基于微信公众平台的枣树病虫害专家诊断系统开发

翟颖妍，张 锋，任博文，景仰平，谢毓芬，郝 哲，洪 波

（1陕西省生物农业研究所，西安 710043；2陕西省林业科学院，西安 710082；3榆林市农垦服务中心，陕西榆林 719000）

0 引言

枣树(Ziziphus jujuba)是原产中国的特有果树，属鼠李科(Rhamnaceae)枣属(Ziziphus)。中国是全球最大的枣产品消费国和出口国，主要出口东南亚、欧洲、美洲等20多个国家地区。据统计2018年国内枣树种植面积约为331万hm2，产量为877.8万t[1]。陕西省作为全国枣树重要种植区，2019年红枣种植面积20.8万hm2，产量达99.9万t[2]，给枣农带来了经济效益的同时促进了当地产业发展。但枣树种植多依赖于枣农的生产经验，病虫害无法被准确识别与防控不及时等问题依然存在，同时土壤连作障碍、药肥过量等[1]问题也日益严峻，很大程度上制约了枣产业的集约高效发展。

专家系统(expert system，ES)是将专家知识及计算机程序结合的智能系统[3]。美国农业部在20世纪80年代研制出棉花管理专家系统COMAX-GOSSYM[4-5]应用并推广给农场，还有使用玉米专家系统进行可变速率灌溉管理[6]。随着国内信息技术的蓬勃发展，互联网融合到生产生活中许多领域，“互联网+农业”的农业信息化也得到了发展。在PC端，涂运华等[7]研发了基于Windows CE的农业专家诊断系统；在手机移动端，基于Android系统在网络下依靠APP实现病情远程诊断的甜玉米病虫害诊断系统[8]、草莓病虫害查询APP[9]及小麦条锈病监测APP[10]等被相继开发，马铃薯晚疫病监测预警系统[11]、监测蔬菜大棚环境的APP[12]等农作物预警监测系统也被陆续报道。近年来，基于庞大的微信用户群体及信息技术在农业的应用实践经验优势，更多基于微信平台的农作物专家诊断系统被开发出来，如陕西蔬菜病虫害专家诊断系统[13]、西瓜栽培嫁接管理助手[14]、水稻减药增效信息服务平台[15]、吉林省智慧农药服务平台[16]、香榧病虫害专家系统[17]、棉花病虫草害调查诊断与决策支持系统[18]等。

然而，针对枣树病虫害查询和诊断的智能专家系统的报道较少。张卫丹[19]基于Android开发了枣树病虫害短信诊断平台，但专家需要下载并登录手机客户端APP，再通过USB连接至电脑PC端，才可以接收到枣农的短信内容，存在操作步骤繁琐、不便捷、时间滞后及用户粘性低等问题，影响了红枣产业更高效、科学的发展。因此本研究依托微信服务号公众平台开发了名为“Jujuba Expert 2020”的枣树病虫害专家诊断系统，旨在为枣农提供好学好用、操作简单及受众面广的专家系统，同时为加强生产实际和科学研究的结合，开发可为枣农和相关专家提供交流沟通方式的专家论坛。

1 基于微信平台枣树病虫害专家诊断系统设计与构建

1.1 系统开发环境

本系统使用php5.6和mysql5.5作为开发语言，首先在微信公众平台官网(https://mp.weixin.qq.com)申请微信服务公众号的账号，然后用佛山市亿动网络有限公司虚拟主机搭建FTP用户服务器，将设置好令牌(Token)的php代码上传至用户服务器，最后在微信公众平台服务器接口的基本配置中填写用户服务器地址(URL)、令牌(Token)和消息加解密密钥(EncodingAESKey)，在验证服务器地址的有效性后，即可将用户服务器接入本微信公众号服务器平台[13,20-22]。

1.2 系统功能及框架设计

本系统从病虫诊断、栽培历史及枣树资讯3个主要功能进行构建。基于mysql软件进行枣树主要病虫害的信息整合及图文对应，构建病虫害数据库（表1）。数据库主要储存病虫害名称、危害症状、发生规律、防治方法、病虫害图片等信息。系统整体框架如图1所示，分为3大功能9个板块实现。

