【毕业学位论文】（Word原稿）基于WEB SERVICE的害虫事例库管理系统的设计管理科学与工程硕士论文

密级 : 论文编号 : 中国农业科学院 学位论文 基于 害虫事例库 管理系统的设计 I 摘 要 虫害一直都是阻碍我国持续农业发展进程的影响因素之一，虽然我国对害虫的研究和防治工作取得了巨大成就，但是其对农业生产的威胁并未从根本上消除，害虫防治问题依然是农业生产中最突出的问 题之一。害虫防治工作中经验的作用尤为重要，经验的总结、保存、推广和应用对于害虫防治工作的开展有着积极的作用，本文即对如何使用基于事例推理技术中事例的方法记录害虫防治经验开展研究。 本文首先对农田生态系统中与害虫防治密切相关的害虫、环境、农作物三因素进行分析，建立了害虫防治经验事例化模型，提供了将目前传统的、非结构化的方式保存的害虫防治经验转化成符合事例结构要求的高度结构化的电子文档的方法。依据上述模型，本文提出了使用 术将害虫防治经验事例保存为 档方法，设计了 档的数据结构并提供了实现实例 。本文最后设计了一个基于 术的分布式害虫事例库管理系统。 本文研究成果如下： 1、建立了害虫防治经验事例化模型，将害虫防治经验的信息全面、合理、灵活地组织起来，以便于维护和推广。 2、提出了害虫防治经验储存方法，借助 术的通用性扩大害虫防治经验记录文档的适用性和本研究的推广范围。 3、设计了分布式的害虫事例库管理系统，实现不同地区间的害虫防治经验电子文档的协作生成和维护。 关键 词 ：害虫 ， 防治 ， 经验 ， 事例 of of a on of to of is of in of of in is To a a on to in of of is a a in up a a a to is in a to a of in on a to ML ML a is on as 1)up a a of in a so be 2) a of ML 3)a ML 录 第一章 绪 论 . 1 研究背景 . 1 研究内容和方法 . 3 问题的提出 . 3 主要研究内容 . 4 研究思路和方法 . 4 论文写作框架 . 6 第二章 基于事例推理技术 . 7 . 7 展历史和研究现状 . 7 点 . 7 用情况 . 8 一般过程 . 8 事例库的结构 . 10 事例的定义 . 10 事例描述 . 10 事例索引 . 11 第三章 害虫防治经验事例化建模 . 12 害虫防治经验事例化模型概述 . 12 模型要解决的问题 . 12 模型内容 . 12 相关的方法和技术 . 13 害虫事例结构 . 14 事例描述 . 14 事例索引 . 15 害虫信息数字化模型 . 16 害虫群、害虫群树及害虫群编码 . 16 虫群特征树及特征编码 . 16 在害虫信息描述中使用面向对象方法 . 18 环境信息数字化模型 . 19 环境因子及其与害虫发生的关系 . 20 环境特征树及编码 . 21 立环境因素类 . 22 农作物信息数字化模型 . 22 农作物信息因子 . 22 农作物信息树及编码 . 23 建立农作物信息类 . 24 防治方法描述 . 24 现行的害虫持续防治的有效方法 . 24 防治方法描述结构 . 26 输出 结果描述 . 26 建立索引 . 26 索引结构和建立方法 . 26 完整的害虫事例 . 27 第四章 基于 害虫防治经验存储 . 28 术 . 28 建立害虫信息数字化文件 . 30 害虫群编码文件 . 30 害虫群特征树编码文件 . 31 害虫群信息文件 . 32 建立环境信息数字化文件 . 33 环境特征树编码文件 . 33 环境信息文件 . 34 建立农作物信息数字化文件 . 36 农作物特征树编码文件 . 36 农作物信息文件 . 37 建立防治方法描述文件 . 