基于微信小程序的智慧农药信息管理系统的研究与实现

张杭 朱红梅 王婕 刘凯杰

摘  要：针对目前基于Web和APP的农药信息查询系统存在的响应慢、存储空间占用多、开发成本高和推广困难等问题，根据微信小程序的跨平台、无需下载安装，响应快等特点，本文在微信小程序的基础之上，实现了对农药信息的智能化管理。系统主要采用微信小程序、本体、数据库和Java语言等技术，通过构建农药领域本体对农药信息进行智能表示，通过微信小程序的接口实现前后端交互。用户可以通过微信小程序查询农药名称、农药适用农作物、农药防治对象、农药毒性、农药用量和农药使用方法等用户需要的信息。本系统具有开发成本低、智能化、响应速度快等特点，具有极高的研究价值。

关键词：微信小程序;本体;数据库;农药管理

中图分类号：TP311.56;S48      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）20-0085-04

Abstract：In order to solve the problems of slow response，large storage space，high development costs and difficulty in promotion of pesticide information query system based on Web and APP，an intelligent pesticide information management system based on WeChat applet was designed and implemented according to the characteristics of cross-platform，no download and installation，fast response and so on. The system mainly uses the technologies of WeChat applet，ontology，database，and Java. The pesticide information is expressed intelligently by building the ontology of pesticide and crops，and the front-end interacts with the back-end through the interface of the WeChat applet. Users can query the name of the pesticide，suitable crops，control objects，toxicity，dosage and using method through the WeChat applet. The system has the characteristics of low development costs，intellectualization and fast response，so it has extremely high value of research.

Keywords：WeChat applet;ontology;data base;pesticide administration

0  引  言

随着智能手机的普及和手机通讯类软件的发展，依赖于智能手机的微信[1]早已成为人们生活中不可或缺的一种通讯工具，内嵌于微信之中的小程序则给予了人们更加方便的用户体验，它无需下载，也无需占用内存[2]，具有与原有APP一样流畅的优点。目前有关农药的信息管理系统有着以下问题：专业性过强，不利于农户使用;基于Web和APP的智能农药信息管理系统用户粘性低，无法实现大规模推广;面向普通农户且操作方便的智能农药信息管理系统稀少，而针对农户提供检索农药信息的微信小程序几乎没有;已有的大多数农药信息管理系统都是基于关键字的查询，较少结合本体技术提供智能化的农药信息管理。针对以上问题，将智慧农药信息管理与微信小程序有机结合，实现基于本体技术的智能农药信息查询就显得尤为重要。

1  微信小程序

微信小程序是一种轻量级的应用，以微信为载体，具有“即开即用，用完即走”的特点。无需下载安装APP，免去了安装步骤，有利于大规模推广;以微信为载体，节省存储空间;小程序前端代码存放在云端，无需加载，系统响应速度快;安全性高、用户体验好;小程序需要审核才能发布，通信采用的是HTTPS访问，SSL加密通信，样式代码都封装在微信小程序里面[3]。强调UI界面的简约设计，采用统一稳定的设计风格。微信小程序的技术架构简单，分为逻辑层、系统层和视图层三部分[4]，微信小程序的技术架构如图1所示。

微信小程序开发使用前端技术栈JavaScript/WXML/WXSS，腾讯公司使用WXML和WXSS语言开发了一套基础组件，开发者可以在此基础上更加便捷地开发。每个微信小程序包含app.js、app.json、app.wxss三个文件，分别表示小程序的逻辑实现、公共设置和公共样式表。每个页面由四个文件构成，页面名称由开发者定义，主要包括js文件、wxml文件、wxss文件以及json文件[5]。js為页面逻辑文件，也称为脚本文件，通过调用微信提供的API实现业务逻辑;wxml文件设置页面结构;wxss文件用于存储wxss语言，它是由CSS语言扩展而来，主要用来设计页面样式;JSON文件用于数据交换，易于开发人员阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。

2  系统架构

智慧农药信息管理微信小程序系统将前后端分离，使用JSON格式在前后端之间进行数据交换和传输，后端系统使用Java语言编写，提供了基于HTTPS的API接口供前端调用，系统结构如图2所示。智慧农药信息管理微信小程序系统通过JSON进行数据交换，前端系统通过调用接口访问本体数据库（储存农药领域本体和农作物领域本体定义数据），结合关系型数据库中存储的农药信息和农作物信息，将获得的信息以JSON格式传回微信小程序端，通过便捷的微信小程序的方式将农药用途、农药使用方法、农药应用作物和农药注意事项等信息呈现给普通农户。智慧农药信息管理微信小程序系统中用到的主要Web API接口主要有“http：//127.0.0.1：8089/nongyao/weChat/listnongyao”和“http：//127.0.0.1：8089/nongyao/weChat/listnongyao5”，分别实现用户所要查询的农药或农作物信息系统前后端之间的信息交互。

3  本体构建

本体是领域知识的规范表示，它定义了概念以及概念间的关系[6]，本体通过规范化地对概念、术语及其相互间关系进行语义描述，从而得到知识领域内的基本知识体系和描述语言，实现知识共享[7]。本体现在广泛应用在对某一领域的知识描述，能够很好地实现逻辑推理和概念层次化描述，方便信息语义化。通过建立领域本体知识库，可以对知识进行扩展推理，完成隐性知识的挖掘并促进其显性化[8]。基于领域本体技术的应用系统具有较高的知识推理能力，能够显示化概念与概念之间的潜在关系，具有一定智能性。

