一种农作物病虫害智能诊断系统及诊断方法与流程

本发明涉及一种农作物病虫害诊断系统，具体地说是涉及一种基于大数据和移动终端的农作物病虫害智能诊断系统及诊断方法。

背景技术：

目前，广大农民由于教育和知识的局限性，在农业生产过程中遇到问题，如农作物遭遇病虫害问题时，通常采用下述方式解决：根据传统的经验来判断，请农业专家实地考察或通过互联网查询相关资料，从而确定农作物的病虫害信息，进而确定治理办法。上述方法的及时性较差，而且某一地区的病虫害信息的共享性差，不能准确判断病虫害的发生日期，容易错过最佳治理时间，从而影响农作物生产。

随着智能手机的快速发展，目前也出现了一些利用移动终端进行非农作物的相关查找及少量农作物病虫害信息的确定。现有的农作物病虫害诊断系统需要通过文字描述、已知的病症并上传图片到后台，后台再通过图像和描述内容进行人工反馈，效率低下，而且浪费人力资源。同时，在图像对比中，图像本身具有重要的决定作用，现有的农作物病虫害诊断系统需要种植人员在拍照后对图片进行深度处理，如剪裁、去噪等，对图片处理的不到位，从而影响后续对比判断过程；同时，现有的农作物病虫害诊断系统多数仅针对一类农作物，数据量较少，而且可能需要诊断人员在线进行诊断，效率低下，及时性差，仅能针对已经发生的病虫害进行诊断，不能进行病虫害的提前预警。

随着云时代的到来，大数据技术由于其数据量大、数据类型繁多、处理速度快受到国内外学者的广泛关注。如何充分利用大数据技术，提供一种基于大数据和移动终端的农业病虫害智能诊断系统，对于及时防治农作物病虫害、提高农作物产量具有意义。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种农作物病虫害智能诊断系统，以解决现有农作物诊断系统作物种类单一、在线诊断效率低下，及时性差，不能对病虫害进行提前预警等问题。

本发明的目的之二是提供一种农作物病虫害智能诊断方法，以快速地诊断农作物的病虫害，有针对性地进行防治。

本发明的目的之一是这样实现的：

一种农作物病虫害智能诊断系统，包括移动终端和服务器，在所述移动终端内设置有输入模块、图像采集模块、信息传输模块、诊断结果显示模块及病虫害预警模块，信息传输模块与输入模块、图像采集模块、诊断结果显示模块及病虫害预警模块相连；输入模块用于选择或输入作物的种类和环境因子信息；图像采集模块用于采集作物的病虫害图片；信息传输模块用于将农作物的病虫害信息发送到服务器，进行远程诊断，并将结果或病虫害预警信息及时反馈给用户；诊断结果显示模块将信息传输模块的诊断结果、防治方法及时显示在移动终端上；病虫害预警模块用于将该地区的农作物可能发生或已经发生的病虫害预警信息推送给用户；

在所述服务器内设置有特征识别模块、对比模块、数据库、在线诊断模块以及反馈模块；所述特征识别模块与移动终端的输入模块和采集模块相连接，且与对比模块相连，其用于识别作物的病虫害特征；所述数据库用以储存病虫害信息及与其相对应的预存诊断信息，其与对比模块和在线诊断模块相连；所述对比模块及在线诊断模块均与移动终端的信息传输模块相连，所述对比模块根据特征识别模块所识别的作物病虫害特征，与数据库中的预存病虫害信息进行对比，并根据对比相似度高低排序，通过信息传输模块传输到移动终端；在线诊断模块将作物病虫害信息发送给在线专家进行诊断，并将结果反馈给在线诊断模块；反馈模块将多用户查询的信息反馈给农业管理部门或将病虫害预警信息反馈给用户。

所述环境因子包括地理位置、光照、co2浓度、温度、湿度以及土壤温湿度等信息。

在移动终端的耳机端口设置环境因子侦测外设，耳机端口外设主要由耳机端口mic与gnd自动侦测与自动切换电路、电池供电开关电路、耳机输出l声道信号整形电路、mic信号整形发送电路，低功率32位mcu单片机电路以及专业级环境因子传感器组成。

