基于Android平台的茶树病虫害查询诊断系统的思考与探索

2018-11-12李为民

四川农业科技 2018年9期

李敏，叶煜，文燕，李为民

(1.成都农业科技职业学院，成都温江 611130； 2.四川科技职工大学，四川成都 610101)

随着智能手机的普及使用，将应用软件拓展到手机终端上提供各种服务，给用户带来极大的方便。在实施乡村振兴战略的大环境下，“互联网+农业”服务三农也开始起步发展。茶叶的栽培是农业发展的组成部分之一。中国的茶文化历史悠久，其影响渗透到经济、政治、文化各个领域，而茶的种植是茶文化的源头。茶树病虫害不仅影响茶叶产量，而且成品味苦。茶树多种植在丘陵或山地，交通和信息更新相对滞后，为茶叶生产带来不便，对病虫害的及时诊断带来一定的困难。设计一种基于Android平台的茶树病虫害查询诊断系统势在必行。

1 设计平台

Android是一种基于Linux的自由开源的操作系统，扩展性强，是目前市场上主流的智能手机操作系统，Android智能手机使用量最大，市场占有率极高。是普通百姓的优先选择，使用极其广泛。

1.1 系统架构

基于Android平台的茶树病虫害查询诊断系统由服务器端和客户端组成。服务器端封装服务请求、处理客户端访问后台数据库，并将结果封闭返回到客户端。客户端提供系统人机交互，接收服务请求，解析收到的响应数据包，并进行呈现[1]，运行于 Android 平台。

图1 系统架构

1.2 开发环境的搭建

茶树病虫害查询诊断系统的开发环境是在 Linux 操作系统下，由“JDK+Eclipse +Android SDK+ADT” 构建。[2]JDK(Java development kit) 是整个 Java 的核心，包括了 Java 运行环境、工具、基础类库；Eclipse 是一个开放源代码的、基于Java的可扩展开发平台。就其本身而言，它只是一个框架和一组服务，用于通过插件组件构建开发环境。幸运的是，Eclipse 附带了一个标准的插件集，包括Java开发工具JDK。可以通过在Eclipse中添加ADT(Android Development Tools)安装开发工具，来搭建安卓开发环境；Android SDK(Software development kit)是Android专属的软件开发工具包，用于为特定的软件包、软件框架、硬件平台、操作系统等建立开发基于Android操作系统的第三方软件，该开发工具包中的布局管理器为程序设计者提供了丰富的控件，支持线性布局、相对布局和绝对布局等灵活的方式。ADT是支持创建Android工程，是开发安卓软件必不可少的本地通用插件，使得创建、运行和调试Android 更加快速简单。[3-4]

1.3 数据库平台的搭建

Android一般使用SQLite数据库。它是一款轻型的、嵌入式数据库，是遵守ACID的关系型数据库管理系统，它包含在一个相对小的C库中。它占用资源非常的低，在嵌入式设备中，可能只需要几百兆的内存。处理速度比Mysql、PostgreSQL快，能够支持目前主流的操作系统，并且能够跟Tcl、C#、PHP、Java等很多程序语言相结合，还有ODBC接口。图片信息以文件的形式存储到服务器上，数据库中存储图片地址，客户端根据地址去查询图片[5]。

1.4 系统安装

执行“Run As Android Application”，即可生成系统的可安装文件包(APK文件)，将其上传至服务器上。然后，将安装包下载到 Android 智能手机上安装运行。

2 基于Android平台的茶树病虫害查询诊断模块架构

根据受众人群以茶农为主，APP设计应尽量简捷易懂。系统包括会员中心、病虫害诊断中心、常见病虫害浏览、交流与反馈等几大模块。

图2 功能结构图

用户中心需要进行相应的信息填写，包括真实姓名、联系方式、茶园所在地为必填内容。如果线上解决不了的问题可以通过专家进行线下指导。这就需要获取茶农茶园的真实有效信息，具体情况具体分析诊断。

病虫害诊断系统包括数据采集、查询诊断。数据采集可使用图片形式，也可以用文字描述相应症状；查询诊断可以自主诊断，系统根据叶部、枝干、根部发病不同部位在专家库自动搜索答案诊断，如果不确定也可以咨询在线专家。

