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1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于Web形式開(kāi)發(fā)，采用MVC(Model-View-Controller)設(shè)計(jì)模式，即模型-視圖-控制器設(shè)計(jì)模式。MVC模式是Web開(kāi)發(fā)的主要設(shè)計(jì)模式，它強(qiáng)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(hù)交互的界面，將用戶(hù)的請(qǐng)求傳給控制器并接受數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求；控制器是視圖和模型之間溝通的橋梁，是MVC設(shè)計(jì)模式中的核心部分；模型的作用主要是與數(shù)據(jù)庫(kù)交互。這種設(shè)計(jì)模式不僅實(shí)現(xiàn)了視圖、控制器與模型的徹底分離，而且還實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)持久層的分離。這樣無(wú)論前端如何變化，模型層無(wú)需做太多改動(dòng)，并且數(shù)據(jù)庫(kù)的變化對(duì)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(hù)界面)、業(yè)務(wù)邏輯層(病蟲(chóng)害診斷、知識(shí)查詢(xún)等)、數(shù)據(jù)層(病蟲(chóng)害知識(shí)庫(kù)、用戶(hù)信息等)。知識(shí)查詢(xún)，主要是指對(duì)信息庫(kù)中病蟲(chóng)害的特征、危害、病因、防治措施等信息的相關(guān)查詢(xún)。病蟲(chóng)害診斷模塊包括：根據(jù)病蟲(chóng)害癥狀診斷和根據(jù)害蟲(chóng)形態(tài)診斷兩種方法。信息維護(hù)包括對(duì)診斷特征、診斷圖像、病蟲(chóng)害知識(shí)庫(kù)的維護(hù)。本系統(tǒng)存在兩類(lèi)用戶(hù)：普通用戶(hù)和專(zhuān)業(yè)用戶(hù)。普通用戶(hù)指未進(jìn)行注冊(cè)的林農(nóng)等用戶(hù)，只能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行一些查詢(xún)、瀏覽等非修改性操作；專(zhuān)業(yè)用戶(hù)為已進(jìn)行用戶(hù)注冊(cè)并通過(guò)審核的林場(chǎng)或桉樹(shù)公司的專(zhuān)業(yè)人員，擁有本系統(tǒng)所有功能的操作權(quán)限。其中用戶(hù)信息用來(lái)記錄專(zhuān)業(yè)用戶(hù)的相關(guān)信息。

1.2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)所涉及的主要數(shù)據(jù)為病蟲(chóng)害診斷特征數(shù)據(jù)、病蟲(chóng)害信息數(shù)據(jù)(包括病因、危害、防治措施等)、用戶(hù)信息數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)包括特征庫(kù)設(shè)計(jì)、病蟲(chóng)害信息庫(kù)設(shè)計(jì)、用戶(hù)信息庫(kù)設(shè)計(jì)、診斷特征與病蟲(chóng)害信息關(guān)聯(lián)庫(kù)設(shè)計(jì)等。診斷特征數(shù)據(jù)庫(kù)與病蟲(chóng)害信息數(shù)據(jù)庫(kù)及其之間關(guān)聯(lián)庫(kù)的設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，尤其是診斷特征庫(kù)以及它與病蟲(chóng)害信息庫(kù)的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，直接影響到病蟲(chóng)害診斷的速度與準(zhǔn)確精度，從而影響系統(tǒng)的運(yùn)行效率。為提高系統(tǒng)的診斷效率及診斷結(jié)果的準(zhǔn)確度，在診斷特征庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)桉樹(shù)病蟲(chóng)害發(fā)病癥狀、害蟲(chóng)形態(tài)癥狀等的診斷特征提供了相應(yīng)的圖像庫(kù)，并對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，特征庫(kù)主要存放文字特征及其圖像關(guān)聯(lián)信息?？紤]到對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行二進(jìn)制文件操作耗時(shí)，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(kù)中僅保存圖像的相關(guān)描述信息及保存路徑。在病蟲(chóng)害信息數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，將病蟲(chóng)害信息與防治技術(shù)高度集成，既簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)庫(kù)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(yùn)行效率。用戶(hù)信息庫(kù)用于存放系統(tǒng)用戶(hù)的基本信息及其對(duì)系統(tǒng)的操作權(quán)限等。