农药和农作物领域本体的构建是本系统的核心部分，是实现农药和农作物信息查询智能化的关键。以农药和农作物领域的本体组织领域知识，能够显示化农药概念之间的隐式关系、农作物概念之间的隐式关系。该系统使用斯坦福大学开发的、具有本体编辑以及知识获取功能的Protégé本体建模工具实现本体模型构建，Protégé 5.2.0具有构建简单方便，可视化强等特点，屏蔽具体的本体描述语言。系统使用了Jena操作本体，结合自顶向下的本体构建的技术路线，采用“七步法”[9]来构建农药和农作物相关领域本体并采用OWL描述语言进行形式化的表示。根据对农药和农作物的分类特征构建的农药和农作物领域本体片段如图3所示。

4  数据库设计

智慧农药信息管理微信小程序系统的数据库E-R图如图4所示。

智慧农药信息管理微信小程序系统中的农药数据库采用关系型数据库MySQL数据库，系统本身设计2个数据表，分别为登记农药信息表和登记农药作用信息表，其中每个表的详细说明如表1和表2所示。

农药信息表主要储存农药的编号、名称、用途等基本信息。

农药作用表主要储存农药的编号、名称、毒性、针对作物、防治对象、用量和使用方法等信息。

5  系统实现

微信小程序端以Stable Build 1.02.1902010为开发环境，农药信息的存储以MySQL作为数据库，利用Protégé构建本体。基于微信小程序的智慧农药信息管理系统的功能模块主要分为农作物领域查询、农药领域查询和基础信息管理。

农作物领域查询模块：本模块主要实现基于作物名称或者分类进行智能检索，用户可输入农作物名称以及与它等价的别名查询出农作物适用的农药信息。例如，用户输入农作物“荷兰薯”，而数据库中可能没有适用于“荷兰薯”的农药信息，但根据农作物领域本体，“荷兰薯”“土豆”“洋芋”“地蛋”“薯仔”“番仔薯”和“马铃薯”是等价的关系，如图4所示，即可推知适用于“土豆”“洋芋”“地蛋”“薯仔”“番仔薯”和“马铃薯”等的农药都可以给“荷蘭薯”施用。基于农作物的查询界面、结果和农药使用详细信息如图5（a）（b）所示。

农药领域查询模块：本模块主要实现基于农药名称、分类或者用途的检索。用户通过输入农药名称、分类或者用途进行查询，基于农药用途的查询界面和结果如图5（c）（d）所示。

基础信息管理模块：主要实现农药、防治对象和登记农作物之间关系的有效管理。对农药和农作物的基础信息进行“添加”“删除”“修改”“查询”等操作。

6  结  论

本文针对现有基于Web和APP的农药信息管理系统普遍存在的用户粘性低、开发成本高、智能化程度低等问题，研究与实现了一种基于微信小程序的智慧农药信息管理系统。以微信小程序作为实现的载体对农药领域信息进行智慧和科学的管理，能够更加便捷地指导农户科学合理地选择和使用农药;创建本体对农药和农作物领域进行知识表示。本系统实现了基于农药名称和登记作物的检索，实用性强、智能化、成本低、用户友好。

参考文献：

[1] 胡亚琛.探究微信小程序的开辟与走向 [J].现代营销（经营版），2019（4）：92.

[2] 马国强，路佳.基于微信小程序的高校期末考试智能安排系统 [J].信息技术与信息化，2018（5）：158-160.

[3] 王婷婷.微信小程序开发 [J].信息技术与信息化，2018（12）：62-63.

[4] 微信官方文档.微信小程序设计指南 [EB/OL].（2017-12-14）.https：//mp.weixin.qq.com/debug/wxadoc/design/index.html？t=20171214.

[5] 程海峰.基于微信小程序的图片分享系统的设计与实现 [J].工业控制计算机，2019，32（2）：97-98.

[6] ALLEMANG D，HENDLER J. Semantic web for the working ontologist：effective modeling in RDFS and OWL [M].San Francisco：Morgan Kaufmann，2008.

[7] 蔡盈芳.基于本体的航空产品知识库构建研究 [D].北京：北京交通大学，2011.

[8] 吕刚，王昆仑，胡春玲，等.基于本体的数据结构课程知识表示研究与实现 [J].合肥学院学报（自然科学版），2011，21（1）：86-88+92.

[9] NOY N F，MCGUINNESS D L. Ontology Development 101：A Guide to Creating Your First Ontology [EB/OL].（2005-09-07）.http：//www.ksl.stanford.edu/people/dlm/papers/ontology101/ontology101-noy-mcguinness.html.

作者简介：张杭（1998.04-），男，汉族，山东青岛人，本科，研究方向：计算机科学与技术;通讯作者：朱红梅（1969.12-），女，汉族，上海崇明人，副教授，博士，研究方向：知识工程、智能信息处理;王婕（1998.10-），女，汉族，山东青岛人，本科，研究方向：计算机科学与技术;刘凯杰（1997.11-），男，汉族，山东青岛人，本科，研究方向：计算机科学与技术。