基于4G的水稻病虫害多媒体知识库研发

摘 要 水稻病虫害多媒体知识库储存55种常见虫害、39种病害的发生特点、诊断方法、防治方案和用药指导等文本、图像、视频信息，有组织地管理存储信息，实现数据存储、浏览、查询、检索和管理维护等功能。随着4G网络的快速发展，智能手机大量普及，未来会成为农技推广的重要载体和途径。知识库基于4G设计，为水稻生产提供一种简单快捷的查询、识别、防治手段。

关键词 水稻；病虫害；知识库；4G网络；数据库

中图分类号：S511 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2016）01-035-04

知网出版网址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/50.1186.S.20160126.2255.006.html 网络出版时间：2016/1/26 22：55：40

水稻作为我国的主要粮食作物，对保障我国粮食安全具有重要意义。由于全球气候变暖、轻型栽培快速推广、单双季稻混栽面积扩大、农药施用不合理等多种因素的影响，病虫草害发生频繁，日趋复杂，每年给水稻生产造成巨大损失。准确诊断病虫害并有效防治，对提高水稻的产量与品质具有重要作用。

农户过去多从书籍、报纸、技术手册等传统媒体获取病虫害防治知识，具有一定的滞后性，缺乏针对性，难以快速反应，需要建立快速有效的病虫害信息与知识共享机制，搭建简单、快速、便捷的信息交流与知识共享平台。多媒体技术的发展，大大拓展了计算机的应用领域，利用数据库对水稻病虫害知识进行科学分类管理，将大幅提高信息的共享程度，提升利用率，充分发挥信息的价值。

水稻病虫害多媒体知识库主要储存病虫害文本信息、图像、视频等相关信息，有组织地管理存储信息，实现数据存储、检索和维护操作，可提高数据处理速度和规模。近年来4G网络发展迅速，智能手机在农民中大量普及，未来将成为农技推广的重要载体和途径，为此通过搜集和整理出水稻55种害虫、39种病害的相关信息，设计并构建了基于4G网络的水稻病虫害防治的多媒体知识库，该知识库包括水稻病虫害基本信息、特征信息（文本描述）、多媒体信息（图片、视频等）、诊断方法、防治方案和用药指导等信息，具有存储、浏览、查询、检索和管理维护等功能。

1知识获取

知识获取是指从知识源（如书本、报刊、专家或专家处理过的数据、实例等）提取问题求解所需领域的知识，将这些知识按照设计的知识表示形式加工并输入到计算机中。水稻病虫害多媒体知识库主要向农业科研单位、农技推广部门和大专院校等单位收集病虫害图片、文字资料及农药信息等，包括每种水稻病虫害的名称、病原特征、分布、发生部位、症状表现、发病规律、典型图片及防治措施等。

2知识分类

2.1水稻病虫害的发生特点

水稻病虫害高发，主要有细菌病害、病毒病害、真菌病害、线虫病害和生理病害等，可在各生长阶段发生。虫害涉及鳞翅目、直翅目、双翅目等害虫，为害水稻各个部位。（1）病虫害主要为害水稻叶片、叶鞘、根、茎、穗、谷粒或全株。（2）病害具有传染性，主要通过接触、农事操作、昆虫以及雨水、灌溉水等传播。（3）水稻生理性病害发生轻重程度受环境条件影响较大。（4）带病菌的种子通常导致病害发生。（5）某些病菌在苗期侵入水稻体内，潜伏期长，直到生育中、后期才发病。（6）虫害发生受秋冬气温影响很大。冬季气温较高会有利于害虫越冬，给翌年虫害加重带来隐患。

2.2水稻病虫害知识分类

水稻病虫害知识库中的知识可分为描述型知识、过程型知识、规则型知识，其表示方法各不相同。本知识库主要采用描述型和规则型表示方式。

2.2.1 描述型知识

描述型知识通常以多属性、多角度来描述同一事物，通常用数据结构来表示，可将用以解决问题的知识与程序编制知识有效分开，使知识独立于程序。描述型知识具有表示清晰明确、理解性高、可读性好等优点。

2.2.2 规则型知识

产生式规则表示知识通常包括决策性、判断性、计算性等。产生式规则的一般形式是“如果前件成立，则后件成立”，其中“前件”表示前提条件，“后件”表示结论。一个知识库可由大量产生式规则构成。求解问题时，将输入内容与各规则的前提对比，逐步进行推论。这种表示方法的优点是接近人类思维模式，易于理解；各规则具有独立性，易于修改、扩充。缺点是难以保证规则不重复；对规则之间相互作用的限制可能导致执行效率降低；非透明性，难以跟踪求解问题的控制流；需要解决一致性和完整性的问题，缺乏形式化描述能力[1]。

3知识库的设计

通过长期的农田劳动和试验，农业专家和科技人员摸索总结出水稻主要病虫害的病原特征、分布、症状表现、发病规律、防治措施等知识。将这些知识进行归类、整理，以合适准确的知识表达方式完成知识库的构成。

3.1描述型知识库的设计

3.1.1 病害

将水稻每种病害定义了病原名称、病害类型、病原分类、病原特征、发病时期、发病规律、发生部位、症状表现和防治方法等属性。按照表1对每一种病害进行详细描述，病害名是中心词，多属性描述该病害，属性之间相互独立存在，用户可通过多属性模糊查询。

