落叶松球蚜种群密度林间调查辅助系统的设计与实现

刘佳妮+迮兴业+于鹤英

摘要：落叶松球蚜种群密度林间调查辅助系统是一个辅助调查落叶松林受球蚜危害程度的系统。该系统可以实现对落叶松林内球蚜样本数据的图像进行处理、对样本数据进行后续处理、建立基于移动设备的监测管理机制等等功能。本文讲述了如何利用数字图像处理技术、数据库应用技术和移动客户端开发技术，通过编程的方式，设计出落叶松球种群密度林间调查辅助系统。

关键词：图像识别；落叶松球蚜；调查辅助系统

0.引言

落叶松球蚜类害虫为吉林省中东部常发性害虫，对吉林省落叶松和云杉树种的生长造成极大的危害。该虫如在落叶松针叶上发生严重，会严重影响落叶松苗木的生长及营销。如遭受球蚜危害严重，其售价将大幅度下降，将会造成较大经济损失。据统计，如对其通过有效的防治，可挽回30%的经济损失，全省可获经济效益0.1亿～0.2亿元。

由于落叶松球蚜类害虫生活史复杂，形态多样，世代交错，繁殖力强，种群增速快，既有无性孤雌繁殖，又有有性繁殖，故对其调查和防治特别困难，而且防治方法往往不得当，造成防治失败。

1.系统简介

落叶松球蚜种群密度林间调查辅助系统的主要目标是利用编程实现对落叶松林受球蚜害程度的辅助调查，使工作人员能通过智能手机的拍照功能完成调查工作。

要完成上述目标，需要应用数字图像处理技术统计样本中所含球蚜个数的信息、应用数据库技术对大量样本信息进行统计并录入调查表、应用移动设备的客户端开发技术实现本项目在手机APP上的应用、利用移动设备的GPS功能实现对工作人员工作的管理和监督的功能。

本系统改变了传统的落叶松受球蚜害的调查方法、调查模式并对护林工作人员的工作进行了管理。大大的提高了落叶松护林工作者们的工作效率、提高了落叶松林受球蚜害信息的时效性、避免了因为获得落叶松受球蚜害信息不及时而造成的不能及时对症下药的问题，从而可以大幅度的减少落叶松林受球蚜害而造成的经济损失。

2.系统设计

本系统是通过编程的手段将数字图像处理技术、移动设备开发技术、应用数据库技术等结合起来，实现辅助落叶松球蚜的调查作用的系统。使管理者可以通过系统给林业工作者下达任务，林业工作者可以通过手机客户端收集有关落叶松球蚜的图片信息，然后将数据传入系统，系统分析并处理这些数据，然后返回给管理员最后的结果。过程如图一所示。

落叶松球蚜种群密度林间调查辅助系统主要用于为护林人员设置巡视点、制做巡视计划、收集巡视人员收集的图像数据、统计分析数据。

巡视人员的工作主要是负责拍摄落叶松球蚜的图片并发送到落叶松球蚜群密度林间调查辅助系统。本系统先利用数字图像处理技术进行落叶松球蚜虫的计数，然后将数据输入数据库，根据算法计算落叶松球蚜受灾情况，然后根据结果调用数据库中存储的各种程度落叶松球蚜虫害治理方法，将治理方法发送给相关的护林人员。

2.1系统框架

（1）信息传递部分。信息传递部分主要包括下发巡视任务、巡视签到、调查信息录入、移动上传、工作流程管理、监督提醒、任务分配、数据查询等功能，从中间部分调用相关的API，结合各个落叶松林的需求提供定制化的巡视计划。

（2）中间部分。中间部分主要包括工作流支撑、报表生成、工作人员管理、统计分析数据、移动接入等功能，提供通用化的API，供信息传递部分调用。

（3）数据库部分。数据库部分主要包括图像数据、处理后的数据和 GPS 数据，通过对于图像数据的接入、调用、归档存储，可以在系统中实现对数据的科学管理和统筹规划。

（4）网络传输部分。网络传输部分主要包括链路传输、数据推送服务、数据发布服务、数据虚拟服务。网络传输部分提供系统传输的链路和通道，为平台与其他已有信息系统的互联互通提供了接口，使得系统具备信息发布和信息推送的能力。

2.2 手机客户端

（1）手机客户端子系统。根据吉林省林业巡视管理工作的具体要求，落叶松球蚜种群密度林间调查辅助系统开发了手机客户端子系统、电脑服务器端数据接收系统、电脑查询显示平台、数字图像处理系统、数据分析处理系统、数据库调用系统。中央服务器将巡视任务发送至手机客户端，当巡视人员抵达指定位置时，系统会自动签到，巡視人员利用手机客户端的拍照功能可以开始进行提取图像数据。若巡视地点都提取了图像，经系统确认后可以将图像数据直接上传至中央服务器。当巡视数据存在问题时（图片模糊不清），巡视操作人员可以直接通过手机客户端直接重新拍摄，在整个过程中系统将自动定位。完成全部的巡视任务后，系统会将所有图像数据和定位数据直接上传至中央服务器。在上传过程中，假如由于外界原因影响，手机客户端无法获得信号，图像数据将暂存在手机客户端的缓存中，等待巡视人员到达有信号的位置时自动在后台将数据上传至中央服务器。手机客户端巡视签到功能结构，如图三所示。