38 建立输出结果描述文件 . 39 建立索引文件 . 39 建立害虫事例文件 . 40 第五章 分布式害虫事例库管理系统设计 . 42 术简介 . 42 害虫事例库管理系统设计 . 44 系统结构设计 . 44 系统功能设计 . 46 系统特点 . 50 第六章 总结与展望 . 51 论文总结 . 51 未来工作展望 . 52 参考文献 . 53 致谢 . 57 作者简历 . 58 V 英文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 于事例推理 扩展标记语言 向对象 用描述，发现和整合 eb 网络服务描述语言 单对象访问协议 程过程调用 B/S 浏览器 /服务器模式 超文本标记语言 超文本传输协议 互联网信息发布服 务 络服务 户关系管理 工智能 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪 论 研究背景 20 世纪 80 年代以来，世界各国为了探索解决农业发展中存在的人口、资源、环境等问题的新途经，提出了持续农业的概念，即在继承传统农业遗产和发展现代农业优点的 基础 上，以持续发展的观点来解决生存与发展所面临的资源和环境问 题，协调人口、生产资源、环境之间的关系。持续农业与我国可持续发展的重大国策相符，对解决我国“三农”问题、建设社会主义新农村和构建和谐社会意义重大，是我国农业生产的奋斗目标。 在实现农业可持续发展的进程中，病虫草鼠等的发生与 危害 是一个严重障碍，其中又以虫害的危害为最。农作物在生长发育过程中，农产品在收后贮藏、运输贸易中，常遭受到害虫的危害，使产量降低，品质变坏，造成很大的经济损失，甚至给人类带来灾难。自古以来，虫害就被列为三大自然灾害（水灾、虫灾、旱灾）之一。 人 类 开始从事农业生产活动以来，就遇到虫害问题，开 展向虫害的斗争，这一活动一直伴随着人类的农业生产活动。随着人类农业生产活动的发展，种植作物种类和品种的日益多样化，农产品交流贸易日渐增多，特别是人类对农产品产量和质量要求越来越高，防治害虫的任务就越来越重。根据现代农业昆虫学的研究，我国已知小麦害虫 237 种，水稻害虫 385 种，玉米害虫 234种，大豆害虫 240 余种，油菜害虫 118 种，棉花害虫 310 余种，烟草害虫 300 余种，蔬菜害虫 200余种，苹果、梨、桃、葡萄等北方常见果树害虫 700 余种。我国农作物每年因病虫害粮食损失 510，棉花损失约 20，蔬菜、水果 损失高达 20 30，每年的经济损失达数百亿。随着改革开发的发展，国内外贸易日益增多，一些重要害虫会随农产品输入而传入我国，这使得害虫防治和研究的任务更加任重道远。 人类防治害虫的活动大致经历了 4 个发展阶段：原始防治阶段、化学防治阶段、综合治理阶段、持续防治阶段。这四个阶段害虫防治的特点从防治手段单一、以消灭害虫为目的，到综合协调使用多种防治手段、以预防为主，再到综合考虑生态系统长期平衡和稳定、以生物防治为主。人类对害虫防治活动的发展过程也是人类不断完善对自然生态系统认识的过程。害虫的持续防治（即害虫生态 治理）强调维持系统的长期稳定性和提高系统的自我调控能力，综合考虑“社会经济自然”复合农业生态系统，符合持续农业的要求，是害虫防治的最新发展阶段，具有广阔的应用前景。 在广大农业科研人员和广大群众的共同努力下，我国害虫研究和防治工作取得了巨大成就，但时代在前进，条件在变化，害虫对农业生产的威胁并未从根本上消除，害虫的防治问题依然是农业生产中最突出的问题之一。我国生产体制的改革，市场经济的发展，改变了种植的作物种类和耕作制度，增加了化肥和农药的投入；复杂的农业生态系统 危害 虫种群的发展提供了丰富的食料，大量的 农药投入消弱了自然生物的控制作用，增加了危险性害虫的暴发机会；商品流通的发展又增加了危险性害虫的传播机会。