斷系統(tǒng)業(yè)務流程設計根據(jù)智能診斷系統(tǒng)架構(gòu)設計和推理機正向推理的方法 ，系統(tǒng)結(jié)合智能診斷系統(tǒng)知識表 ，從種植戶的實際需求出發(fā) ，以手機方便攜帶的功能性 、實用性為切入點 ，以智能診斷系統(tǒng)業(yè)務流程為主線 ，通過對鮮切花種植過程中 ，病害 、蟲害的主要特征進行剖析 ，設計基于系統(tǒng)的鮮切花病蟲害智能診斷手機系統(tǒng) ，實現(xiàn)一個手機就能解決咨詢專家的功能 ，來滿足散戶 、種植戶 、鮮切花生產(chǎn)商對日常種植維護的需求 ，在系統(tǒng)進行智能診斷之后 ，通過相關(guān)專家的評價 ，確定系統(tǒng)的實用性 、便捷性 。其推理機的核心業(yè)務流程如圖所示 。由圖可知 ，系統(tǒng)中推理機使用了知識表中的數(shù)據(jù) ，將數(shù)據(jù)提供給散戶 、種植戶等用戶選擇 ， 第 期北方園藝圖 推理機程序流程 避免不規(guī)范的信息輸入 ，影響推理結(jié)果 ，降低推理的準確性 。推理機在實現(xiàn)系統(tǒng)功能的過程中 ，為實現(xiàn)在手機上直接進行推理 ，得出有效的信息 ，該研究引入了類，通過類的靜態(tài)方式創(chuàng)建基于系統(tǒng)的低存量 、高運行類數(shù)據(jù)庫 ，實現(xiàn)增加 、刪除 、查詢 、修改等功能。 智能診斷系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設計基于系統(tǒng)的鮮切花病蟲害智能診斷系統(tǒng)是以手機作為載體 ，針對鮮切花種植過程中病害 、蟲害發(fā)生的情況 ，以智能手機為使用平臺 ，以月季鮮切花為例 ，建立知識表 ，采用語言開發(fā)手機，為散戶 、種植戶 、鮮切花生產(chǎn)商進行種植管理提供科學依據(jù)，提高鮮切花種植的質(zhì)量 。根據(jù)系統(tǒng)工程中頂層設計的思想 ，采用模塊化的設計思想，對鮮切花病蟲害智能診斷系統(tǒng)進行設計 。該系統(tǒng)包括個模塊 ，第一個是月季鮮切花蟲害診斷 、治療模塊 ，第二個是月季鮮切花病害診斷 、治療模塊 。月季鮮切花蟲害診斷 、治療模塊包含了月季在種植過程中葉片上出現(xiàn)的所有蟲害的特征 ，根據(jù)特征的描述進行選擇 ，依據(jù)相應的選擇 ，系統(tǒng)將自動顯示蟲害詳情 、名稱及防治方法 。月季鮮切花病害診斷 、治療模塊包含了月季在種植過程中各種病害對月季植株 、葉片 、花蕾等危害的癥狀 ，根據(jù)月季顯示的癥狀 ，在手機中選擇對應的選項 ，將與病害癥狀相匹配 ，系統(tǒng)自動顯示病害名稱及治療方法供使用者參考 。系統(tǒng)模塊功能如圖所示 。圖 鮮切花病蟲害智能系統(tǒng)功能模塊 基于手機系統(tǒng)月季病蟲害智能診斷系統(tǒng)的實現(xiàn) 鮮切花病蟲害智能診斷系統(tǒng)的集成應用在開發(fā)手機的基礎上 ，采用簡單 、友好的人機交互界面 ，引導用戶尋找方便實用的決策規(guī)則 ，是智慧農(nóng)業(yè)在移動界面端推廣應用的前提條件。該 系 統(tǒng) 的 人 機 交 互 界 面 設 計 以系統(tǒng)為開發(fā)平臺 ，采用系統(tǒng)開發(fā)空間 ，在充分征求了大量鮮切花種植戶建議的前提下 ，以界面簡潔 、系統(tǒng)操作簡單 、標簽配合圖片等形式 ，使得不同文化水平的種植戶能夠快速掌握操作 ，完成系統(tǒng)界面設計 。 