1.3功能模塊的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要功能模塊為：病蟲(chóng)害信息瀏覽查詢(xún)模塊、病蟲(chóng)害診斷模塊和病蟲(chóng)害信息維護(hù)模塊。針對(duì)桉樹(shù)病蟲(chóng)害測(cè)報(bào)人員專(zhuān)業(yè)素質(zhì)不高，而病蟲(chóng)害種類(lèi)多、發(fā)病癥狀各異這一問(wèn)題，系統(tǒng)將病蟲(chóng)害診斷細(xì)分為病蟲(chóng)害癥狀診斷和害蟲(chóng)形態(tài)診斷兩個(gè)模塊。病蟲(chóng)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(jiǎn)便性和運(yùn)行效率，在病蟲(chóng)害信息瀏覽查詢(xún)模塊，以多種形式給出可供用戶(hù)選擇的關(guān)鍵信息，盡量減少用戶(hù)的輸入查詢(xún)。在查詢(xún)結(jié)果列表中，可以繼續(xù)查看詳細(xì)的病蟲(chóng)害信息，比如名稱(chēng)、病因、主要危害、癥狀表現(xiàn)、防治方法等。通過(guò)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(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。病蟲(chóng)害癥狀診斷模塊將病蟲(chóng)害癥狀按照桉樹(shù)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(lèi)。

為了提高診斷效率，該模塊用列表的形式為用戶(hù)提供統(tǒng)一規(guī)范的診斷特征選項(xiàng)，同時(shí)選用圖文結(jié)合的方式對(duì)其進(jìn)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(chóng)害診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。害蟲(chóng)形態(tài)診斷模塊，本系統(tǒng)按照昆蟲(chóng)的四個(gè)發(fā)育階段，將其形態(tài)分為卵、幼蟲(chóng)、蛹、成蟲(chóng)四個(gè)階段。同樣采用列表的形式為用戶(hù)提供統(tǒng)一規(guī)范的診斷特征選項(xiàng)，診斷流程與病蟲(chóng)害癥狀診斷模塊基本相同，只是調(diào)用的診斷模型與病蟲(chóng)害癥狀模塊不同。為保證用戶(hù)可以獲取最新、最全的桉樹(shù)病蟲(chóng)害信息，本系統(tǒng)提供病蟲(chóng)害信息維護(hù)模塊。通過(guò)該模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原有病蟲(chóng)害特征信息的編輯，對(duì)新增病蟲(chóng)害信息的添加等，為病蟲(chóng)害信息庫(kù)的及時(shí)更新提供簡(jiǎn)便性。為防止專(zhuān)業(yè)水平不夠的人員進(jìn)行誤操作，破壞系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的原有結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)診斷的效率和準(zhǔn)確性，系統(tǒng)對(duì)該模塊進(jìn)行了權(quán)限設(shè)置，只有通過(guò)資格審核的人員才具有該模塊的操作權(quán)限。

2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

系統(tǒng)以SunJDK7.0、MyEclipse8.6為開(kāi)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(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，部署運(yùn)行在具有tomcat6.0環(huán)境支持的服務(wù)器上。病蟲(chóng)害診斷由模糊匹配技術(shù)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)用戶(hù)選擇特征與病蟲(chóng)害信息庫(kù)診斷特征的匹配，篩選出具有該匹配特征的病蟲(chóng)害，并將其匹配結(jié)果反饋給用戶(hù)。這里模糊匹配的實(shí)現(xiàn)，需要一個(gè)好的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為前提。

2.2系統(tǒng)的功能介紹

2.2.1病蟲(chóng)害瀏覽查詢(xún)

本模塊主要為用戶(hù)提供瀏覽、查詢(xún)功能。瀏覽功能保證用戶(hù)可以通過(guò)選擇桉樹(shù)發(fā)病部位來(lái)查看發(fā)生在該部位的所有病蟲(chóng)害信息。為了方便用戶(hù)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(lèi)查詢(xún)和蟲(chóng)害類(lèi)查詢(xún)。查詢(xún)將給出病蟲(chóng)害的名稱(chēng)、癥狀表現(xiàn)等概要信息，同時(shí)點(diǎn)擊病蟲(chóng)害名稱(chēng)可以查看某一病蟲(chóng)害的發(fā)病原因、主要危害、防治措施等詳細(xì)信息。查詢(xún)功能，用戶(hù)可以通過(guò)輸入關(guān)鍵詞，對(duì)病蟲(chóng)害進(jìn)行模糊查詢(xún)，查詢(xún)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(chóng)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(lèi)，當(dāng)用戶(hù)選擇了癥狀中的某一條癥狀描述時(shí)，在其文字描述右側(cè)會(huì)顯示出相應(yīng)的圖片描述，用戶(hù)可以根據(jù)桉樹(shù)發(fā)病部位的實(shí)際情況，再參照?qǐng)D片描述，確定是否選用該癥狀描述。確定選用癥狀后，用戶(hù)可以通過(guò)“添加”按鈕或是雙擊該癥狀實(shí)現(xiàn)診斷癥狀的添加，同時(shí)還可以通過(guò)“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(kāi)始診斷，本系統(tǒng)將根據(jù)所選特征對(duì)病蟲(chóng)害信息庫(kù)進(jìn)行篩選，最后比較準(zhǔn)確地給出符合所選特征的一種或幾種結(jié)果。

