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解决方案

林务通森林病虫害预检测与检疫专家系统

发表时间:2015-05-09 阅读量:203

一、系统简介
    为完善省级森林病虫害预检测及检疫系统,提高病虫害的预检测及检疫准确率和及时性,降低病虫害带来的森林危害及损失,采用三层B/S结构即客户层、应用层和数据源层,MVC设计模式进行开发森林病虫害预检测及检疫专家系统。
    客户层即Web浏览器,提供专家系统人机交互界面,包括病虫害数据表单的提交、预测结果以及结果的解释等信息的显示。应用层即Web服务器,是系统运行的枢纽,处理包括浏览器发出的病虫害预测结果的HTTP请求,通过推理程序与数据库服务器链接和交互,并最终与GIS地图服务器关联,实现地图与文字显示。数据源层主要处理应用层对数据的请求,包括对病虫害基本信息数据库、知识库以及空间信息数据的存取和访问。
    通过测报知识库及案例库对采集的病虫害调查因子进行推理分析、预报预测进而得出预测结论,包括文字结论和图标显示,通过信息发布系统公布。从而达到快速预测病虫害疫情,并及时进行控制、扑灭,减少损失。

二、系统功能设计
    本系统分五个模块:知识库管理模块、案例库管理模块、预测预报模块、结果显示模块、用户管理模块,系统模块设计如下图:

病虫害检测与检疫.png

    系统分为前台和后台两部分,普通用户(一般病虫害测报人员)可以进入系统的前台进行病虫害的查询及预测等操作,系统管理员及测报专家可以进入后台进行病虫害知识库的构建与管理操作,包括案例确认、填充信息、案例统计等。
    采用BP网络为病虫害监理预测模型,对预测模型进行异地调用,可以面向多级用户,同时有利于系统升级,即模型改动时只需更改服务器端代码,浏览器不需变动。
    可及时、准确预测病虫害种群的未来消长趋势,实现病虫数据在网上及时、准确、连续的传输和预报发布 
2.1 预测预报模块
   预测是对森林病虫害各种调查资料、数据、信息等进行再加工、处理的过程,而预报则是预测加工、处理后的产品、结果。
2.1.1预测预报输入
    普通用户登陆到前端,通过页面向导在吉林省地图上选择具体地区,进而选择该地区某种病虫害,然后根据提示输入预测所需的实际监测数据。
2.1.2系统推理机
    采用人工神经网络技术中的B-P模型进行病虫害预测预报,人工神经网络技术能够处理高度非线性的多因素的相关关系,并具有不断学习提高的能力和机制。
    根据实际输入的各种病虫害存在情况的基本事实,利用知识库中的知识,按一定的推理策略来决定测报方法和测报结果,其推理过程大致与人类专家的思考、分析、判断与决策的推理过程相似。采用类似常用的计算机算法语言的菜单驱动技术来解决,这样,既可以保持原有的逻辑关系,又可以使规则相对独立于系统。从而使得系统的咨询内容能随时删改、扩充和更新,逐步完善、准确。
2.1.2.1风险性预测预报
    将病虫害危害的历史图片数字化,进行叠加分析,得到病虫害发生频率分布图,再把此图与森林类型及生物地理气候图叠加,找出最易暴发成灾的森林区域和气候,用于将来的暴发预测。
2.1.2.2空间分布动态监测
    用GIS可以对同一区域或相邻的区域进行病虫害的空间分布和种群动态监测;主要是预报森林病虫害发生的总范围、面积、地点,根据森林病虫的生存条件及其赖以生存的寄主分布范围预测其可能或不可能分布的地区。
2.1.2.3发生趋势预测
    用病虫害的历史发生资料在GIS系统上建立回归模型,用来进行地区性种群发生趋势预测。
预报森林病虫害发病和病原物流行的始、胜、末期;森林害虫个虫态或某发育阶段出现的始、胜、末期。根据生产的需要,对有些害虫种类,在发生期预测中还增加了始见期的预测。例如,榆烂叶甲,根据越冬后成虫出蛰的始见期预测其越冬成虫的危害盛期,为防治提供依据。
2.2 结果显示模块
   推理机将用户输入与知识库及案例库中存储的经验实例进行对比分析,推理出预测结果的地图、图表及文字。
2.2.1图表显示
    用来显示图形或报表。经过预测分析后的结果以图形形式叠加到地图上,使结论更加直观。也可以用报表形式进行量化,用数据说话。
    可以直观准确地反映不同森林病虫的分布范围、发生面积、危害程度及确切地点。可切实为森林病虫害防治工作提供决策依据。
2.2.2解释说明
    对预测预报的结论进行解释说明。
2.2.3结论输出
    将预测预报的结论以图片或者excel、word形式输出,便于保存及离线查看。
2.3 用户案例管理模块
    用户在每次预测结束后可以将此次预测过程记录到自己的案例库中,每次登录时可以通过此模块浏览自己预测过的病虫害。经过一定时间后根据实际情况对其预测结果的合理性进行评估与修正。也可以作为专家知识库的辅助,丰富了预测的知识来源。
2.4 案例库管理模块
    案例库管理模块是用户案例管理模块的升级,管理员登陆后台进入案例库管理界面,对所有用户的案例进行集中管理,经病虫害测报专家对用户新加预测案例的真实性进行审核与评估,管理员可以决定对此案例保留与否。必要时与用户进行有效沟通后可才去修改或删除操作,以确保系统案例预测的准确性。
2.5 知识库管理模块
    管理员登陆到后台,进入知识库管理界面,可以对知识库进行更新、检查等操作,保证知识库的有效性。管理员将各地区的病虫害及相关的专家经验添加入知识库中,如病虫害的分级、病虫害发生的影响因子的描述、单一影响因子的数值区段划分、各种判别条件下的病虫害发生等级的概率等,由于数据库管理系统中包含检疫信息数据库、监测信息数据库、空间信息数据库、病虫害数据库、环境因子数据库等,故而这些数据可以从数据库管理系统中获取。
    知识库系统包括所在林区各种病虫害发生期、发生量、发生范围以及危害程度等方面的预测预报内容的专家知识,采用条件-动作或前提-结论这种成对形式的产生式规则表达。如果条件(或前提)具备,那么动作(或结论)成立来实现。
    可以将地形地势图、土壤类型图、植被类型图、水系分布图、病虫分布图等简称空间数据库,把发生量、危害程度、各种气象因子等建成属性数据库,利用GIS的空间数据操作和图形处理分析等功能,产生病害虫暴发、危害、迁飞、扩散等信息,从而制定相应的管理决策。

2.6 用户管理模块
    系统管理员登录到后台进入用户管理界面,可以对用户信息进行审核,确认用户信息的真实性与完整性。可以进行用户的添加、删除及用户权限的提升等操作。