鮮切花病蟲害智能診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)系統(tǒng)以手機的形式在手機界面上呈現(xiàn) ，主要分為普通用戶 、高級用戶和管理員個權(quán)限 ，其中普通用戶僅能進入鮮切花蟲害子系統(tǒng)進行查詢 ，而高級用戶能夠?qū)崿F(xiàn)前臺的所有功能 ，管理員主要權(quán)限是通過對后臺鮮切花病害 、蟲害癥狀 、名稱 、防治方法的修改 、增加 、刪除 ，不斷完善系統(tǒng)功能 、性能 。北方園藝月 （下 ） 鮮切花病蟲害智能診斷系統(tǒng)測試系統(tǒng)以 、 作為測試機 ，分別在云南省高校農(nóng)業(yè)信息技術(shù)重點實驗室 （簡稱重點實驗室 ）及月季鮮切花種植基地進行測試 。首先 ，重點實驗室研究人員在測試過程中提出了相應的修改意見 （包括了在界面設計中進一步凝練鮮切花病害 、蟲害的重要特征以及在界面中增加形象生動的圖片幫助理解 ），完善系統(tǒng)功能 ；在月季鮮切花種植基地 ，邀請了不同年齡段的種植人員人進行測試 ，在充分說明系統(tǒng)操作步驟及系統(tǒng)功能的前提下 ，進行測試 。測試結(jié)果顯示 ：人都能夠?qū)ο到y(tǒng)進行操作 ，并且一致認為系統(tǒng)使用方便 、實用性強 ；人準確選擇了鮮切花病害和蟲害的特征 ，成功找出月季的病害詳情 ，得出正確的防 治 方 法 。測試結(jié)果顯示診斷準確率達到。圖為鮮切花病蟲害智能診斷系統(tǒng)界面 ，顯示了用戶在使用過程中的查詢和診斷功能 ，展示了設計中的簡單便捷及實用性 。圖 系統(tǒng)界面 鮮切花病蟲害智能診斷系統(tǒng)測試及結(jié)果分析近年來 ，人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展 ，使得人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法重新回到了高新科技的前沿 ，時間序列預測、模式識別、組合優(yōu)化等領域 ，已經(jīng)成為智能模型應用的典型。在基于手機系統(tǒng)的月季病蟲害智能診斷系統(tǒng)實現(xiàn)的過程中 ，測試無疑是檢驗診斷系統(tǒng)功能是否完善的最佳方法 ，如表、所示 ，展示了月季鮮切花病害 、蟲害的癥狀 （共種 ），每種癥狀對應著一種病害（蟲害 ）。 聚類分析借助軟件 ，選擇時間序列中的聚類分析算法 ，采用歐氏距離對月季鮮切花中病害 、蟲害之間的相似性進行計算 ，找出它們之間的距離，計算公式如下 ：（）槡（）。式中 ，表示區(qū)域及區(qū)域月季鮮切花所有病害 、蟲害之間的相似性系數(shù) ；表示區(qū)域指標標準化指標值 ；表示區(qū)域指標標準化指標 值 ；表示月季鮮切花各種病害 、蟲 害 的總數(shù) 。 聚類分析算法在鮮切花病蟲害智能診斷系統(tǒng)測試中的應用根據(jù)中測試的結(jié)果 ，將測試中發(fā)生錯誤的例進行詳細分析 ，結(jié)果發(fā)現(xiàn) ，被測試人員將月季白粉病與發(fā)病早期的月季霜霉病混淆 ，將薊馬蟲害和月季黑斑病混淆 ，其余病害 、蟲害均能正確進行識別 。深究其原因 ，發(fā)現(xiàn)發(fā)生混淆的種病 第 期北方園藝蟲害 在 癥 狀 上 有 相 似 的 地 方 ，為 了 將 基 于手機系統(tǒng)的月季病蟲害智能診斷系統(tǒng)推出市場 ，將引入智能算法對現(xiàn)有系統(tǒng)進行分析 ，得出有效的修改意見 。首先 ，將種病蟲害的癥狀詳細分解為種不同的特征 ，標記為 “”。其次是進行重新組合 ，即某幾個特征對應一種病害或者蟲害 。