当前病虫害防治工作的突出问题是过分依赖化学农药，病虫种类和暴发频率增加，植保方针中的“预防为主”与实践中的“重治轻防”形成矛盾，注重“治”中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 2 的产品的开发，“防”的技术的研究相对薄弱，综防体系也因生产体制的改变而发生变化。 对某一地的害虫进行防治是一项复杂性的系统工程，需综合考虑如下因素： 首先是害虫，包括害虫的种类与鉴定，分布与危害特点，生活史与习性，发生与环境关系，成灾规律与调节机制，预测预报办法，控制 危害的技术措施。这些均涉及到昆虫学的基本理论、知识与技术，主要是昆虫分类学、昆虫行为学、昆虫生态学、昆虫生理学、昆虫毒理学、昆虫病理学、昆虫生物化学、农药学等。 其次是农作物，一定的害虫发生在一定的作物上，要研究 、 了解某种作物的害虫，就要了解该种作物的生长发育过程及主要栽培措施，这样才能研究 、 了解害虫与作物及栽培措施的关系，找出作物的抗虫性，提出利用栽培措施控制害虫的方法，进而培育抗虫品种，改进耕作栽培措施。这就涉及到农作物栽培学、耕作学、遗传育种学、土壤肥料学等。 第三是环境，作物与害虫均生活在一定的环境 中，构成环境的无机生态因子，如温度、湿度、雨量、光照、风等，以及有机生态因子，如寄主植物、天敌等， 这些 均影响害虫的发生。深入研究环境因子对害虫发生量的作用，才能揭示害虫成灾的规律与调控机制，提出通过改善作物生长环境控制虫口数量增长的措施。 第四是不同地理区域的自然景观、社会条件、经济结构及发展水平等本底资料；各种自然、社会和经济因素与农业技术体系的相互关系；农业生态系统中农田生物群落的物种构成、类群结构、群落多样性和均匀性的演变过程；各种社会因素、自然生境条件、农业技术措施与农田生物群落结构及其多样性的相互 关系；农田生态系统中“农作物害虫天敌”三者之间的时空动态；农田生物群落结构及其多样性与害虫发生特点及天敌繁衍规律的相互关系。 然而，我国目前的农业经营方式决定了害虫防治大都以农户为单位进行，很难将以上因素尽数考虑进去，这也是我国害虫防治工作出现上述问题的原因之一，因此，为促进农业的可持续发展，保护生态环境和农作物优质、高产、高效，满足人类对农产品的高产、优质要求，促进国民经济健康发展，提高人民生活水平，对害虫施行持续防治势在必行。 害虫防治工作中经验的作用尤为重要，在农业生产实践和害虫防治科学研究中人们 一般 根据以往防治 经验中害虫发生的背景、对害虫采取的防治措施和施用防治措施后的防治效果的综合知识对新出现的虫害问题开展防治和研究，害虫防治工作中经验的总结、保存、推广和应用对于害虫防治工作的开展有着积极的作用。 本文研究如何将基于事例推理技术应用于害虫防治工作中，重点研究如何使用事例的方法保存害虫防治经验以便推广。基于事例推理技术将成功解决某一问题的经验作为整体的知识应用于其他具有类似特征的新问题的解决中。将此方法应用于害虫防治工作中即是将已经成功应用了的害虫持续防治方法应用于其他类似的害虫防治问题中。成功的 方法已经包含了对生态条件、社会条件、经济结构和发展水平的综合考虑，具有类似于上述条件的新的害虫防治问题将能直接应用这些成功的方法，免去对生态条件、社会条件、经济结构等的重复分析和评价。本研究将促进害虫持续防治方法的推广，进而促进持续农业的发展。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 3 研究内容和方法 问题的提出 害虫持续防治的研究内容如图 1示： 图 1虫持续防治的研究内容 he of 立“社会经济自然”复合农业生态系统下的害虫持续防治推理系统是一项庞大复杂的工程，本文仅选取包含“农作物害虫环境”三因素的农田生态系统下的害虫防治问题作为研究对象，探索基于事例推理技术的害虫防治经验推广方法。 