3.1.2 虫害

水稻虫害描述内容定义了虫害描述、虫害名称、形态特征、近似种、为害特征、发生规律、防治方法等属性（见表2），依照表3对每种虫害进行描述。

3.2规则型知识库的设计

产生式规则表示法最基本的形式如下：IF 条件集 THEN 行为或结论。其条件集可以是一组逻辑表达式，当整个表达式为真时，执行THEN后面的行为，或得出THEN后的结论。

条件集的常规表示形式如：condition1 AND NOT condition2 OR condition3…AND conditionN

规则指的是用来关联已知知识和待推结果的知识结构，是一种过程性知识的表示形式。根据现有知识，应用规则可推导出一系列行为或得出某个结果。举例来表示：

IF 该水稻生病

AND 叶鞘出现病斑

AND 近水面处产生暗绿色水渍状边缘模糊小斑

AND 椭圆形或云纹形

AND 中央呈灰绿色或灰褐色

AND 湿度低时中部呈淡黄或灰白色

AND 致叶片发黄枯死

THEN 该水稻感染了水稻纹枯病

4知识库的建立

诊断和防治水稻病虫害，可根据己知的信息，例如发生时期、发生部位、症状和病虫害特征图片等来判断病虫害的类型，以便对症下药，正确防治病虫害。结合水稻生产实际，根据识别病害的主要特点，选取了发生时期、发生部位和症状特点作为水稻病虫害知识库的查询条件，分别对其编码。表4列出了水稻病害知识库查询条件，发生期分为8个时期，包括种子期、秧苗期、分蘖期、拔节期、孕穗期、扬花期、灌浆期、全生育期，编码T1至T8；发生部位分包括根、茎、叶片、叶鞘、穗、谷粒、整株，编码P1到P7；病害症状表现特点归纳为15个选项，编码C1至C15。

水稻虫害知识库查询条件设置详见表5，为害时期分为8个时期，包括种子期、秧苗期、分蘖期、拔节期、孕穗期、扬花期、灌浆期、全生育期，编码T1至T8；为害部位分包括根、茎、叶片、叶鞘、穗、谷粒、整株，编码P1到P7；虫害为害特点归纳为9个选项，编码C1至C9。

5知识库的实现

5.1数据库管理系统

随着移动通信技术的发展，4G网络已经覆盖了全国大部分地区，包括农村，移动应用的开发如火如荼，为了使水稻病虫害多媒体知识库更好的支持后续移动应用开发，采用SQLite作为数据库管理系统管理数据。现在的主流移动设备如Android、iPhone等都使用SQLite作为复杂数据的存储引擎。SQLite是一种嵌入式的关系型数据库，源代码开放具有使用方便、结构紧凑、高效、可靠等特点。其安装过程和运行都很简便，独立的数据库核心引擎不依赖于任何第三方软件，只要确保SQLite的二进制文件存在，即可开始创建、连接和使用数据库。

SQLite具有5个优点。（1）轻量级：SQLite是进程内的数据库引擎，没有数据库服务器和客户端工具。只需附带一个它的几百KB的动态库即可使用SQLite。（2）隔离性：所有数据信息、日志信息均存放于同一个文件内，维护和管理非常方便。（3）安全性：SQLite通过数据库级上的共享锁和独占性实现事务的独立处理。即同一时间只有一个进程可以写数据，而对于不影响数据一致性的读操作可以多个进程同时进行。进程执行数据库写入操作前，要先获取独占锁定，然后执行写入操作，写入操作完成后释放独占锁。进程执行读操作前要先获取共享锁，然后进行读操作，读取完后释放共享锁，共享锁可供多个进程同时加锁，独占锁被锁定后，不能执行其他写操作和读操作。（4）多语言接口：SQLite支持很多程序开发语言，如java、.Net、C/C++、Ruby、Python等。（5）跨平台：目前发行的大部分操作系统SQLite都支持，如：Windows、Linux、Unix，基于其轻量级特点，SQLite直接内嵌于Android操作系统中。

基于以上优点，使用SQLite实现水稻病虫害多媒体知识库可以更好的支持移动应用，便于移动设备与数据库服务器间的数据同步，避免因服务器与移动设备间数据库管理系统不同而进行的数据转换，进而提升运行速度。

5.2开发工具

由于SQLite是轻量级的嵌入式关系数据库，没有提供可视化的数据库设计和开发界面，为了方便使用，一些第三方开发者开发了可视化的SQLite管理工具。SQLite Database browser 就是其中一款，它是一个SQLite数据库的轻量级GUI客户端，基于Qt库开发，主要是为非技术用户创建、修改和编辑SQLite数据库提供支持，使用向导方式实现。在实现水稻病虫害多媒体知识库时，该工具极大的降低了工作量。

利用现代信息技术，水稻病虫害多媒体知识库存储、管理大量病虫害相关知识，实现查询、检索等功能，具有高效便捷、通用性强、图文并茂等特点。作为病虫害防治的一种高效、快捷的工具，是农业信息化的重要应用。

参考文献：

[1] 张熔.基于语义的水稻领域知识表示分析与研究[D].长沙：湖南农业大学，2007.

（责任编辑：敬廷桃）