所述特征识别模块是对所采集的图像进行去噪、增强、分割操作，提高图像的识别率，并识别作物的病虫害特征。

所述数据库包括作物病虫害特征数据库、作物病虫害图片特征数据库、待检测样本数据库、用户数据库及农资店数据库等多种数据库。

本发明的目的之二是这样实现的：

一种农作物病虫害智能诊断方法，包括如下步骤：

（1）用户通过智能移动终端输入和/选择相关的作物种类、环境因子信息后，利用采集模块对具有病虫害的作物拍照；

（2）通过信息传输模块将作物环境信息和病虫害信息发送至服务器；

（3）服务器结合收到的环境信息和病虫害信息通过多源特征融合算法，利用特征识别模块进行多模式图像识别，提取作物病虫害信息特征，并经由对比模块与数据库中数据进行对比；

（4）按照对比相似度的高低排序将诊断信息通过信息传输模块将诊断结果、防治方法及药品推荐信息发送至移动终端；

（5）当出现新的病虫害信息或者无法诊断时，在线诊断模块邀请在线专家在线诊断，并提出解决办法，形成诊断信息，诊断完成后将结果反馈给在线诊断模块，在线诊断模块接收到结果后通过信息传输模块将结果反馈给用户，同时更新数据库，将病虫害信息入库；

（6）用户查看诊断信息后根据诊断信息中所提供的解决办法来处理农作物病虫害，还可以通过所推荐的药品信息就近选择农资店或进行网上购药；

（7）用户根据移动终端推送的作物病虫害预警信息及防治措施对作物病虫害进行防治。

本发明的农作物病虫害智能诊断方法还包括：

服务器定期将该地区农作物病虫害信息反馈给农业管理部门，当该地区特定作物病虫害在线诊断信息的数量和/或地域范围超过设定阈值时，服务器推送作物病虫害预警信息给农业管理部门，农业管理部门将作物病虫害预警信息结合现有数据、以往作物病虫害发病规律及现场调查情况，在确定达到公开发布作物病虫害预警信息的程度后，通过多媒介公开发布作物病虫害预警信息及防治措施，服务器将该预警信息及防治措施推送给用户，提醒用户采取预防救治措施。

本发明通过用户输入和/或采集作物的病虫害信息，传输到服务器后进行病虫害特征识别、基于大数据进行分析和对比后，将诊断信息发送至移动终端，在移动终端显示诊断结果、防治方法及推荐商品信息。本发明中对比模块中的相似度可高达95%以上，同时用户对比在高达95%以上的信息也会保留至数据库中，在其他用户进行比对的时候也会作为参考物进行比对。

同时，在数据库中不存在包含某些特征的病虫害信息时，在线诊断模块将环境信息和图片信息发送给远程专家系统，邀请诊断人员进行诊断，得到农作物病虫害的具体原因，并提出解决办法，形成诊断信息，并将结果反馈给在线诊断模块，通过信息传输模块将结果反馈给用户，同时更新数据库，将病虫害信息入库。

本发明还可根据用户的查询信息汇总形成大数据，有利于分析和统计各地区不同种类农作物的病症分布情况，并反馈给农业管理部门，利于种植户和农业管理部门对于突发病虫害的快速防控；同时，还可将特定地区农作物的病虫害预警信息及时推送给用户，进行预防与治疗。

本发明旨在让用户一键式查找农作物病情并提供相对应的解决方案，基于移动终端、大数据和计算机算法对作物病虫害信息进行系统科学的分析，提供正确的防治方法，并且可以根据所推荐的药品信息选择就近的农资店，降低种植人员寻找药品的时间和人力成本，准确性强，方便快捷，应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明农作物病虫害智能诊断系统的结构示意图。

