基于Android手机系统APP蚕豆病虫害智能诊断系统

2021-10-20钱晔谢春晖孙吉红王白娟王静

食品工业 2021年9期

钱晔，谢春晖，孙吉红，王白娟 *，王静

1. 云南农业大学（昆明 650201）；2. 云南省有机茶产业智能工程研究中心（昆明 650201）；

3. 云南省科学技术院（昆明 650000）；4. 云南省高校智能有机茶园建设重点实验室（昆明 650201）

伴随着智能农业的发展，信息技术与农业技术相结合，推动着农业信息技术的发展。农业管理信息系统、专家系统的推出进一步助推农业生产生活的跨越式发展，农民不再是大众眼中只会出“苦力”的劳动者。农业产业、农业信息技术、农业工人等现代化的词语已覆盖农村，智能农业将成为今后农业发展的重中之重。

20世纪80年代，农业信息技术主要应用于PC机PDA个人数字助理等应用终端，对农作物病虫害智能系统进行研究[1-7]。随着农业信息技术的发展，刘晴蕊等[8]采用智能诊断方法识别苹果病害。宋凯等[9]采用基于支持向量机识别技术对玉米叶部病害进行智能识别。周珂[10]使用图像识别方法对烟草青枯病害进行智能诊断。近年来，智能手机作为已经普及的通讯、娱乐、学习等多功能集一体的智能化工具，已经深入城市、农村的各个角落。国内外研究人员利用手机方便携带的特点，开发各种手机APP程序，实现电脑程序向手机APP的成功转移。

以云南省大理州剑川县文板村科技服务为例，把蚕豆作为研究对象，构建基于Android手机系统APP蚕豆病虫害智能诊断系统，为农户提供简单便捷防治蚕豆病虫害的方法。

1 基于Android手机系统APP蚕豆病虫害智能诊断系统的设计

主要基于Android手机系统，在研究蚕豆病虫害智能诊断系统的基础上，对无网环境下手机APP进行详细设计。

1.1 Android手机系统的农业智能系统构架设计

智能系统结构图如图1所示。整个系统是一个人机交互的过程，用户界面主要是为用户提供可视化界面，专家界面主要是修改规则、更新数据库；开发人员在SQLite环境下，采用JAVA语言，使用SQLite数据，结合专家制定的规则开发基于Android手机系统的病虫害智能诊断系统，形成一个小型的病虫害诊断的专家系统，该系统在无网络的环境下，基于手机APP的形式，便于用户在农田中使用；开发完成手机APP后，通过邀请种植户进行测试，确定该系统的实用性。

图1 智能系统结构图

下一步研究中将采用人工神经网络算法构建智能模型对测试结果进行数据分析，通过数据测试完成智能诊断系统的开发，否则将重新制定规则，然后再构建病虫害智能诊断系统。

1.2 农业智能系统知识表建立

针对蚕豆病虫害危害植株的症状、时间段、防治药物的类型，结合Android手机系统的运用功能，总结蚕豆病虫害的症状和防治的措施，形成蚕豆病虫害知识表，助推推理机的构建。Android手机农业智能系统知识表如表1和表2所示。

表1 蚕豆虫害推理机知识表

表2 蚕豆病害推理机知识表

表1 和表2分别为蚕豆病虫害推理机知识表，详细介绍了蚕豆常见病虫害的名称、症状和防治的措施，将推理机知识表应用于系统推理过程中，为蚕豆病虫害诊断提供科学的依据。

1.3 农业智能系统设计

1.3.1 农业智能系统流程设计

Android手机APP农业智能系统构架设计结合蚕豆病虫害知识表，应用推理机的推理方法，根据云南省大理州剑川县文板村种植蚕豆村民的需求，结合农业信息技术构建设计一款简单便于携带的手机APP系统，实现一部Android手机在断网的环境中解决蚕豆种植过程中遇到的病虫害问题，满足农户种植蚕豆过程中的各项问题。整个手机APP系统采用推理机进行推理，操作简单、实用性强。推理机推理过程如图2所示。

图2 推理机程序流程图

首先，推理机调用数据表中的数据提供用户选择，避免错误或者不规则数据输入；引入SQLiteDatabase类[11]，通过SQLiteDatabase类的静态方式创建基于Android系统的低存量、高运行类数据库，实现数据增减、查询以及修改功能[22]，使得数据表中的数据能够在适当的条件下，由管理员进行更改，便于数据的规范管理。以上的保障功能使得推理机能够在程序中顺利进行推理，即用户根据蚕豆病虫害发生的实际情况选择“病害”或者“虫害”，如果选择虫害，根据蚕豆虫害的特征选择相应的症状，然后根据APP中对应的症状描述，将自动跳转至治疗方法的页面，为用户提供最佳的治疗方法。整个操作过程简便易学，适合各类不同的人群使用。

