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1系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1.1框架設(shè)計

系統(tǒng)基于Web形式開發(fā)，采用MVC(Model-View-Controller)設(shè)計模式，即模型-視圖-控制器設(shè)計模式。MVC模式是Web開發(fā)的主要設(shè)計模式，它強制性地把應(yīng)用程序分為模型、視圖、控制器三部分。視圖是與用戶交互的界面，將用戶的請求傳給控制器并接受數(shù)據(jù)更新請求；控制器是視圖和模型之間溝通的橋梁，是MVC設(shè)計模式中的核心部分；模型的作用主要是與數(shù)據(jù)庫交互。這種設(shè)計模式不僅實現(xiàn)了視圖、控制器與模型的徹底分離，而且還實現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)持久層的分離。這樣無論前端如何變化，模型層無需做太多改動，并且數(shù)據(jù)庫的變化對前端影響不大，這樣大大提高了系統(tǒng)的可用性。從邏輯上，采用3層次應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)：表示層(用戶界面)、業(yè)務(wù)邏輯層(病蟲害診斷、知識查詢等)、數(shù)據(jù)層(病蟲害知識庫、用戶信息等)。知識查詢，主要是指對信息庫中病蟲害的特征、危害、病因、防治措施等信息的相關(guān)查詢。病蟲害診斷模塊包括：根據(jù)病蟲害癥狀診斷和根據(jù)害蟲形態(tài)診斷兩種方法。信息維護包括對診斷特征、診斷圖像、病蟲害知識庫的維護。本系統(tǒng)存在兩類用戶：普通用戶和專業(yè)用戶。普通用戶指未進行注冊的林農(nóng)等用戶，只能夠?qū)ο到y(tǒng)進行一些查詢、瀏覽等非修改性操作；專業(yè)用戶為已進行用戶注冊并通過審核的林場或桉樹公司的專業(yè)人員，擁有本系統(tǒng)所有功能的操作權(quán)限。其中用戶信息用來記錄專業(yè)用戶的相關(guān)信息。

1.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)所涉及的主要數(shù)據(jù)為病蟲害診斷特征數(shù)據(jù)、病蟲害信息數(shù)據(jù)(包括病因、危害、防治措施等)、用戶信息數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計包括特征庫設(shè)計、病蟲害信息庫設(shè)計、用戶信息庫設(shè)計、診斷特征與病蟲害信息關(guān)聯(lián)庫設(shè)計等。診斷特征數(shù)據(jù)庫與病蟲害信息數(shù)據(jù)庫及其之間關(guān)聯(lián)庫的設(shè)計是整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，尤其是診斷特征庫以及它與病蟲害信息庫的關(guān)聯(lián)設(shè)計，直接影響到病蟲害診斷的速度與準確精度，從而影響系統(tǒng)的運行效率。為提高系統(tǒng)的診斷效率及診斷結(jié)果的準確度，在診斷特征庫設(shè)計時，對桉樹病蟲害發(fā)病癥狀、害蟲形態(tài)癥狀等的診斷特征提供了相應(yīng)的圖像庫，并對其進行單獨設(shè)計，特征庫主要存放文字特征及其圖像關(guān)聯(lián)信息?？紤]到對數(shù)據(jù)庫進行二進制文件操作耗時，影響診斷的效率，將特征圖像文件保存到服務(wù)器指定目錄下，在特征圖片庫中僅保存圖像的相關(guān)描述信息及保存路徑。在病蟲害信息數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，將病蟲害信息與防治技術(shù)高度集成，既簡化了數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、減少了數(shù)據(jù)冗余，又最大化地提高了系統(tǒng)的運行效率。用戶信息庫用于存放系統(tǒng)用戶的基本信息及其對系統(tǒng)的操作權(quán)限等。

