专利名称：：典型农作物危害动物数字化声防决策支持系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种典型农作物危害动物数字化声防决策支持系统，根据不同环境、地区和农作物特点，针对性地给出声防方案，提供给基于无线传感器网络的典型农业危害动物数字化声防系统，以更有效地驱赶农业危害动物，解决农作物典型危害动物的防治问题。
背景技术：
：农业是国民经济的命脉。动物危害行为导致农作物减产和商品价值损失非常严重，传统的应对方法不但耗费人力，污染环境且效果有限。目前，常用的典型农业危害动物的防治策略主要分为利用化学产品和动物恐吓两类。利用农药等化学产品防治农业危害动物，不但污染环境，而且不利用野生动物的保护；已有的动物动物恐吓方法主要针对于鸟类和鼠类，主要有超声驱赶、视觉恐吓、气味驱赶和防栖息等方法，存在缺点是，不灵活、针对的危害动物种类单一、控制方案过于简单等。实用新型专利"农田自动驱鸟器"(申请号91214192.1)涉及一种应用于农田的自动驱鸟器，采用发声的方法驱鸟。该装置在一圆筒内设一转轴，转轴上装设多个响铃和铁坠子，转轴两端均装设风动叶轮。利用自然风力吹动叶轮。带动圆筒内转轴外装设的响铃和铁坠子甩动不断敲打圆筒壁，噪声和响铃响声合奏一支驱鸟曲，实现对农田中鸟类的驱赶。该装置只针对鸟类，对其他危害农田动物的驱赶作用不明显。危害动物的出现是有规律可循的，不同的农作物、不同的气候或者环境特点，就会出现不同的危害动物，如鸟类多出现在白天，鼠类多出现在晚上。典型农业危害动物数字化声防决策支持系统就是根据这些特点开发。此系统利用"作物种类_周围环境_危害动物_天敌"关系模型，智能地进行声防方案决策，以针对性更强地驱赶相应的危害动物。典型农作物危害动物数字化声防决策支持系统已应用于基于无线传感网络的典型危害农作物动物声防数字化产品中。该系统的有益效果是，针对不同环境和农作物种类给出合适的农作物危害动物声防方案，解决了传统声防方法由于声防方案单一造成的危害动物驱赶效果不佳的问题。
发明内容本发明克服了现有技术的不足，为灵活、有效地驱赶农田危害动物提供了决策支持。典型农作物危害动物数字化声防决策支持系统，其特征在于，含有基本信息库、地区信息库、数据库管理模块、推理机以及温度传感器、湿度传感器和光照传感器，其中基本信息库，是一个即插即用的存储卡，存储有农作物与对应危害动物的映射关系表、危害动物与对应天敌的映射关系表以及危害动物活动规律与环境信息的映射关系表，其中，所述危害动物活动规律与环境信息的映射关系用危害动物的活动适宜度函数表示，该危害动物活动适宜度函数为危害动物的温度适宜度函数、湿度适宜度函数和光照适宜度函数之和，用f函数表示，并输入到所述推理机中存储，f=f温度(L"H》+f湿度(L2，M2，H2)+f光照(L3，M3，H3)其中，温度适宜度函数fg度(LnMnH》用下式表示'(,-Zj)/(A/广A)A〈"M!o其它湿度适宜度函数f湿度(L2，M2，H2)用下式表示Ai度=(//2-/2)/(//2_似2)M2</z<//20其它光照适宜度函数f光照(L3，M3，H3)用下式表示丄3</<M3(/_z3)/(M3_i:3)/光照=似3)M3</<//30其它，t是温度实测值，LpM工和&分别为温度适宜度最低值、最佳值和最高值；h是湿度实测值，L2、M2和H2分别为湿度适宜度最低值、最佳值和最高值；i是光照度实测值，L3、M3和H3分别为光照适宜度最低值、最佳值和最高值；推理机，设置有实测温度值输入端口，实测湿度值输入端口以及实测光照度值输入端口，设置有下述三种推理模式按农作物名称推理、按危害动物名称推理以及按地区名称、农作物名称推理模式，其中按农作物名称推理模式依次按以下步骤实现步骤(1)，提取已经输入的农作物名称和声防方案更新时间，步骤(2)，查询基本信息库，得到该农作物所对应的至少一种危害动物，步骤(3)，周期性地实时采集周围环境的温度、