基于Web GIS的吉林省玉米病虫草害诊治专家系统的研究与应用

姚玉霞　张芸　隋庆茹　刘晓燕　韩智慧

摘要：本文利用网络地理信息系统（Web GIS）技术和可视化空间数据挖掘技术，结合不确定性推理、多媒体技术，针对吉林省玉米病虫害草发生的情况，充分考虑引起吉林玉米病害、虫害、草害发生的原因及不确定性的因素，将可视化、专家知识、农民经验、地理信息系统的有机结合，研究玉米病虫草害诊治智能专家系统进行推广，在吉林省部分地区的应用中取得了良好效果。

关键词：Web GIS 玉米病虫草害；专家系统

项目来源：吉林省教育厅“十二五”规划“吉林省玉米生产管理智能决策系统推广应用的研究”；长春科技学院“以IT认证为载体提升计算机专业大学生实践能力的研究”

中图分类号： S126 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2014.19.0012

吉林省玉米的病虫草害高达80多种，每年都因为病虫害草造成巨大玉米的减产损失，研究“基于Web GIS的吉林省玉米病虫草害智能专家系统”能对玉米病虫草害进行准确诊断，通过有效防治玉米病虫草害来提高玉米的产量与质量。最重要的手段之是一计算机技术在农业领域应用，通过计算机和信息技术，结合收集整理相关领域的知识、利用知识表示及推理策略、应用模型和专家经验为使用者提供生产指导。该系统不仅美观易用，还满足了农业生产服务的实际需求，具有很强的实用性。

1 Web GIS的在系统研制中的应用

Web GIS是建立在Web技术上的一种特殊环境下的地理信息系统，将万维网地理信息系统（Web GIS）应用于农业，解决现代化农业生产的实际问题。其主要特点是基于Intranet标准，数据来源丰富，可分布存储、分布式服务体系结构、发布速度快，范围广、维护方便、用户界面友好、系统建设和维护投资少，安全性和协同性强。

2玉米病虫草害专家系统的应用现状

目前，在玉米生产中应用的专家系统种类很多，已有许多课题也在研究相关的专家系统，但是，对于玉米病虫草害的防治大多是建立在粮食生产管理系统中所包含的一部分关于病虫害的防治，或者有专门的系统也都是单机版的较多，内容不全面，应用很有一定局限性。基于Web GIS的吉林省玉米病虫草害防治专家系统，是将因特网和GIS技术相结合，应用于玉米病虫草害防治。系统具有数据采集、信息查询、专题分析、诊治决策、后期预测等功能。以Web GIS为基础、计算机网络化构架技术和编程语言为手段，提出了基于Web GIS的玉米病虫草害系统的设计与开发思路来实现系统的构建；建立分析和管理的动态知识模型和网络化玉米病虫草害诊治专家决策系统，已经在吉林部分玉米种植区推广应用。

3 玉米病虫草害数据库的构建

3.1 研究数据来源

课题研究数据的主要来源是基于领域专家、专业书籍、网络资源、实验数据、农民经验等。方法是咨询该领域专家，专家大多是吉林大学农学院、吉林农业大学农学院、吉林省农业科学院植保所、榆树市科技局，农安、双阳、德惠、四平等地区的农业技术推广站和玉米专家，从他们那里得到相关数据资料。收集吉林省农委多年的测试数据，查阅本领域专著，教材及科相关论文等科技文献资料，进行整理、归纳后抽提相关知识。结合课题组积累的试验研究数据，根据玉米病虫草害与产量关系的试验，吸收示范区农技人员和农民的实践经验补充知识来源、图片数据来源于吉林农业大学植物保护教研室、榆树市科技局和吉林省农业科学院植保所。

3.2 数据库的内容构建

农业专家系统是一个具有大量农业专门知识与经验的计算机系统，它应用人工智能等技术、数据挖掘、依据领域知识和农业专家提供的特殊经验方法进行推理判断，模拟农业专家某一复杂农业问题进行决策，及时解决农业专家不在现场的问题。农业专家系统是现代精准农业的重要组成部分之一，系统的研制与应用是农业信息化、农业现代化和农业科技上水平的新途径。数据库内容包括生产数据库、知识数据库、病虫草害图像数据库等。玉米病虫草害标准图像实例数据库，主要包括信息丰富的玉米虫害、病害、杂草的典型形态特征。其中，玉米病虫草害的数据来源是收集整理玉米各时期的虫害、病害、草害等数据共计5316条，各类照片394张。数据库是用于记录当前问题的求解状态，存储除了知识库以外其他方面的数据信息，数据库中的内容是不断变化的。