（2）手机客户端采集的数据。系统可以通过手机客户端进行数据的采集与上传。手机客户端的操作流程，如图四所示。

2.3 管理平台

系统对落叶松林业巡视、护林人员调度等巡视工作制定了严谨、闭合的工作流程，通过对巡查巡视管理平台进行数字化、流程化管理，可以便捷地进行数据的采集、收集与整理。系统通过智能分区，实现了使用单位按照管辖范围将落叶松林按区域进行条块划分的功能。管理平台建立了工作统计、任务管理、统计分析、人员任务分配、任务下发、巡视点位管理、人员管理、督促专题、电子监察、系统公告10个模块，使各部分完美结合，相互补充，互相支撑。

（1）工作统计模块。该模块共分为当前任务、任务完成情况统计以及未按时完成的任务3类，使用人员可以查询当前下达的巡视任务工作进展情况，当点击每个任务时可以查询任务中各点位的详细情况，便于各部门系统管理员及时督促巡视人员按时完成规定的巡视任务。

（2）任务管理模块。该模块通过检索可以选择巡视任务涉及到的地点，下发巡视任务信息，并对相应地点制定任务的计划周期与持续周期，既满足了对巡视时间管理，又保证了对巡视频次的要求，同时还可以查询各地区的任务计划及历史任务。

（3）统计分析模块。该模块共分为图像分析处理、受虫害信息分析，任务完成统计和虫害问题分析统计。使用该模块可以查询指定时间范围内上述巡视信息的统计分析，并按照分析的结果从数据库中调出落叶松林受球蚜害的程度和治理该程度落叶松球蚜害的方法。

（4）人员任务分配模块。该模块将巡视人员上传至数据库中的巡视地点信息进行自动分析，然后将要调查的地点分成各个巡视点分别下发至该部门的直属工作人员，各部门工作人员根据职责分工和管理权限进行巡视或监督，以便逐级督促管理，极大地提高了工作效率。

（5）任务下发。在落叶松球蚜爆发的状况下，管理人员通过该模块可以结合已上传的落叶松林地图，对落叶松林内的点位实施精确定位分析，合理发布临时巡视信息。系统会将临时任务下发到巡视人员手机客户端，通过 GPS 定位显示出任务的名称、方向、任务起点等信息，手机客户端以类似通话呼叫的形式提醒巡视人员加快巡视进度，上传巡视地点的相关数据。

（6）巡视点位管理。系统为更好的调查落叶松林受球蚜害程度的相关信息，通过该模块规划了管理巡视人员的巡视路径，确保巡视人员在巡视时能够对落叶松林进行全面的巡视。

（7）人员管理。通过检索可以选择任务涉及到的巡视地点，通过智能分区将相关管理单位按照管理范围和管理区域进行条块划分，便于系统下发巡视任务的针对性和可操作性。

（8）督促专题模块。该模块使管理人员可以查看一周以内巡视上传的数据，主要包括巡视人员现场拍摄的照片以及系统分析的结果，同时也可以查看往年的历史数据记录，管理人员可以按照督促内容在地图上做出不同的标记。同时以短信通知的方式反馈至巡各视人员所在部门监督的负责人，实现监督考核的重要性。

（9）电子监察模块。该模块可以实现对未按要求进行巡视、未按照预定时间上传巡视图像数据，并可以显示出历史数据记录，便于工作监察、监督、考核部门实施效绩问责。

（10）系统公告模块。该模块共分为通知公告、规章制度、基础资料、综合信息 4 个栏目，可以及时地将材料进行发布，便于各单位的系统管理人员及时掌握相关信息，加强工作协调的能动性。

3 应用情况

该系统自研发之初，对使用范围的广度和使用单位的覆盖面进行了综合考虑，建立了较为宽松的扩充接入端口。系统覆盖了吉林省林业局的行业管理、区县林业部门的日常管理、林业管理部门的检查督促管理，目前已在长春市内的落叶松林进行了实用性测试。系统操作简单、使用方便、数据真实可靠，形成“虫害信息实时巡检、处理数据方便快捷、监督管理巡视人员”三位一体的信息化落叶松林虫害管理新模式，明确了落叶松林日常巡视中的责任地区、重点点位、巡视责任人、巡视要求的“四明确”管理方式，建立了高效快捷的问题处置流程化机制，提高了巡视人员的工作效率和管理部门的监督检查能动性，使日常管理工作更加规范化。

4 结语

落叶松林巡查和巡视是开展治理落叶松球蚜虫害各项治理工作的基础和前提，及时发现落叶松球蚜虫害情况并采取有效的措施进行处置，落叶松球蚜虫害问题在发展初期开始防治至关重要。

该系统可以大幅度的提高吉林省落叶松林业管理工作的信息化水平，创新了落叶松林业防治工作的方式与方法，有效地减少了巡视工作中对于巡视工作监督困难、巡视数据上报的不及时、数据处置流程复杂、各部门沟通不顺畅等难点，对吉林省落叶松球蚜害调查工作具有重要的意义和价值。

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