病虫害监测预警系统北创科技智慧农业.doc

病虫害防治系统-银川北创科技有限公司一、建设背景近年来，农业部启动了一系列全国主要农作物有害生物种类与发生危害情况调查研究项目。包括对农作物有害生物系统的普查与对农作物病虫害的预警和防治。主要农作物的病、虫、草、鼠害为重点，采取系统调查与普查相结合、定点观测与定位调查相结合、一般调查与重点调查相结合的方法，对主要农作物上的有害生物种类进行全面调查和鉴定，查明危害农作物有害生物的所有种类，获取我国主要农作物上有害生物种类的全部数据，建立中国主要农作物有害生物数据库，出版中国主要农作物有害生物名录系列丛书；对国内新发生和境外入侵有害生物种类鉴定到种或属，对历史记载进行核实、澄清和更新；对主要有害生物的发生分布区域进行系统调查，结合寄主作物的分布，对农作物有害生物的发生进行区划，绘制主要有害生物种类的发生分布区划图；采用系统监测、抽样调查和统计学方法对重要有害生物的发生程度进行调查研究，明确重要有害生物造成的产量损失；系统分析全球气候变暖、耕作制度变化、农产品贸易全球化、农作物品种抗性变化和有害生物抗药性上升等多种因素对重大农作物有害生物发生发展的影响，阐明重大有害生物长期发生趋势，编写中国重大农作物有害生物发生趋势分析和控制策略报告，为制定重大病虫害防控策略，提高防控能力提供依据；通过对小型种、微小种，以及疑难种和近缘种等开展采样调查、分类与鉴定，研究提出上述小型种类有害生物快速鉴定技术；探索分子生物学技术和“3S”技术（遥感、地理信息系统和全球定位系统）在有害生物调查、鉴定和分析中的应用，形成一系列有害生物调查方法与技术规范。我国农业生态条件复杂，耕作制度多样，也是世界上农业有害生物灾害多发、频发和重发的国家之一，据不完全统计，我国农作物有害生物1600多种，其中，害虫830多种、病害720多种、杂草60多种、鼠害20多种。开展主要农作物有害生物种类与发生危害特点研究，对于摸清我国主要农作物有害生物发生危害家底，提高植保防灾减灾水平意义十分重大。二、建设内容宁夏葡萄病虫害监测预警数字化平台建设主要包括：1、葡萄病虫害预警平台建设。根据农场的地理分布和地势地貌，在玉泉营和黄羊滩农场建立多台无人职守气象站，完成空气温度、湿度、光照明度、风速风向、降雨量等农业环境参数的实时动态采集，并通过移动无线GPRS传输到中心工作机房，实现农业综合生态信息自动控制监控和智能管理。2、葡萄病虫害数据库建设。结合3S技术解决葡萄种植的位置信息和属性信息，为葡萄病虫害防治专家系统与葡萄病虫害预测预报服务平台提供可靠的信息源数据。建立据库，存储项目示范区自动采集和人工采集的气象数据、生物数据（孢子捕捉、虫口密度等）、地理信息（GIS）数据、卫星遥感（RS）光谱数据和病虫害防治专家知识库等。3、基于“3S”技术的葡萄病虫害预测预报模型的构建。重点构建葡萄霜霉病预测预报模型。预测预报模型主要预测葡萄病虫害发生的时间、程度和空间位置分布三项内容。预测预报模型包括长期、中期和短期三个时间尺度及区域性和地块性两种空间尺度。预测预报的病虫害发生的风险程度分为轻度、中度和严重三个等级。4、基于“3S”技术的葡萄病虫害防治专家系统研发与应用。构建葡萄病虫害防治知识库和推理规则，研发葡萄病虫害防治专家系统。专家系统能基于预测模型对葡萄病虫害发生的时间、程度、空间位置分布的预测结果，自动决策分析预防对策。5、葡萄病虫害预测预报。根据气象数据和田间病虫害发生情况实际调查，发布葡萄病虫害预测预报结果及专家系统提供的预防对策。三、葡萄病虫害监测预警数字化实施方案介绍系统主要框图如下：3.1数据信息采集全自动化其DDIS和自动气象网络的很多数据均通过仪器自动采集。如在田间拍摄病虫为害照片的同时。即自动采集了病虫害发生的地点、时间、温湿度、光照等信息。照片上传到系统后，系统将照片数据采集地点自动生成分布图从地图上可一目了然地了解病虫害发生分布。同时通过地图的搜索查询可直接找到发生地点和发生情况图片。病虫害监测预警的气象数据则全部为系统自动采集、上传、处理，并生成趋势图等。3.2数据展示多形式以图表结合的形式对数据进行展示，包括发生省份统计、发生县数统计，有害生物发生危害基础信息等；同时利用地理信息系统的空间分析展示功能，以点状分布、区域填充、图层叠加、插值图等表现形式，形象、直观地展示有害生物发生分布区域。3.3网络版软件监控管理界面本系统以网页访问的形式进行访问，优点是可以实现多用户同时进行登陆处理，方便快捷，界面友好，操作简单明了，而且可以实现远程监控和接受报警信息。3.4 专家决策系统构建葡萄病虫害防治知识库和推理规则，采用模糊神经网络预测模型来研发葡萄病虫害防治专家系统。将人工神经网络与模糊系统相结合,建立基于模糊神经网络的农作物虫情预测模型;并将该模型与基于BP神经网络算法的预测模型进行比较。结果表明,模糊神经网络的预测模型预测精确度比较高,训练速度比较快;该模型给农作物虫情预测提供了一种新方法专家系统能基于预测模型对葡萄病虫害发生的时间、程度、空间位置分布的预测结果，自动决策分析预防对策。