3.3 专家系统的应用

所研制的“基于WebGIS的吉林省玉米病虫草害诊治专家系统”共分为前台管理系统和后台管理系统两大主模块。在前台管理系统包括三个模块：用户注册/登录、GIS系统和病虫草害查询和诊断系统；在后台管理系统中，主要包含了用户信息管理和信息录入两个子模块。系统界面友好，将文字与图片相结合，使用简单方便，为用户提供直观的数据选择的方式；不需要用户安装太多的软件或者插件，系统可靠性好，便于维护，易于移植、易于推广。对用户信息和知识库中的知识在后台管理模块实现维护的功能，可以对数据修改、添加、删除，并根据这些数据进行编辑、采集、统计分析各种空间数据。通过推理机对玉米病虫草害的发展趋势进行分析模拟，得出防治方法。本系统将GIS与ES相结合，将专家系统决策功能纳入地理信息系统，利用地理信息系统得出的结果，提高了专家系统决策的科学性。

系统软件运行环境是WINDOWS98及以上操作系统，硬件运行环境是20G以上硬盘、CPU赛扬300以上，64M以上内存。单击光盘中setup.exe进行自动安装，安装后即可使用。出现如下界面：

一是进入前台管理系统的主界面图1，进行病虫草害查询。

二是后台管理系统。管理员通过后台管理系统可以对用户进行管理，可以对用户进行查看、修改、添加/删除用户等，可以直接对数据库中的病、虫、草害等数据进行修改、增加、删除等操作和维护。管理员登录系统流程图4所示，在管理员用户名和密码的文本框内分别属用户名和密码，并输入随机产生的验证码，点击登陆就可以进入后台。

三是查询与诊治方法，以病害查询为例：

病害查询其方法步骤为在登录主界面以后，在主界面中间部分的下拉菜单中直接选择“病害”，点击按钮“查询”，弹出“病害查询” 界面，在弹出的“病害查询”界面中选择发病时期中“生长期”，在“请选择发病部位”的复选框中选择“叶部”，在“发病症状”文本框内输入玉米发病时的症状信息，输入完以后再点击“查询” 按钮，在页面的右边就会显示出“病害名称”，同时，在图片框中显示小斑病的图像，在防治方法的文本框中，描述了小斑病防治的方法。

虫害查询：以玉米螟查询为例进行方法步骤的说明。在主界面中的下拉菜单中直接选择“虫害”，点击“查询”按钮，弹出“虫害查询” 界面，在“请选择发病时期”的复选框中选择“生长期”，选择“幼虫”，在“发病症状”框中输入“幼虫危害幼叶，点击下方的“查询” 按钮，就会显示出“虫害名称”及图片框中出现玉米螟的图像，在防治方法的文本框中，分别描述了玉米螟防治的方法。

草害查询：在主界面下拉菜单中选择“杂草”，点击按钮“查询”，弹出“杂草查询” 界面，在“根系种类”中选择“直根系”，在“发病症状”框中输入“秆直立，基部倾斜或膝曲，光滑无毛”，再单击下方的“查询” 按钮，在右边就会显示出“杂草名称”，然后在图片框中出现稗草的图像，在防治方法的文本框中，描述了稗草防治的方法。除此以外，还可以采取在主界面的下方有数据信息查询，在信息查询中分别列出了玉米的病害、虫害和草害主要的信息。点击所要查询的名称，可以直接链接到各自相关的知识表。这里就不一一说明。

近年来随着课题研究的进一步深入，该系统作为省教育厅“十二五”科研课题“吉林省玉米生产管理智能决策系统推广应用的研究”的一部分，使得传统的GIS有了新的发展空间，使是所研究的系统得到了进一步的应用，在应用的过程中，积累了大量的农业数据，获取相应的知识，为了更好的对玉米的进行管理、分析和决策，研制了“基于WebGIS的玉米智能决策系统”，实现了一个面向农民用户的玉米病虫害防治专家系统，应用效果良好，提高了粮食产量。

参考文献

[1]刘孝永，等.病虫害专家系统研究进展[J].山东农业科学，2013，（9）：138-143.

[2]李东朝，等.农业专家系统的发展概识与展望[J].农业网络信息，2009，（2）：4-7.

[3]武向良等，农业专家系统研究进展及发展方向[J].农机化研究，2008，（1）：235-238.

[4]苏利等，大宗农作物病虫害防治数据库管理系统的研究[J].陕西农业科学，2009，（4）：66-72.

[5]彭莹琼，等.B/S模式的水稻病虫害诊断专家系统研究[J].江西农业大学学报，2008，（6）：1157-1160.

[6]古乐声，张宝剑，等.基于CBR的小麦病虫害专家系统的研究与实践[J].广东农业科学，2009，（8）：253-255.