湿度和光照度值，并从所述数据库管理系统中调取所述至少一种危害动物适宜活动的温度最低值、最佳值和最高值，湿度最低值、最佳值和最高值，光照度最低值、最佳值和最高值，分别计算所述至少一种危害动物的各活动适宜度函数，取其中的最大值，并找出其对应的任何一种天敌，作为声防方案的输出；按危害动物名称的推理模式依次按以下步骤实现步骤(1)，提取已输入的至少一种危害动物的名称和声防更新时间，步骤(2)，周期性地实时采集周围环境的温度、湿度和光照度值，并从所述数据库管理系统中调取所述至少一种危害动物适宜活动的温度最低值、最佳值和最高值，湿度最低值、最佳值和最高值，光照度最低值、最佳值和最高值，分别计算所述至少一种危害动物的各活动适宜度函数，取其中的最大值，并找出其对应的任何一种天敌，作为声防方案的输出；按地区名称、农作物名称推理模式依次按以下步骤进行步骤(l)，提取已输入的地区名称和农作物名称，并提取声防方案更新时间，步骤(2)，查询地区信息库中此地区农作物名称对应的至少一种危害动物的名称，步骤(3)，周期性地实时采集周围环境的温度、湿度和光照度值，并从所述数据库管理系统中调取所述至少一种危害动物适宜活动的温度最低值、最佳值和最高值，湿度最低值、最佳值和最高值，光照度最低值、最佳值和最高值，分别计算所述至少一种危害动物的各活动适宜度函数，取其中的最大值，并找出其对应的任何一种天敌，作为声防方案的输出。一种典型农业危害动物数字化声防决策支持系统，由知识库、数据库管理系统、推理机和人机交互接口四个部分组成。其特征在于知识库由基本信息库和地区信息库组成，由数据库管理系统统一管理，为声防决策提供数据支持；推理机根据周围环境信息、知识库信息和推理模式设置，推理出最佳声防方案；人机交互接口负责显示、数据库操作、推理机工作方式设置和用户权限管理等人机交互功能。图1为声防决策支持系统组成示意图。图2为基本信息库的一个实施例的实体关系图。图3为地区信息库的一个实施例的实体关系图。图4为人机交互功能设计的一个实施例。图5为推理机一个实施例的工作流程图。具体实施例方式下面结合附图、附表与实施例对本发明作进一步的描述图1为声防决策支持系统组成示意图。此系统由数据库、数据库管理系统、推理机和人机交互接口四个大部分组成(图1)。其中，数据库由基本信息库和地区信息库组成，基本信息库存放来自动物学、农学方面的图书等常识性信息和动物学、农学专家提供的资料；地区信息库的信息来自于当地农业部门或者林业部门，是针对各个地区不同特点，针对性地存储农作物和危害动物信息。基本信息库和地区信息库为灵活地、有效地产生声防决策提供必要的数据支持，两者均由数据库管理系统统一管理；推理机负责声防决策的推理，它的输入接口是环境传感器和人机交互信息，按照事先制定的推理规则，给出最佳的声防方案；人机交互接口负责显示、数据库查询、数据库修改、声防方案控制和用户权限管理等功能的实现或实施。在本实施例中，利用带有Li皿x嵌入式系统的ARM9开发平台实现，此ARM9开发平台提供A/D输入端、SD卡插口等接口和液晶触摸屏。为方便用户，数据库的数据可存储在即插即用的SD卡上，数据库管理系统采用MySQL，用户可直接调用内部的API接口函数和SQL接口函数对数据库中的数据进行查询、增加、删除等操作；环境传感器包括即成的温度、湿度和光照传感器，通过电阻分压或者分流的方式，将其信号调理至开发平台A/D输入端允许的输入幅值范围内；人机交互界面利用MiniGUI界面开发工具实现。图2为本实施例中基本信息库的实体关系图。基本信息库用来存储农作物与危害动物关系、危害动物与对应天敌关系、危害动物与活动环境关系等基本信息。它的信息主要来源于农学、动物学基本常识，或者农学、动物学专家提供的经验数据。本实施例中包含有农作物表、农作物分类表、危害动物表、危害动物天敌表、动物分类表和危害动物活动环境表6个关系表。