2.2.3害蟲(chóng)形態(tài)診斷

害蟲(chóng)形態(tài)診斷是專(zhuān)門(mén)為桉樹(shù)蟲(chóng)害診斷設(shè)計(jì)的子模塊，本模塊將害蟲(chóng)形態(tài)按照其生長(zhǎng)周期分為卵、幼蟲(chóng)、蛹、成蟲(chóng)四個(gè)階段的形態(tài)。它的設(shè)計(jì)思路和操作方式與病蟲(chóng)害癥狀診斷模塊相類(lèi)似，其診斷結(jié)果全部為蟲(chóng)害。

2.2.4添加病蟲(chóng)害

該模塊是為專(zhuān)業(yè)用戶(hù)設(shè)計(jì)的，通過(guò)本模塊用戶(hù)既可以對(duì)病蟲(chóng)害特征信息庫(kù)中原有的病蟲(chóng)害診斷特征(包括診斷特征圖像)進(jìn)行增、刪、改，還可以將信息庫(kù)中沒(méi)有的新生病蟲(chóng)害信息錄入信息庫(kù)。由于該模塊涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)的編輯與修改，為防止非專(zhuān)業(yè)人員的誤操作，影響數(shù)據(jù)庫(kù)原有結(jié)構(gòu)而提高維護(hù)成本，系統(tǒng)對(duì)該模塊進(jìn)行了權(quán)限設(shè)置。添加新生病蟲(chóng)

2.3系統(tǒng)功能

測(cè)試本系統(tǒng)以廣西區(qū)桉樹(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展為試點(diǎn)對(duì)象，數(shù)據(jù)庫(kù)病蟲(chóng)害信息以廣西區(qū)為主，包括病害26種，蟲(chóng)害83種，包含了廣西區(qū)桉樹(shù)常見(jiàn)的所有病害及蟲(chóng)害。下面分別以病蟲(chóng)害癥狀診斷、害蟲(chóng)形態(tài)診斷為例，進(jìn)行功能測(cè)試。

選擇幾個(gè)比較明顯的癥狀診斷特征，“主側(cè)根周?chē)g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(kuò)大至整個(gè)莖部”、“葉片初期出現(xiàn)淡綠色小斑點(diǎn)，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(jìn)一步確定何種病蟲(chóng)害，點(diǎn)擊病蟲(chóng)害名稱(chēng)可查看發(fā)病原因、防治措施等詳細(xì)信息。選擇幾個(gè)比較容易觀察的害蟲(chóng)形態(tài)，“卵長(zhǎng)約0.8mm，白色，長(zhǎng)橢圓形”、“幼蟲(chóng)體長(zhǎng)0.5~3.5mm，開(kāi)始為乳白色，老齡幼蟲(chóng)呈黃色，頭部呈褐色”、“離蛹，長(zhǎng)2.0~3.0mm，寬0.5~1.0mm，乳白色”、“成蟲(chóng)體長(zhǎng)2.0~3.5mm，體寬約0.6~1.3mm，頭管長(zhǎng)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(chóng)害的防治措施等詳細(xì)信息。

3討論

測(cè)試結(jié)果表明，病蟲(chóng)害癥狀診斷、害蟲(chóng)形態(tài)診斷都能夠比較準(zhǔn)確地診斷出病蟲(chóng)害種類(lèi)，并提供有效的防治措施。本系統(tǒng)已經(jīng)在廣西桉樹(shù)病蟲(chóng)害防治工作中投入使用，對(duì)病蟲(chóng)害的測(cè)報(bào)與防治工作起到很好的指導(dǎo)作用，驗(yàn)證了系統(tǒng)可靠性和實(shí)用性，達(dá)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(shù)產(chǎn)業(yè)為試點(diǎn)，數(shù)據(jù)庫(kù)病蟲(chóng)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(kù)，對(duì)國(guó)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的所有病蟲(chóng)害信息錄入庫(kù)，從而將本系統(tǒng)在全國(guó)范圍內(nèi)推廣使用，提高我國(guó)桉樹(shù)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(guó)林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所