作者简介：姚玉霞，长春科技学院，教授，硕士生导师，研究方向：计算机与应用。

三是查询与诊治方法，以病害查询为例：

病害查询其方法步骤为在登录主界面以后，在主界面中间部分的下拉菜单中直接选择“病害”，点击按钮“查询”，弹出“病害查询” 界面，在弹出的“病害查询”界面中选择发病时期中“生长期”，在“请选择发病部位”的复选框中选择“叶部”，在“发病症状”文本框内输入玉米发病时的症状信息，输入完以后再点击“查询” 按钮，在页面的右边就会显示出“病害名称”，同时，在图片框中显示小斑病的图像，在防治方法的文本框中，描述了小斑病防治的方法。

虫害查询：以玉米螟查询为例进行方法步骤的说明。在主界面中的下拉菜单中直接选择“虫害”，点击“查询”按钮，弹出“虫害查询” 界面，在“请选择发病时期”的复选框中选择“生长期”，选择“幼虫”，在“发病症状”框中输入“幼虫危害幼叶，点击下方的“查询” 按钮，就会显示出“虫害名称”及图片框中出现玉米螟的图像，在防治方法的文本框中，分别描述了玉米螟防治的方法。

草害查询：在主界面下拉菜单中选择“杂草”，点击按钮“查询”，弹出“杂草查询” 界面，在“根系种类”中选择“直根系”，在“发病症状”框中输入“秆直立，基部倾斜或膝曲，光滑无毛”，再单击下方的“查询” 按钮，在右边就会显示出“杂草名称”，然后在图片框中出现稗草的图像，在防治方法的文本框中，描述了稗草防治的方法。除此以外，还可以采取在主界面的下方有数据信息查询，在信息查询中分别列出了玉米的病害、虫害和草害主要的信息。点击所要查询的名称，可以直接链接到各自相关的知识表。这里就不一一说明。

近年来随着课题研究的进一步深入，该系统作为省教育厅“十二五”科研课题“吉林省玉米生产管理智能决策系统推广应用的研究”的一部分，使得传统的GIS有了新的发展空间，使是所研究的系统得到了进一步的应用，在应用的过程中，积累了大量的农业数据，获取相应的知识，为了更好的对玉米的进行管理、分析和决策，研制了“基于WebGIS的玉米智能决策系统”，实现了一个面向农民用户的玉米病虫害防治专家系统，应用效果良好，提高了粮食产量。

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[6]古乐声，张宝剑，等.基于CBR的小麦病虫害专家系统的研究与实践[J].广东农业科学，2009，（8）：253-255.

作者简介：姚玉霞，长春科技学院，教授，硕士生导师，研究方向：计算机与应用。

三是查询与诊治方法，以病害查询为例：

病害查询其方法步骤为在登录主界面以后，在主界面中间部分的下拉菜单中直接选择“病害”，点击按钮“查询”，弹出“病害查询” 界面，在弹出的“病害查询”界面中选择发病时期中“生长期”，在“请选择发病部位”的复选框中选择“叶部”，在“发病症状”文本框内输入玉米发病时的症状信息，输入完以后再点击“查询” 按钮，在页面的右边就会显示出“病害名称”，同时，在图片框中显示小斑病的图像，在防治方法的文本框中，描述了小斑病防治的方法。

虫害查询：以玉米螟查询为例进行方法步骤的说明。在主界面中的下拉菜单中直接选择“虫害”，点击“查询”按钮，弹出“虫害查询” 界面，在“请选择发病时期”的复选框中选择“生长期”，选择“幼虫”，在“发病症状”框中输入“幼虫危害幼叶，点击下方的“查询” 按钮，就会显示出“虫害名称”及图片框中出现玉米螟的图像，在防治方法的文本框中，分别描述了玉米螟防治的方法。

草害查询：在主界面下拉菜单中选择“杂草”，点击按钮“查询”，弹出“杂草查询” 界面，在“根系种类”中选择“直根系”，在“发病症状”框中输入“秆直立，基部倾斜或膝曲，光滑无毛”，再单击下方的“查询” 按钮，在右边就会显示出“杂草名称”，然后在图片框中出现稗草的图像，在防治方法的文本框中，描述了稗草防治的方法。除此以外，还可以采取在主界面的下方有数据信息查询，在信息查询中分别列出了玉米的病害、虫害和草害主要的信息。点击所要查询的名称，可以直接链接到各自相关的知识表。这里就不一一说明。

近年来随着课题研究的进一步深入，该系统作为省教育厅“十二五”科研课题“吉林省玉米生产管理智能决策系统推广应用的研究”的一部分，使得传统的GIS有了新的发展空间，使是所研究的系统得到了进一步的应用，在应用的过程中，积累了大量的农业数据，获取相应的知识，为了更好的对玉米的进行管理、分析和决策，研制了“基于WebGIS的玉米智能决策系统”，实现了一个面向农民用户的玉米病虫害防治专家系统，应用效果良好，提高了粮食产量。

参考文献

[1]刘孝永，等.病虫害专家系统研究进展[J].山东农业科学，2013，（9）：138-143.

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[4]苏利等，大宗农作物病虫害防治数据库管理系统的研究[J].陕西农业科学，2009，（4）：66-72.

[5]彭莹琼，等.B/S模式的水稻病虫害诊断专家系统研究[J].江西农业大学学报，2008，（6）：1157-1160.

[6]古乐声，张宝剑，等.基于CBR的小麦病虫害专家系统的研究与实践[J].广东农业科学，2009，（8）：253-255.

作者简介：姚玉霞，长春科技学院，教授，硕士生导师，研究方向：计算机与应用。