及时掌握森林的健康状况,了解有害生物的发生、发展和危害规律,是有效控制有害生物的重要措施.长期以来,森林病虫害诊断、防治主要依靠防治人员到现场判断和提出防治措施,如果基层防治人员不能做出正确的诊断,森林病虫害就得不到科学治理.因此,森林病虫害远程诊断系统的建立显得十分重要.

　　国内外均有森林病虫害诊治和预防的成功案例,如Kaloudis设计的森林病虫害专家系统能够识别多达40种病虫害,并且在识别种类后还能给出适当的诊治手段.近年来,我国林业专家系统的研究和应用发展十分迅速,如全国森林病虫害防治检疫管理信息系统于2003年已启用,每年系统都在积极地更新和完善.

　　通过WEB-GIS、图像识别处理、数据库技术等的应用,结合森林病虫害专业知识,实现森林病虫害的远程诊断,建立一个科学的、有效的森林病虫害远程诊断体系,能为森林病虫害的防治提供科学的决策支持,最大限度地降低森林病虫害造成的损失.

　　1　森林病虫害远程诊断的流程设计

　　森林病虫害远程诊断的思想是:系统用户将采集到的信息通过网络发送到诊断服务网站进行分析诊断,然后由后台数据处理中心对诊断数据进行挖掘、整理并得出相关结果,反馈给用户.如果专家知识库中不存在与查询相匹配的信息,用户可以登录服务网络寻求问题的解决.即实现病虫害的远程诊断包含两大块的内容:远程诊断系统和专家在线诊断系统。

　　用户通过远程诊断系统对数据库进行访问,直接得到与查询相匹配的信息.当用户通过远程诊断系统进行自助诊断无法得到结果时,再访问远程诊断专家系统,在线与专家进行进一步的沟通,在线寻求诊断结果.

　　森林病虫害远程诊断的流程如图1所示.如果知识库中不存在与用户输入的病虫害特征相匹配的诊断结果,则信息在“专家在线诊断系统”中进行处理.专家在线诊断系统诊断的流程见图2.

　　2　森林病虫害远程诊断的实现

　　实现森林病虫害的远程诊断,是一个相当复杂的过程,要运用到图像识别及处理、数据库建立、推理机设计等多种计算机技术.

　　2.1　森林病虫害信息入库的实现

    收集各种森林病虫害的图像、文字等信息,入库并进行管理,即知识的获取过程.文字信息可以直接输入到数据库;图像信息可以作为基础库对用户提供的数据进行比对分析,又可以以直观的方式提供给咨询专家.森林病虫害图像特征库主要包括摄影彩色照片、视频材料及相关文字说明等.各类资料必须经过仔细的解释、分析和整理才能进入数据库.同样,用户在进行森林病虫害诊断时,提交森林病虫害的照片、图像信息后,也需进行处理,才能进一步进行诊断.然而因为森林病虫害种类多、虫态复杂,生态条件千差万别,数字图像技术在森林病虫害图像处理中的应用尚存在较大难度,但具有重要意义.

　　森林病虫害图像处理的具体方法如图3所示.

　　2.2　专家知识库的设计及管理

　　实现森林病虫害的远程诊断,要收集足够多的专家知识及森林病虫害的图文资料.由于森林病虫害种类多、虫态复杂,生态条件千差万别,而财力、物力、人力各方面条件有限,所以专家系统只能收录部分大量存在的病虫害信息,以及一些对林业造成很大破坏的病虫害信息.专家知识库是森林病虫害远程诊断专家系统的核心内容,数据量非常庞大,时空性特强,为提高系统效率,单独建立库结构,专家知识库的一般设计过程如图4所示.

　　专家知识库包括森林病虫害图像特征库、诊断知识库、诊断模型库、属性数据库、林相图、数字化地形图以及其它专题数据库(森林病虫害分布图、防治设施分布图、防治人员分布、防治机构分布图、各测报中心分布图).

　　数据库技术是实现森林病虫害远程诊断的关键技术之一.应用数据库技术把集中式数据库用网络连接起来,提高数据库管理系统的模块化程度.采用主动数据库理论,提供对紧急情况及时反应的能力.查询产生的新的有用信息要及时存储,能对数据进行及时更新,做到决策的真实可靠.另外,优化数据库运行环境和运行参图4　森林病虫害远程诊断专家知识库设计过程Fig.4　The design process of expert knowledgedatabase for long-distance diagnosis offorest pests数,合理分配用户权限,对数据库的稳定性和安全性也是非常重要的.