3.5手机短信报警本系统可以通过设置固定手机号码，来接受报警信息的短信。可以达到随时随地的掌握葡萄的生长状况和病虫害情况。3.6 视屏图像处理视频图像处理技术源自计算机视觉技术。计算机视觉技术是人工智能研究的分支之一，它能够在图像及图像描述之间建立映射关系，从而使计算机能够通过数字图像处理和分析来理解视频画面中的内容。视频监控图像处理技术依赖于计算机视觉技术，运用图像处理算法，在不需要人为干预的情况下，通过对摄像机拍摄的视频图像序列进行自动分析，实现对场景中目标定位、识别和跟踪，并在此基础上理解和描述目标的行为。根据行为特征分析并从图像中寻找满足预先设定的行为特征的事件，如：叶子的病变程度、虫害的生长规律、虫害的范围留等3.7图形化分析系统基于GIS系统和宁夏地理信息空间数据，通过对病虫害数据的分析和比较，以点状分布和区域分布等技术手段来展现全区病虫害发生趋势和情况；用Flex矢量图的形式，把病虫害测报、防治等数据在省级地图上进行插值分析，以色阶图的形式来展现全省病虫害发生情况，使数据的展现结果更直观。图形化分析系统从需求来看分为两个部分：一个是GIS展现，一个是Flex展现，在本系统中可以合二为一，使用Flex作为前段来展现GIS数据。3.8业务信息动态发布通过该模块可以把业务系统内生成的Flex插值图、统计曲线图及其他可对外公开的业务数据信息通过数据接口发布到官方网站上，发布出来的数据和图形能够保持是最新的业务数据，要确保网站浏览这些公开的业务数据时不会对后台业务系统造成数据库压力。该发布功能是业务系统的一个不可或缺部分，系统支持各类数据通过约定好的数据接口进行数据发布。3.9适合宁夏特色的数据库建设为满足宁夏回族自治区对本区葡萄的病虫害监测管理的需要，建设具有本区病虫害监测预警特色需求的测报业务数据库、地理信息数据库、机构管理数据库及相关应用功能。数据库建设是本系统的基础，需要根据农垦局的实际业务情况进行数据设计和建设。主要葡萄病虫害数据库建设葡萄有害生物调查数据库设计葡萄的有害生物调查信息记录表，数据范围包括全区多个调查点、多种葡萄有害生物、多张调查信息记录表等。地理空间数据库由基础地理数据和专题空间数据两部分组成。基础地理数据包括省界、县市界行政区划底图，病虫灾害监测点坐标等信息；专题空间数据包括各类植保专题空间数据，如病虫害发生分布图等。有害生物基础信息数据库结合有害生物调查研究成果，建立一套检索方便、信息全面、扩展便捷的知识库体系，主要内容包括有害生物的名称、形态特征、发生区域、危害规律、防治建议等图片和文字信息。运行管理数据库运行管理数据库是整个系统安全、稳定运行的基础，用以存储管理数据和日志数据。管理数据包括全区多个监测站点信息、用户信息及其权限、填报内容等；日志数据记录系统运行中不同类别用户的操作过程和数据流向，用于监管系统数据是否正常流转。3.10信息安全可靠为保障服务器数据安全，除要求采用常规安全保障方法外，对数据库内的重要数据采用定期在线备份和定期离线备份两套方案，保证数据损坏或丢失后可以回溯到近期数据。用户与服务端之间交互的所有数据信息采用加密方式传输,确保调查数据上报、传输安全。为保障服务器数据安全，除要求采用常规安全保障方法外，还需要通过对系统后台进行用户和权限的管理来确保业务系统的数据和系统的安全性；建立数据库定时备份机制，保证数据损坏或丢失后可以回溯到近期数据；对业务敏感数据采用USB key和登录密码的双安全登录来确保系统登录的安全性和权限管理的安全性；用SSL服务器证书和HTTPS通讯协议来确保业务数据在互联网上传输的安全性。系统运行的基本安全体系是一般系统都应该具备的，USB Key硬件设备登录系统可以加强系统账号的安全性，HTTPS和SSL服务器证书可以确保使用者与服务器通讯、省级服务器与国家服务器通讯的数据传输安全性。四、本葡萄病虫害监测报警系统的特点在遵循招标书中的“科学性、实用性、先进性”的建设原则下，保障普查网络填报系统的智能、便捷，数据库系统稳固、安全，知识库系统丰富、完善的基础上，我们在本方案的设计中，在技术上遵循以下规划原则：先进性本系统建设采用成熟、具有国内先进水平，并符合国际发展趋势的技术和产品。在设计过程中充分依照国家的相关规范、标准，借鉴国外目前成熟的主流应用软件系统体系结构，以保证系统具有较长的生命力和扩展能力。适用性本系统设计要充分结合农业病虫害测报和农作物有害生物普查的实际需求，坚持“业务驱动服务，服务驱动技术”的原则规划系统的功能，确保本系统能够有效支持主要农作物有害生物普查数据的采集及其后续的业务运作管理，促进业务协同与资源共享，进而使普查工作得以完美的实施。扩展性本系统具备跨平台运行支持能力，可以运行在多种硬件平台和操作系统与数据库平台上，保护用户原有投资；并具备集中、分布式部署的能力；提供清晰的服务标准规范，便于增加新的服务