农作物表(皿)包含农作物名称、农作物分类和危害动物名称3个字段，农作物分类字段表示农作物所属的类别(谷类作物、豆类作物等)，农作物的类别存储于农作物分类表(，)中，危害动物名称字段表示农作物对应危害动物的名称；危害动物和危害动物的天敌的数据分别存放在危害动物表(2M)和危害动物天敌表(，)中，危害动物和危害动物的天敌按照动物分类法(纲、目、属等)进行分类，动物分类关系存储于动物分类表(2M)中；危害动物表中的天敌名称字段存储危害动物对应的天敌名称；危害动物活动环境属性表(，)存放危害动物活动的环境属性，包括若干属性字段，在本实施例中，危害动物活动环境属性表中包含了属性1、属性2、……属性8和属性9共9个字段，表示了温度、湿度和光照三个环境参数的属性，每个环境参数用3个数据表示，分别为最低值、最适值和最高值，它们的使用方法将在后面说明。图3为本实施例中的地区信息库实体关系图。地区信息库用来存放地区危害动物情况，它的信息主要来源于地区农业部门或者林业部门，具有很强的地域针对性，它跟基本信息数据库都由数据库管理系统管理，两者相互补充，共同提供声防决策所必须的信息。在本实施例中，地区信息库包含3个表地区名称表、地区农作物表和地区危害动物表。地区名称表(皿)存储地区对应的行政区属性；地区农作物表(，)存储特定地区的不同时间段所种植的农作物信息；地区危害动物表(2M)用来存储特定地区对应农作物的常见危害动物信息。图4为本实施例的人机交互功能设计。用户输入口令后登陆主界面，主界面显示此时的声防方案状态和三个功能菜单~"用户管理"、"数据维护"和"声防方案设定"。"用户管理"菜单可实现用户的建立、用户口令的修改等功能。为了增强用户操作的可靠性，每个菜单均设定不同的功能权限，最高级别的用户为系统管理员，可对所有菜单的所有功能进行操作，并可建立普通用户，普通用户的功能受限，不能使用"建立用户"、"数据删改/录入"等操作；"数据维护"菜单可对数据库相关信息进行编辑，通过调用API接口函数和SQL接口函数，实现对数据库中各个关系表中记录的添加、修改和删除等操作。"用户管理"和"数据维护"操作结束后，系统将返回主界面。"声防方案设定"菜单完成声防方案推理模式的设定，进入该菜单后，通过子菜单的操作进行三种推理模式的选择和设定。三个子菜单分别为"根据农作物名称"、"根据危害动物名称"和"根据地区/农作物名称"。"根据农作物名称"的声防方案推理模式，首先系统提示输入农作物的名称，有两种方式供选择——"直接输入"或"选择输入"。直接输入为直接在对话框中输入农作物的名称；选择输入为浏览数据库中农作物信息来选择需要的结果，此时需要调用SQL接口函数进行数据库查询。完成农作物名称的设定后，系统将提示输入声防方案更新时间。完成声防方案推理模式的设定后，系统将进行推理(推理过程将在后面叙述)，给出最佳声防方案，并返回主界面，按照预先输入的声防方案更新时间周期性地更新声防方案。"根据危害动物名称"和"根据地区/农作物名称"声防方案推理模式的设置过程同理。声防方案的推理由推理机来完成，推理机是负责推理的一个独立的进程，图5为本实施例中推理机的工作流程图。系统初始化时，推理机为等待中断状态，当用户完成声防方案设定后，推理机响应中断，开始推理过程。在图4所示的实施例中，中断1(皿)、中断2(SM)和中断3(SM)分别对应于"根据农作物名称"、"根据危害动物名称"和"根据地区/农作物名称"三种推理模式的中断。下面结合一个具体的实例详细说明推理机的工作流程。表1、表2、表3、表4和表5为本实施例中推理机工作时需要查询的5个关系表，这些关系表只列出了与推理过程有关的字段的值，其中，为了查询和组织数据方便而设置的字段值未显示，一律用"*"表示。假定此时环境温度为281\湿度为60%、光照度为15万lux。1."根据农作物名称"的推理模式以"大豆"为例，说明"根据农作物名称"推理模式的推理机工作流程。当进入"声防方案设定"——>"根据农作物名称"菜单，输入农作物名称"大豆"和声防方案更新时间，完成设定后，推理机将响应中断l(Mi)，进入推理过程。