1.3功能模塊的設(shè)計

本系統(tǒng)主要功能模塊為：病蟲害信息瀏覽查詢模塊、病蟲害診斷模塊和病蟲害信息維護模塊。針對桉樹病蟲害測報人員專業(yè)素質(zhì)不高，而病蟲害種類多、發(fā)病癥狀各異這一問題，系統(tǒng)將病蟲害診斷細分為病蟲害癥狀診斷和害蟲形態(tài)診斷兩個模塊。病蟲害信息主要包括病因、防治方法、主要危害、癥狀表現(xiàn)等。為了提高系統(tǒng)操作的簡便性和運行效率，在病蟲害信息瀏覽查詢模塊，以多種形式給出可供用戶選擇的關(guān)鍵信息，盡量減少用戶的輸入查詢。在查詢結(jié)果列表中，可以繼續(xù)查看詳細的病蟲害信息，比如名稱、病因、主要危害、癥狀表現(xiàn)、防治方法等。通過本模塊的流程圖可以很清晰地看出本系統(tǒng)使用方便、操作簡單的優(yōu)點。病蟲害癥狀診斷模塊將病蟲害癥狀按照桉樹發(fā)病部位，將其分為根部癥狀、干枝癥狀、葉部癥狀和綜合癥狀四類。

為了提高診斷效率，該模塊用列表的形式為用戶提供統(tǒng)一規(guī)范的診斷特征選項，同時選用圖文結(jié)合的方式對其進行描述。這種圖文并茂的形式既提高了系統(tǒng)的美觀性，又提高了病蟲害診斷結(jié)果的準確性。害蟲形態(tài)診斷模塊，本系統(tǒng)按照昆蟲的四個發(fā)育階段，將其形態(tài)分為卵、幼蟲、蛹、成蟲四個階段。同樣采用列表的形式為用戶提供統(tǒng)一規(guī)范的診斷特征選項，診斷流程與病蟲害癥狀診斷模塊基本相同，只是調(diào)用的診斷模型與病蟲害癥狀模塊不同。為保證用戶可以獲取最新、最全的桉樹病蟲害信息，本系統(tǒng)提供病蟲害信息維護模塊。通過該模塊可以實現(xiàn)對原有病蟲害特征信息的編輯，對新增病蟲害信息的添加等，為病蟲害信息庫的及時更新提供簡便性。為防止專業(yè)水平不夠的人員進行誤操作，破壞系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的原有結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)診斷的效率和準確性，系統(tǒng)對該模塊進行了權(quán)限設(shè)置，只有通過資格審核的人員才具有該模塊的操作權(quán)限。

2系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)

系統(tǒng)以SunJDK7.0、MyEclipse8.6為開發(fā)環(huán)境，采用SSH框架、JSP、CSS、Ajax等技術(shù)，結(jié)合SQLServer數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)，部署運行在具有tomcat6.0環(huán)境支持的服務(wù)器上。病蟲害診斷由模糊匹配技術(shù)實現(xiàn)，通過對用戶選擇特征與病蟲害信息庫診斷特征的匹配，篩選出具有該匹配特征的病蟲害，并將其匹配結(jié)果反饋給用戶。這里模糊匹配的實現(xiàn)，需要一個好的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計為前提。

2.2系統(tǒng)的功能介紹

2.2.1病蟲害瀏覽查詢

本模塊主要為用戶提供瀏覽、查詢功能。瀏覽功能保證用戶可以通過選擇桉樹發(fā)病部位來查看發(fā)生在該部位的所有病蟲害信息。為了方便用戶更快速地瀏覽到所需要的信息，本系統(tǒng)又分別提供了各部位的病害類查詢和蟲害類查詢。查詢將給出病蟲害的名稱、癥狀表現(xiàn)等概要信息，同時點擊病蟲害名稱可以查看某一病蟲害的發(fā)病原因、主要危害、防治措施等詳細信息。查詢功能，用戶可以通過輸入關(guān)鍵詞，對病蟲害進行模糊查詢，查詢結(jié)果的表現(xiàn)形式與瀏覽功能結(jié)果的表現(xiàn)形式基本相同。