將容易發(fā)生混淆的病害或者蟲害進行數(shù)字標記 。例如 ：將月季白粉病的個特征標記為 “”“”“”；將發(fā)病早期的月季霜霉病的特征標記為 “”（根據(jù)白粉病與早期的月季霜霉病有一個共同的特征 ）；將薊馬蟲害的特征標記為 “”“”“”，將月季黑斑病的特征標記為 “”或 “”或 “”或 “”。以上數(shù)據(jù)標記可以看出月季葉片上只出現(xiàn) “”這個特征時 ，月季應該是患發(fā)病早期的月季霜霉病 ；同時出現(xiàn) “”“”“”個特征時 ，月季患白粉病 。根據(jù)以上的分析 ，將月季鮮切花常見的種病蟲害進行相應的標記 ，每種病蟲害帶有種特征 ，采用時間序列分析中的聚類算法計算每種病蟲害之間的距離 。將距離最短的種病蟲害挑選出來 ，對鮮切花病蟲害智能診斷系統(tǒng)的界面進行標識 ，提醒被測試人員的關(guān)注 ，可以降低測試的錯誤率 。通過聚類分析計算種癥狀之間的距離發(fā)現(xiàn)發(fā)病早期的月季霜霉病特征與白粉病特征之間的距離最短 。應該在界面上對這種病害的圖標進行標識 。在對系統(tǒng)設計進行改進之后 ，針對月季鮮切花病蟲害診斷系統(tǒng)進行重新測試 ，在與第一次試驗同樣的條件下進行試驗測試 ，結(jié)果顯示人受測試人員中 ，人的測試結(jié)果是準確的 ，其中人測試錯誤不排除操作前不認真聽取說明的情況 。 結(jié)論及展望）基于手機系統(tǒng)的月季病蟲害智能系統(tǒng)不僅可以在月季鮮切花種植中使用 ，只要將月季智能診斷系統(tǒng)知識表更改為鮮切花的智能診斷系統(tǒng)知識表 ，將可以建立基于手機系統(tǒng)的鮮切花病蟲害智能通用系統(tǒng) 。）在引入智能算法對第一輪測試結(jié)果進行詳細分析的基礎上 ，從不同年齡段種植戶的角度出發(fā) ，綜合運用聚類分析算法 、軟件工程 、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和管理信息系統(tǒng)學 、植物病理學等多學科結(jié)合 ，構(gòu)建了基于手機系統(tǒng)的月季病蟲害智能診斷系統(tǒng) 。該系統(tǒng)可以為鮮切花種植戶提供智能化 、便捷化的手機病蟲害智能診斷系統(tǒng) ，方便種植戶識別鮮切花病蟲害 ，及時 、有效的查閱解決病蟲害的方法 ，確保鮮切花的產(chǎn)量和品質(zhì) 。同時 ，保障了種植戶及鮮切花種植企業(yè)的利益 。參考文獻胡建東 ，余泳昌 ，江敏 ，等 作物施肥通專家系統(tǒng)的技術(shù)研究 農(nóng)業(yè)工程學報 ，（）：郭銀巧 ，郭新宇 ，李存東 ，等 基于知識模型的玉米栽培管理決策支持系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)工程學報 ，（）：劉晴蕊 ，何東健 ，張宏鳴 ，等 蘋果病害智能診斷方法研究與設計 農(nóng)機化研究 ，（）：，陳立平 ，王東輝 ，趙春江 ，等 掌上電腦農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)平臺的研究與開發(fā) 農(nóng)業(yè)工程學報 ，（）：涂運華 ，王東輝 ，趙春江 基于 的 農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)平臺的研究與開發(fā) 高 技 術(shù) 通 訊 ，（）：雷宏洲 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