首先，推理机提取已输入的农作物名称和声防方案更新时间(^M)，开启定时器，然后调用SQL接口函数查询农作物表(表l)，从农作物名称为"大豆"的记录项中提取"危害动物名称"字段的值，得到"大豆"的危害动物为"田鼠"、"野兔"和"野猪"(M^)。查询危害动物活动环境属性表(表3)，得到"田鼠"、"野兔"和"野猪"的活动环境属性(，)。环境属性用9个字段表示，它们的含义为，"属性l"、"属性2"和"属性3"字段表示该动物活动的温度属性，"属性4"、"属性5"和"属性6"字段表示该动物活动的湿度属性，"属性7"、"属性8"和"属性9"字段表示该动物活动的光照属性。对于温度属性，"属性1"、"属性2"和"属性3"字段分别表示此动物活动的最低温度适宜值、最佳温度适宜值和最高温度适宜值。湿度属性和光照属性同理。危害动物环境适宜度值的计算方法是，分别计算此危害动物的温度适宜度值、湿度适宜度值和光照适宜度值，然后将三者相加。若温度属性字段"属性l"、"属性2"和"属性3"的值分别分别用符号k、M工和&表示，通过读取温度传感器的值(，)，得到此时环境的温度值，若用符号t表示，则此危害动物在温度t下的温度适宜度值fgft的计算公式为M,〈"//,(1)、其它同理，若湿度属性字段"属性4"、"属性5"和"属性6"的值分别分别用符号L2、M2和H2表示，此时的环境湿度的值用符号h表示，则此危害动物在湿度h下的湿度适宜度值fgft的计算公式为'(/z—￡2)/(M2—丄2)￡2</z<M2/湿度=(//广/7)/(//2-M2)M2</z<//2(2)0其它若湿度属性字段"属性7"、"属性8"和"属性9"的值分别分别用符号L3、M3和H4<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>表示，此时的环境光照度的值用符号i表示，则在光照度值为i的环境下，此危害动物光照适宜度值f力M的计算公式为光照(3)(/_丄3)/(似广丄3)￡3<Z<M3(H3_0/(H3-M3)M3<J<//30其它最后，得到此危害动物的环境适宜度值f，表达式为f=f温度+f湿度+f光照°当危害动物为田鼠时，通过危害动物活动环境属性表(表3)，查询危害动物名称为"田鼠"的记录，得到相应的环境属性值，有Li=-30、Mi=15、^=38、L2=5、M2=40、H2=80、L3=2、M3=8、H3=15。此时，环境温度值t=28，湿度值h=60，光照度值i=15，则根据式(1)、(2)和(3)可得到田鼠的温度适宜度fg^e^、湿度适宜度fg^eg和光照适宜度f，/,的值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>温度/田鼠其它<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>其它(80-60)/(80-40)和光照/田鼠<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>最后，得到田鼠的在此环境中的适宜度值fffln为f田鼠=f温度/田鼠+f湿度/田鼠+f光照/田鼠=0.4349+0.5+0=0.9349同理，野兔在此环境中适宜度值的计算过程为f温度/野兔=o，湿度/野兔=(70-60)/(70-40)，和=0.3333f光照/野兔二(18-15)/(18-12)=0.5最后，得到野兔的在此环境中的适宜度值fl^为f野兔=f温度/野兔+f湿度/野兔+f光照/野兔=0+0.3333+0.5=0.8333野猪在此环境中适宜度值的计算过程为『温度/野猪=(30-28)/(30-10)，=0.1f温度/野猪二(80-60)/(80-40)，和=0.5f光照纖(20-15)/(20-8)=0.4167最后，得到野猪的在此环境中的适宜度值fia为f野猪=f温度/野猪+f湿度/野猪+f光照/野猪=0.1+0.5+0.4167=1.0167对比田鼠、野兔和野猪此时的环境适宜度值，有fsa〉ffflll>fs^，选择环境适宜度值最大的危害动物"野猪"(M^)，查询危害动物表(表2)，找出危害动物名称为"野猪"的记录，提取"天敌名称"字段的值为"虎"(M^)，查找危害动物天敌表(表5)，找出天敌名称字段值为"虎"的记录，提取编号值"2"，输出此编号值(Mil，本轮推理过程结束。