2.2.2病蟲害癥狀診斷

該模塊將診斷癥狀分為根部、干枝部、葉部、綜合四類，當(dāng)用戶選擇了癥狀中的某一條癥狀描述時，在其文字描述右側(cè)會顯示出相應(yīng)的圖片描述，用戶可以根據(jù)桉樹發(fā)病部位的實際情況，再參照圖片描述，確定是否選用該癥狀描述。確定選用癥狀后，用戶可以通過“添加”按鈕或是雙擊該癥狀實現(xiàn)診斷癥狀的添加，同時還可以通過“移除”功能將誤添加的一些診斷特征移除。添加診斷特征完畢后開始診斷，本系統(tǒng)將根據(jù)所選特征對病蟲害信息庫進行篩選，最后比較準確地給出符合所選特征的一種或幾種結(jié)果。

2.2.3害蟲形態(tài)診斷

害蟲形態(tài)診斷是專門為桉樹蟲害診斷設(shè)計的子模塊，本模塊將害蟲形態(tài)按照其生長周期分為卵、幼蟲、蛹、成蟲四個階段的形態(tài)。它的設(shè)計思路和操作方式與病蟲害癥狀診斷模塊相類似，其診斷結(jié)果全部為蟲害。

2.2.4添加病蟲害

該模塊是為專業(yè)用戶設(shè)計的，通過本模塊用戶既可以對病蟲害特征信息庫中原有的病蟲害診斷特征(包括診斷特征圖像)進行增、刪、改，還可以將信息庫中沒有的新生病蟲害信息錄入信息庫。由于該模塊涉及到數(shù)據(jù)庫的編輯與修改，為防止非專業(yè)人員的誤操作，影響數(shù)據(jù)庫原有結(jié)構(gòu)而提高維護成本，系統(tǒng)對該模塊進行了權(quán)限設(shè)置。添加新生病蟲

2.3系統(tǒng)功能

測試本系統(tǒng)以廣西區(qū)桉樹產(chǎn)業(yè)發(fā)展為試點對象，數(shù)據(jù)庫病蟲害信息以廣西區(qū)為主，包括病害26種，蟲害83種，包含了廣西區(qū)桉樹常見的所有病害及蟲害。下面分別以病蟲害癥狀診斷、害蟲形態(tài)診斷為例，進行功能測試。

選擇幾個比較明顯的癥狀診斷特征，“主側(cè)根周圍韌皮部變成黑褐色，呈水漬狀”、“苗莖上呈黃色水潰狀病斑，逐漸擴大至整個莖部”、“葉片初期出現(xiàn)淡綠色小斑點，后變紅褐呈紫紅色多角或不規(guī)則病斑”，診斷結(jié)果如圖9所示，根據(jù)診斷結(jié)果的癥狀表現(xiàn)可以進一步確定何種病蟲害，點擊病蟲害名稱可查看發(fā)病原因、防治措施等詳細信息。選擇幾個比較容易觀察的害蟲形態(tài)，“卵長約0.8mm，白色，長橢圓形”、“幼蟲體長0.5~3.5mm，開始為乳白色，老齡幼蟲呈黃色，頭部呈褐色”、“離蛹，長2.0~3.0mm，寬0.5~1.0mm，乳白色”、“成蟲體長2.0~3.5mm，體寬約0.6~1.3mm，頭管長1.5~2.0mm”，診斷結(jié)果如圖10所示，因診斷結(jié)果唯一，系統(tǒng)直接給出病蟲害的防治措施等詳細信息。

3討論

測試結(jié)果表明，病蟲害癥狀診斷、害蟲形態(tài)診斷都能夠比較準確地診斷出病蟲害種類，并提供有效的防治措施。本系統(tǒng)已經(jīng)在廣西桉樹病蟲害防治工作中投入使用，對病蟲害的測報與防治工作起到很好的指導(dǎo)作用，驗證了系統(tǒng)可靠性和實用性，達到了研發(fā)的預(yù)期目標(biāo)。由于前期研發(fā)以廣西區(qū)桉樹產(chǎn)業(yè)為試點，數(shù)據(jù)庫病蟲害信息更偏重于廣西區(qū)，下一步的工作是完善數(shù)據(jù)庫，對國內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的所有病蟲害信息錄入庫，從而將本系統(tǒng)在全國范圍內(nèi)推廣使用，提高我國桉樹產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。

作者：張雪芹于新文馬琰張旭單位：中國林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所