表1 枣树病虫害数据库的构建

图1 枣树病虫害专家诊断系统框架

2 系统功能模块

2.1 病虫诊断功能的实现

病虫诊断功能包括病虫查询、防控技术规程和专家诊断3个模块，是本系统的核心功能。病虫查询模块包含发生在枣树上的14种主要病害（包含生理性病害）及26种主要虫害信息。如图2所示，用户可以点击病虫诊断功能并进入病虫查询模块，点击相关病虫害栏目便可看到该病虫害的危害症状、发生规律、防治方法等。用户还可以输入关键词，如“螨”或“虫”，系统则会检索出与之相关的所有病虫害信息供用户参考，如图3A所示。

图2 病虫诊断功能展示

图3 系统部分功能展示

防控技术规程模块包括了枣树上的重要害虫枣食芽象甲和绿盲蝽的监测及综合防治技术规范（内容为本课题组已发布的陕西省地方标准，分别如图3B及3C所示），指导用户进行科学规范的病虫害防控，模块内容后续将不断更新。

专家诊断模块通过论坛后台管理程序，将用户分为专家组和用户组，如图4A所示。用户可以在论坛上发帖，通过上传图像及文字信息，对枣树相关病虫害鉴定及防治方法进行提问，专家根据用户上传的信息和问题进行远程在线诊断和解答。用户和相关专家通过发帖与回帖的互动，不仅可以交流枣树病虫害防控相关信息，还可以交流枣树种植管理经验，如图4B所示。

图4 专家诊断模块

2.2 栽培历史功能的实现

栽培历史功能包括枣树国内分布、历史气象数据、天气预报3个模块。国内分布包含了全国种植枣树的重要省份及重要栽培区分布信息。历史气象数据模块利用基于JavaScript的ECharts开源可视化图表库技术，实现了陕西省红枣主栽地区2019年各月平均降水及平均气温图的展示，为用户提供基本的农业气象资料，如图5所示。天气预报模块则将显示用户所在地的实时及未来的天气情况。

图5 栽培历史部分功能展示

2.3 枣树资讯功能的实现

作为本系统的另一个辅助功能，枣树资讯功能包括枣果价格、枣树苗供应及枣树品种3个模块。如图6所示，这些模块不仅科普了不同枣果品种的特色及其营养价值，同时为枣农提供了枣果买卖及枣树苗交易市场信息，让枣农足不出户就能够掌握全国枣树供求信息的市场行情。

图6 枣树资讯功能展示

3 讨论

随着信息技术深入生产生活，农业信息化的发展也驶入快车道。微信作为一个拥有最大活跃度的APP，2018年月均活跃用户达10.8亿[23]，微信活动已然成为大众的一种重要生活方式。基于微信平台的农业专家诊断系统的开发具有推广成本低、流量大、用户粘性高、点击频率高等优点[24-25]，得到了越来越多的应用。枣树病虫害专家诊断系统依托微信平台，克服了PC端价格昂贵、操作不便捷的缺点及手机APP端用户点击量少、知名度不高的缺点，填补了基于微信平台枣树病虫害专家诊断系统的空白。本系统对枣树主要病虫害的发生规律、危害特征和防治方法进行了详尽梳理整合形成数据库，并开发了专家诊断论坛作为交流平台，实现远程病虫诊断。

在本研究中，枣农只需关注“Jujuba Expert 2020”微信公众服务号便可以进入本系统，获取枣树病虫害数据库进行相关病虫害及防治方法查询，真正实现了信息的精准传播。枣农还能在专家论坛里和同行及相关专家交流种植管理经验来提高自身专业素质，拉近了枣农和科研工作者的距离，让种植者有问题找得到专家，减少盲目用药损失效益情况的发生，也有助于科研工作者以解决实际生产问题为导向，将科学研究做在祖国大地上。另外枣农在该系统中还能了解国内红枣产业分布及主要种植区的农业气象，有助于农业实际生产。同时该系统还为将来枣树病虫害预警模型的开发和移动平台农业病虫害管理数据库的进一步完善提供了数据支撑。

尽管如此，农业专家诊断系统本身依然存在病虫害数据不完整不完善、病虫害识别准确率低误差大、普及程度不够[26-28]等问题。本枣树病虫害专家诊断系统服务号在今后还需及时扩充完善数据信息，加强运营及定期维护更新，避免将服务号做成“空号”；另一方面，专家论坛内应定期增加枣树产业专家人数，提高论坛活跃度；同时需要注重推广宣传，加强与当地的农技推广部门合作，将本服务号普及到农户手中，让农户真正关注、学会并愿意使用，发挥其服务农业生产的作用。