如果定时器的计时尚未结束，则推理机进入等待中断状态，此时，推理机可以响应其他推理模式中断，当定时器计时结束时，推理机再次提取温度、湿度和光照传感器的值(，)，进入下一轮推理。2."根据危害动物名称"的推理模式以田鼠和野兔两种危害动物为例，说明"根据危害动物名称"推理模式的推理机工作流程。当进入"声防方案设定"——>"根据危害动物名称"菜单，输入危害动物名称"田鼠"和"野兔"，输入声防方案更新时间，完成设定后，推理机将响应中断2(^M)，进入推理过程。首先，推理机提取已输入的危害动物名称和声防方案更新时间(，)，开启定时器，然后调用SQL接口函数查询危害动物活动环境属性表(表3)，得到田鼠和野兔的活动环境属性(，)。提取此时温度、湿度和光照传感器的值(，)，它们的值分别为t=28、h=60和i=15，则根据式(1)、(2)和(3)，可得到田鼠和野兔的环境适宜值輔分别为:f田鼠二0.9349和f野兔二0.8333因为ffflR>fu兔，选择田鼠作为最有可能出现的危害动物(Ml)，查询危害动物表(表2)，从危害动物名称为"大豆"的记录项中提取"天敌名称"字段的值，得到"田鼠"的天敌为"老鹰"、"隼"和"猫头鹰"(M^)，查询危害动物天敌表(表5)，得到天敌名称字段值为"老鹰"、"隼"和"猫头鹰"的记录编号分别为"1"、"3"和"5"，输出此编号值(Mil，本轮推理过程结束。如果定时器的计时尚未结束，则推理机进入等待中断状态，此时，推理机可以响应其他推理模式中断，当定时器计时结束时，推理机再次提取温度、湿度和光照传感器的值(M^)，进入下一轮推理。3."根据地区/农作物名称"的推理模式以地区名称为"邢台"和农作物名称为"玉米"为例，说明"根据地区/农作物名称"的推理模式的推理机工作流程。当进入"声防方案设定"——>"根据地区/农作物名称"菜单，输入的地区名称为"邢台"，农作物名称为"玉米"，或者从地区信息库中选择地区名为"邢台"，再从此地区所有农作物名称中选择"玉米"，完成设定。此时，推理机将响应中断3，进入推理过程。首先，推理机提取已输入的地区名称和农作物名称(MI)，开启定时器，然后调用SQL接口函数查询地区危害动物表(表4)，找出地区名称为"邢台"和农作物名称为"玉米"的记录项，提取"危害动物名称"字段的值，得到危害动物为"野兔"和"田鼠"。按照R设定的环培倌，下面的椎理讨荒与"根据危害动物名称"的椎理樽式同。表1一个实施例的农作物表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表2—个实施例的危害动物表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表3—个实施例的危害动物活动环境表<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>权利要求典型农作物危害动物数字化声防决策支持系统，其特征在于，含有基本信息库、地区信息库、数据库管理模块、推理机以及温度传感器、湿度传感器和光照传感器，其中基本信息库，是一个即插即用的存储卡，存储有农作物与对应危害动物的映射关系表、危害动物与对应天敌的映射关系表以及危害动物活动规律与环境信息的映射关系表，其中，所述危害动物活动规律与环境信息的映射关系用危害动物的活动适宜度函数表示，该危害动物活动适宜度函数为危害动物的温度适宜度函数、湿度适宜度函数和光照适宜度函数之和，用f函数表示，并输入到所述推理机中存储，f＝f温度(L1