农田生态系统中的“农作物害虫环境”三因素间存在着相互制约、依赖和影响的关系，害虫的防治措施要以对整体生态系统的综合考虑为出发点，既要考虑多种防治措施的综合运用，也要考虑农田生态系统本身自我调控的能力；既要考虑害虫发生时如何防治，也要考虑害虫不发生时控制害虫不发生或少发生的措施 ；既要考虑防治措施对害虫的短期效用，也要考虑这些措施对农田生态系统的长期影响。 基于事例推理技术的害虫防治推理系统首先将满足以上要求的成功的害虫防治的方法作为事例加以保存，解决其他害虫防治问题时，从事例库中抽取与新发生病虫害最相似的事例，直接中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 4 修改、修正、检验其防治方法并加以施用。 在构建系统的过程中，需要考虑如下问题：如何对“农作物害虫环境”三因素、其间相互关系和相互作用机理进行逻辑上的组织和计算机可读格式的记录，如何记录上述三因素和与之相关的害虫防治方法间的关系，以及以何种标准在害虫防 治问题的描述中提取合理的有代表性的描述符构成索引，以便该事例能够在以后的推理过程中被抽取到以用来解决相似的害虫防治问题。 为解决以上为题，本文建立了一个害虫事例化模型，以害虫信息为核心，使用面向对象的方法组织上述信息，使用 本保存信息；建立了一个基于 术的害虫事例库分布式管理系统，用于害虫事例的协作录入和维护。 主要研究内容 本文主要开展以下 3 个方面的研究： 1、将害虫防治经验中的各种信息重构为符合事例结构的信息块 一方面，目前现存的 害虫防治经验以零散的、非格式化的文字、图片、视频、标本的形式存在，另一方面，基于事例推理技术对事例结构做了科学的定义，因此，需要按照事例的结构将害虫防治经验中的各种信息归类组织起来，建立包含害虫描述、发生环境描述、农作物描述等害虫发生现象描述信息的问题描述，防治方法描述，防治效果描述，防治经验索引描述等的描述体系。 首先从害虫、环境和农作物三方面分析害虫生存和产生 危害 的背景，列出每种因素中与害虫防治有关的信息，使用树形图分别将这些信息按层次细化，使用面向对象方法将这些层次信息数学公式化，建立信息特征和特征值 的集合；然后定义防治方法信息和防治效果信息的描述格式和结构，设定从问题描述中建立防治经验索引的步骤，最后将各部分描述内容整合为一个完整的害虫事例。 2、将害虫防治经验中的信息块保存为通用的 本 借助信息技术进行害虫防治的基础是将有关信息保存为计算机可以识别、读取和操作的格式化文件，使用 术将害虫防治经验中的信息保存为纯 式的文本可增加其通用性，以满足建立分布式的害虫事例库管理系统对数据跨平台跨系统性的要求。 本文首先研究满足建立害虫事例库管理系统需要的文件系统的结构，将所有 文件分为公共文件和事例文件，然后使用 档定义每一个公共文件和事例文件的数据段格式，并举例说明每一文件的最终保存样式。 3、设计基于 术的害虫事例库管理系统 基于 术的害虫事例库管理系统为分布式系统，各子系统间通过 术提供的通信技术协同工作建立并维护害虫事例库。本文首先设计各个子系统基于界面、业务处理和数据的三层系统架构和功能，然后设计各个子系统间的数据同步机制和协作通信机制。 研究思路和方法 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 5 1、基于事例推理技术是推广害虫防治工作中成功经验的强大技术工具 害虫防治是一项复杂的系统工程，要整体考虑害虫发生时的害虫特征、环境特征和农作物特征，综合施用适当的农业防治方法、化学防治方法等多种防治方法开展防治工作，既要考虑害虫发生时如何防治，也要考虑害虫不发生时控制害虫不发生或少发生的措施。 