系统也提供了在线浏览学习和信息交流与反馈，以方便更好地普及知识及更新系统。

3 专家库的建立

3.1 虫害数据库的建立

包括名称，别名，图像，寄主植物，分布区域，为害特征，形态特征，生活习性，防治措施等。举一实例如下：名称(拉丁文)：茶谷蛾(Agriophararhombata Meyr.)；别名：茶木蛾；图像：略；寄主植物：茶树；分布区域：海南、广东、福建、台湾、湖南和云南等地均有发生；为害特征：1 初孵幼虫吐丝缀2 叶片潜居咀食表皮和叶肉，三龄后开始蛀害枝梢并吐丝黏合木屑、虫粪，形成黄褐色沙堆网袋；形态特征：成虫雌蛾淡黄色，体长11～13mm，翅展27～35mm。复眼黑色，触角丝状。胸部有1黑圆点。前翅黄白，散布黑褐色小点; 从翅基到中部有1黑褐色纵纹，且在中部条纹两侧常各有1个黑点，靠近外缘有1条较宽的淡褐色弧形纹，外缘有1列小黑点。后翅白色。雄蛾较瘦小，体长9～12mm，翅展24～27mm，触角双栉状，其他与雌蛾相似；生活习性：成虫夜间活动，不善飞翔，无趋光性。卵散产于老叶背面或嫩叶和茎上。每雌虫可产卵百余粒。幼虫孵化后，常先在两叶之间吐丝结成纺锤形虫苞，匿居藏身，取食叶肉，并以虫粪围于虫苞四周，且可蛀人嫩茎为害，2,3龄时再爬出结苞。3龄后能将数叶黏贴在一起，虫苞增大，幼虫可出苞外就近蚕食其他叶片或咬取碎叶拖回虫苞内取食；防治措施：药剂防治。卷叶虫类因有虫苞，药剂不易杀伤，必须及早防治，通常可在幼虫盛孵期或幼龄期喷药。喷药时注意将虫苞喷湿，最好加人少量肥皂水或煤油。药剂参考，在每亩有虫1万～1.5万头或每丛多于8头时，及时喷洒0.36%苦参碱1000～1500倍液、2.5%鱼藤酮300～500倍液、10%联苯菊酯(天王星)乳油3000～5000倍液、2.5%溴氰菊酯(敌杀死)乳油2000～4000倍液、2.5%氯氟氰菊酯(功夫菊酯)乳油3000～4000倍液。

3.2 病害数据库的建立

包括名称，别名，图像，寄主植物，害病类型，症状，发病规律，防治措施等，举一实例如下：名称(拉丁文)：茶藻斑病(Cephaleurosvirescens Kunge)；别名：茶白藻病；图像：略；寄主植物：该病除为害茶树外，还为害山茶、油茶和柑橘等几十种植物；害病类型：绿藻病害；症状：老叶上初生黄褐色针头大的圆形小点，以后向四周放射状扩展成圆形或近圆形病斑，灰绿色至黄褐色，病斑上可见细条状毛毡状物，后期稍隆起，变暗褐色，边缘不整齐，表面平滑，有纤维状纹理；发病规律：茶藻斑病是由绿藻引起的病害，绿藻以营养体在病叶上越冬。次年春季，在潮湿条件下，产生游动孢子，通过风雨传播，侵入叶片，在表皮细胞和角质层之间蔓延。病原藻喜高湿，但寄生性弱，多寄生在衰弱的茶树上；防治措施：①注意开沟排水，及时疏除徒长枝和病枝，改善茶园通风透光条件；适当增施磷、钾肥，提高茶树抗病力。 ②早春或晚秋发病初期开始喷洒0.6%～0.7%石灰半量式波尔多液，或0.5%的硫酸铜稀释液，或30%碱式硫酸铜(绿得保)悬浮剂400倍液或12%松脂酸铜(绿乳铜)乳油600倍液。

4 信息采集

图像识别是一个极其复杂繁琐的过程。大致可总结为以下4个步骤：图像采集、预处理、特征提取、对比匹配。每个步骤由若干算法构成。图像清晰度，算法不同，都将影响最终的效果[6]。

4.1 图像采集

客户端只需要执行拍照上传。当茶农发现茶树不正常时，遇到虫害或病害，如茶叶色泽偏黄，叶子卷曲等，及时通过手机、高清摄像机等设备拍照，尽量使用分辨率高的设备以达到图像尽可能清晰。打开APP上传。

4.2 预处理

预处理的目的是为了改善图像质量，提高匹配精度，减少后续算法的复杂度。分离背景区，分离模糊区，分离无效区，反映最基本的图像特征。滤波，增强图像，将灰度图转换成二值图，统计最佳阀值。

4.3 特征提取

对图像进行遍历，对细化后的图像进行端点和歧点的提取，找到唯一特征点。

4.4 对比匹配

将得到的图像和数据库中的图像进行细节对比，通过相似性来判断两幅图像的特征是否一致。

图像识别技术需要多种算法的集合，以达到最佳识别效果。

5 系统实现与界面展示

系统人机交互界面设计结合了Android SDK 提供的 LinearLayout 类、 RelativeLayout类和AbsoluteLayout类各自的优势，并采用其提供的多种Android高级控件，完成系统人机交互界面的设计。系统用户分为普通用户和专家两类，普通用户主要是使用茶树病虫害查询诊断，专家则是通过后台对数据库进行增加、删降、修改等操作。