，M1，H1)+f温度(L2，M2，H2)+f光照(L3，M3，H3)其中，温度适宜度函数f温度(L1，M1，H1)用下式表示湿度适宜度函数f温度(L2，M2，H2)用下式表示光照适宜度函数f光照(L3，M3，H3)用下式表示t是温度实测值，L1、M1和H1分别为温度适宜度最低值、最佳值和最高值；h是湿度实测值，L2、M2和H2分别为湿度适宜度最低值、最佳值和最高值；i是光照度实测值，L3、M3和H3分别为光照适宜度最低值、最佳值和最高值；推理机，设置有实测温度值输入端口，实测湿度值输入端口以及实测光照度值输入端口，设置有下述三种推理模式按农作物名称推理、按危害动物名称推理以及按地区名称、农作物名称推理模式，其中按农作物名称推理模式依次按以下步骤实现步骤(1)，提取已经输入的农作物名称和声防方案更新时间，步骤(2)，查询基本信息库，得到该农作物所对应的至少一种危害动物，步骤(3)，周期性地实时采集周围环境的温度、湿度和光照度值，并从所述数据库管理系统中调取所述至少一种危害动物适宜活动的温度最低值、最佳值和最高值，湿度最低值、最佳值和最高值，光照度最低值、最佳值和最高值，分别计算所述至少一种危害动物的各活动适宜度函数，取其中的最大值，并找出其对应的任何一种天敌，作为声防方案的输出；按危害动物名称的推理模式依次按以下步骤实现步骤(1)，提取已输入的至少一种危害动物的名称和声防更新时间，步骤(2)，周期性地实时采集周围环境的温度、湿度和光照度值，并从所述数据库管理系统中调取所述至少一种危害动物适宜活动的温度最低值、最佳值和最高值，湿度最低值、最佳值和最高值，光照度最低值、最佳值和最高值，分别计算所述至少一种危害动物的各活动适宜度函数，取其中的最大值，并找出其对应的任何一种天敌，作为声防方案的输出；按地区名称、农作物名称推理模式依次按以下步骤进行步骤(1)，提取已输入的地区名称和农作物名称，并提取声防方案更新时间，步骤(2)，查询地区信息库中此地区农作物名称对应的至少一种危害动物的名称，步骤(3)，周期性地实时采集周围环境的温度、湿度和光照度值，并从所述数据库管理系统中调取所述至少一种危害动物适宜活动的温度最低值、最佳值和最高值，湿度最低值、最佳值和最高值，光照度最低值、最佳值和最高值，分别计算所述至少一种危害动物的各活动适宜度函数，取其中的最大值，并找出其对应的任何一种天敌，作为声防方案的输出。一种典型农业危害动物数字化声防决策支持系统，由知识库、数据库管理系统、推理机和人机交互接口四个部分组成。其特征在于知识库由基本信息库和地区信息库组成，由数据库管理系统统一管理，为声防决策提供数据支持；推理机根据周围环境信息、知识库信息和推理模式设置，推理出最佳声防方案；人机交互接口负责显示、数据库操作、推理机工作方式设置和用户权限管理等人机交互功能。F2009102376174C0000011.tif,F2009102376174C0000012.tif,F2009102376174C0000013.tif全文摘要典型农作物危害动物数字化声防决策支持系统，属于农作物危害动物声防
技术领域：
。其特征在于，包括数据库、数据库管理系统和推理机。数据库分为基本信息库和地区信息库，基本信息库存放来自动物学、农学方面的图书等常识性信息和动物学、农学专家提供的资料，地区信息库针对各个地区不同特点，存放针对性的农作物和危害动物信息；数据库管理系统统一管理基本信息库和地区信息库；推理机负责声防决策的产生，它根据环境传感器采集到的值和一定的推理规则，给出最佳的声防方案；此系统能根据用户的不同需求，针对性地给出声防方案，较好地解决农业典型危害动物的防治问题。文档编号G06F19/00GK101719196SQ20091023761公开日2010年6月2日申请日期2009年11月13日优先权日2009年11月13日发明者崔爱芳,张新荣,张林,徐保国,杨靖,董甲瑞,蔺通,赵伟,郭建全,黄松岭,黄翀鹏申请人:清华大学;江南大学