基于事例推理技术将成功解决某个问题的经验整体作为知识片段（称为事例），其中包括问题发生的背景、解决方法和解决后的状况，将这种经验应用于解决其他类似问题，是对人类解决问题方式的仿真，具有极其广泛的应用价 值。将此方法应用于害虫防治工作即是将某些科学的、成功的害虫防治经验保存为事例，对事例中害虫发生的背景知识建立索引以用于匹配其他害虫防治问题，事例中关于防治方法的知识可作为解决其他具有类似发生背景的害虫问题的参考，害虫发生背景和防治效果知识用于参考修正防治方法部分的各种防治方法， 已 解决的害虫防治问题还可用于其他的害虫防治工作。 采用基于事例推理技术开展害虫防治既可省去对新的害虫防治问题复杂的分析过程，又可避免因对新问题分析不全面而对防治工作造成的负面影响。随着害虫防治推理系统的运行，系统的害虫防治经验 会越来越丰富，解决问题的效率和成功率也会越来越高。 2、树形图和面向对象方法是细化组织害虫防治经验中各种信息的有力工具 害虫事例中问题描述部分描述了害虫生存和产生 危害 的背景知识，包括害虫信息、环境信息和农作物信息，这些信息是事例匹配其他害虫防治问题和修正本事例害虫防治方法的依据，充分细化这些信息有利于提高事例被匹配上的可能性，也是提高推理系统推理效率的保障和基础。本文中将这些信息按照粒度大小组成层次化的信息结构体系供维护和检索。 树形图是组织层次化信息的重要工具，具有灵活性、直观性的特点，将 树形图应用于组织害虫事例问题描述中的信息，使这些信息直接从抽象、逻辑层面转化为具体的信息组织图，对这些信息的增删 改 工作也可直接通过对树形图节点的相应操作来实现。 面向对象方法是 对 现实世界的抽象，将现实世界中的事物进行归类，并通过类的属性和方法反应事物的静动态属性，类的派生性是对事物包含关系的最好体现。将其应用到害虫事例中时，按照事例信息树形图设计类，利用类的派生性管理信息间的属性继承关系。如为目一级的害虫设计属性后，该目各科害虫都拥有了这些属性，设计每一科的害虫属性时，只需在这些属性的基础上添加该科害虫所特 有的特征即可，免去了从头为其设计属性的工作，提高了工作效率和成功率。 3、使用 术保存害虫防治经验中的各种信息具有极强的通用性 采用 可扩展的标记语言 (建的文件是纯文本格式，具有高度的格式化， 除了易于建立和分析外， 其最大 的优点在于它既是平台无关的，又是厂商无关的 ，而 无关性比技术优越性更 为重要。 建立和操作 件，只需要一套 作函数即可，技术实现简单。使用 术保存的害虫防治经验能够被多种平台下的多种高级语言编写的系统所识别和操作，具有极强的适应性和通用性，有利于害虫防治经验的推广。 4、构建基于 术的分布式害虫事例库管理系统更具现实意义 本文中构建的害虫事例以某一种环境下对某一种作物产生 危害 的一种害虫的防治经验为单位，我国农业生产区域分布广阔，害虫 危害 既呈现多样化又具有规律性，不同地区之间的害虫防治经验可以互相借鉴和参考。构建分布式的害虫事例库管理系统，各子系统间可以共享其他子系统的知识库，通过 术通信传递数据和操作指令，协同工作，高效率高质量地建中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 6 立害虫事例，这对于我国农业生产的发展将起到积极的推动作用。基于 术的害虫事例库管理系统的工作方式是，当一个子系统在建立害虫事例时需要参考相关信息时，可到系统的一个称为服务注册中心的库中查询哪个子系统拥有该信息，然后同其通信要求共享此信息，信息提供方将信息以 息包的形式发送给需求方， 术的通信协议也是基于 术的。 论文写