　　2.3　森林病虫害远程诊断推理机的设计

　　由于用户需求的针对性很强——即希望知道森林病虫害的发展趋势及防治的方法,故森林病虫害远程诊断系统的推理机的推理方式采用逆向推理.根据结论到知识库中去寻找以该目标为结论的规则,并验证该规则的条件部分是否满足,如果有不满足的条件,则继续在规则库中寻找以该条件为结论的规则,如果存在这样的规则,则加入新的规则继续推理;如果不存在这样的规则,则向用户询问是否可以补充新的知识以满足需要的条件.

　　基于这样的逆向推理模式,推理机选择以递归的方式进行设计.在推理过程中有无法满足的条件需要询问用户时,推理机如何暂停运行,等待用户补充新的知识,并在用户补充完新知识后可以继续上述推理是本系统设计的关键.在系统中,这方面的设计可借鉴计算机工作原理中中断技术现场保护的方法.

　　2.4　森林病虫害远程诊断的网络结构

　　由三部分组成:用户、专家以及服务端,用户和专家客户端通过Internet方式与服务器连接,实现服务器与工作站之间的数据的安全传输.在用户端包含了多个用户工作站,用户可以将图像数据从工作站上传至服务器,并通过网络传送到专家工作站.在专家一端,也包含了多个固定或可移动的专家工作站,它们可以连接多个图像设备,并将图像数据传输到服务器,到达用户工作站.服务器端由数据服务器和应用服务器构成,在服务器端可以完成工作站的管理,图形的处理,图像数据的输入输出工作,并通过防火墙与Internet相接,实现服务器与工作站之间的数据的安全传输.

　　2.5　森林病虫害远程诊断系统数据更新的实现

　　在进行系统的数据更新时,可以“国家林业局森林病虫害信息中心处理系统”作为远程诊断专家系统的平台,将其作为一个信息传输的通道,将信息导入远程诊断系统中,完成本系统的数据更新.同时,本系统中的数据也可以由此方法传到国家林业局森林病虫害信息中心处理系统,帮助国家林业局森林病虫害信息中心处理系统进行更新.另外,在线诊断系统具有对知识库自动更新的功能.

　　3　系统运行过程与评价

　　森林病虫害诊断方式主要包括文字诊断、图片诊断和诊断帮助.文字诊断可以通过描述森林病虫害特征的文字的提交来完成.在进行图片诊断时,首先,由用户输入诊断要素,主要包括:图片类型、图片分类,然后通过录入需要诊断的森林病虫害诊断信息后,提交给推理机进行分析,推理机将分析后的结果返回给用户,输出结果即系统的诊断结果,诊断结果要素包括:

　　诊断时间、诊断地区、诊断分类、属性分类、病虫分类、寄主名称和危害症状.如果病虫害信息未知,信息将提交给专家,专家通过在线答疑、专家论坛、在线短信等方式进行诊断,最后以电子邮件等形式返回给用户,同时系统将自动根据专家诊断的结果对知识库进行更新,使系统诊断效率与准确度不断提高.另外通过系统可以进行知识更新、数据输出、系统设置、用户管理以及数据维护等操作.

　　森林病虫害远程诊断系统运用了计算机技术、数据库技术、图像处理技术、网络技术、地理信息系统技术,不仅将专家系统应用于森林病虫害的诊断工作,同时是一个集森林病虫害的诊断、监测、预报和防治为一体的综合管理信息系统.

　　4　结束语

　　(1)在分析森林病虫害诊断和防治现状的基础上,提出了建立森林病虫害远程诊断系统的必要性,并设计了森林病虫害远程诊断流程和专家在线诊断系统诊断流程.

　　(2)通过探讨实现森林病虫害远程诊断的关键技术,提出了一个实现森林病虫害远程诊断系统的方案,通过此系统可达到对森林病虫害进行远程诊断的目的,对森林病虫害的防治具有重要的理论和实际意义.

　　(3)森林病虫害远程诊断系统的建立除考虑其本身的未来发展,还应考虑与其它林业应用系统之间的接口和数据共享等问题.

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