1.3.2 农业智能系统功能结构设计

基于Android系统的蚕豆病虫害智能诊断系统是以Android手机为使用平台，针对文榜村种植户的需求，对蚕豆病虫害长期影响村民经济收入的情况，构建蚕豆病虫害知识表，采用JAVA语言进行系统开发，构建断网情况下蚕豆病虫害智能诊断系统，为文榜村村民解决实际问题，助推科技扶贫工作。

图3 基于Android手机系统的蚕豆病虫害智能诊断系统功能模块图

根据系统工程的设计思想，采用模块化设计思维[12]，对蚕豆病虫害诊断系统进行构架。设计包括蚕豆虫害智能诊断模块、蚕豆病害智能诊断模块、管理员模块。其中，蚕豆虫害智能诊断模块包括蚕豆虫害症状模块和蚕豆虫害防治模块。蚕豆病害智能诊断模块包括蚕豆病害症状模块和蚕豆病害防治模块。管理员模块包括修改知识模块和信息管理模块。前两个模块主要功能是用户在种植蚕豆的过程中，根据蚕豆植株上病虫害的特征，在手机APP上进行选择，系统将按照用户选择的病虫害特征自动推理，得出对应的防治措施供用户参考。第三个模块主要功能：一是管理员根据用户使用情况和专家意见对知识表进行修改，不断完善数据库信息，提高系统推理的正确率；二是管理员收集用户使用该系统的建议数据，尤其是使用过程中出现错误的用户所产生的信息，并采用智能算法对错误信息进行分析，将分析结果用于完善系统。

2 基于Android手机系统的蚕豆病虫害智能诊断系统的实现与测试

2.1 系统集成

基于Android系统，设计断网环境下简单易懂的人机交互界面，使用JAVA语言开发基于Android系统手机的蚕豆病虫害智能诊断系统，结合简单的操作方法，使得不同文化层次的人均能快速掌握，形成智能型的人机交互界面设计。

2.2 系统实现

2.2.1 系统权限管理

系统的实现主要以手机APP的形式呈现，分为用户和管理员两个权限。用户能够查询蚕豆在种植过程中不同阶段的病虫害特征，并且根据选择不同的特征可以直接查询解决不同病虫害的措施。管理员权限可以对数据库中存储的数据进行增加、删除、修改。

2.2.2 试验对象和系统实现主要内容

项目的实施以大理市剑川县文榜村50名蚕豆种植农民为例，试验对象涉及学历包括高中、初中、小学毕业生，年龄从35岁至65岁人群，男女性各一半。根据确定手机APP开发的目的及可行性-需求分析-软件设计-使用JAVA语言开发系统-软件测试等一系列步骤，完成基于Android系统手机的蚕豆病虫害智能诊断系统开发，实现种植蚕豆的农民在田间断网环境下通过简单操作实现蚕豆病虫害防治的功效。

2.3 系统测试

基于Android手机系统的蚕豆病虫害智能诊断系统开发完成后，以华为Mate 30、华为荣耀X10、OPPO K5作为测试手机，分别在云南省高校农业信息技术重点实验室、大理市剑川县文榜村种植蚕豆现场进行测试。

系统在云南省高校农业信息技术重点实验室进行测试。系统更新了蚕豆病虫害推理机知识表，简化了用户界面，明确区分了各种病虫害之间的特征，提高了用户选择的正确率，实现了高精准的对策信息。推理机知识表在系统中的部分界面如图4所示。

图4 系统知识表界面图

在大理市剑川县文榜村种植蚕豆现场进行系统测试，主要以“蚕豆褐斑病”“蚕豆赤斑病”“二条叶甲”“南美斑潜蝇”4种常见的病虫害为例，对该系统的实用性、准确性进行测试。整个测试过程，邀请50名不同年龄、学历的种植人员进行测试，病虫害样本4种，共计200人次使用该系统进行测试，并且现场进行统计测试结果。测试结果表明，正确测试出“蚕豆褐斑病”“蚕豆赤斑病”“二条叶甲”“南美斑潜蝇”4种常见的病虫害的人次分别为42，45，47和41人次，测试准确率分别为84%，90%，94%和82%。测试过程如图5所示。

图5 系统部分界面图

2.4 系统测试结果分析

系统测试结果显示，4种常见的病虫害分别有8，5，3和9例发生错误。通过与发生错误的测试人员进行详细沟通发现：8人次因为从未操作过手机APP，测试过程中紧张错点了“按钮”而测试错误；7人次将“南美斑潜蝇”虫害中不规则蛇形白色虫道误认为圆形小洞，致使判断错误；10人次将“蚕豆赤斑病”特征赤色小点误认为“蚕豆褐斑病”特征褐色小斑点，从而误判。