图2是本发明农作物病虫害智能诊断方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的阐述，下述实施例仅作为说明，并不以任何方式限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的农作物病虫害智能诊断系统包括移动终端和服务器，移动终端是指智能移动终端，种植人员利用移动终端输入和/或采集作物的病虫害信息，经服务器识别、对比后，将诊断信息发送至移动终端，在移动终端显示诊断结果、防治方法及推荐商品信息。

移动终端包括输入模块、图像采集模块、信息传输模块、诊断结果显示模块及病虫害预警模块，信息传输模块与图像采集模块、诊断结果显示模块及病虫害预警模块相连。输入模块用于选择或输入作物的种类和环境因子信息。环境因子包括所在地的地理位置、种植面积、光照、co2浓度、温度、湿度、土壤温湿度信息。农作物病虫害产生因素很多，除种子自身因素外，在其生长发育期内，受温度、湿度、土壤、水分、光照等因素影响，同样导致农作物病虫害发生，因此农作物的环境因子信息对于农作物病虫害的诊断起到一定的辅助作用。环境因子的采集可利用移动终端自带的天气预报软件中的信息，也可由输入模块调用移动终端中的软件获取环境因子信息，还可以请用户在移动终端的耳机端口设置环境因子侦测外设，其中，耳机端口外设主要由耳机端口mic与gnd自动侦测与自动切换电路、电池供电开关电路、耳机输出l声道信号整形电路、mic信号整形发送电路，低功率32位mcu单片机电路以及专业级环境因子传感器组成。外设装置通过插入手机的外置话筒音频输入接口或音频线路输入接口的连接线发送数据信号给手机，外设装置通过插入手机的外置耳机音频接口或音频线路输出接口的连接插线，接收手机发出的数据信号。

图像采集模块主要采集作物的病虫害图片，对有病虫害的农作物或农作物上的害虫进行拍摄，形成病虫害信息。图像获取可以有两种方式，一种是现场拍照，另一种是从本地磁盘调用图像。现场拍照可以让使用者实时采集图像，即调用手机自带摄像头进行拍照；调用本地图像就是从本地磁盘中选择图像，有时在田间作业，网络信号不佳，可以先把拍摄的照片保存在手机本地磁盘中，待到信号好的地方再从本地磁盘中调出。

信息传输模块将农作物的病虫害信息，包括作物种类、环境因子信息及病虫害图片，发送到服务器，进行远程诊断，并将结果及时反馈给用户，或者将服务器端的灾害预警信息发送给客户。农作物环境信息和文本通过http协议上传，图片经过压缩后生成jpg格式通过http协议上传。信息传输可经由wifi网络、3g网络、4g网络等完成。

诊断结果显示模块将信息传输模块的诊断结果、防治方法及时显示在移动终端上。同时，在该模块内，还设置有与防治方法相关的药品推荐信息如附近的农作物药品商店，并可进行在线网上购买，享受送货上门服务。

病虫害预警模块与信息传输模块相连，用于将服务器端发送的或当地农业管理部门发送的病虫害预警信息推送给用户。病虫害预警模块包括地区、作物类型、已经发生或可能发生的病虫害种类及相关防治措施等，提醒用户留意并提前进行防治。

在服务器内设置有特征识别模块、对比模块、数据库、在线诊断模块以及反馈模块等，特征识别模块与移动终端的输入模块和采集模块相连接，且与对比模块相连，数据库与对比模块和在线诊断模块相连，同时，对比模块及在线诊断模块均与移动终端的信息传输模块相连。

特征识别模块是对所采集的图像进行一系列的去噪、增强、分割操作，提高图像的识别率，并识别作物的病虫害特征。该模块是由专业人士通过专业知识，利用计算机和数学概率的方法对形状、模式、概率、数字和图像组成要素等因素自动完成识别的过程。

数据库用以储存病虫害信息及与其相对应的预存诊断信息，对样本进行筛选和录入，找出分类病症的规律，达到样本的足够性和数据的充分性。预存病虫害信息是泛指预先已经保存在数据库中的病虫害信息，如事先由相关工作人员保存的病虫害信息或移动人员所提供的经专家诊断后已处理完毕的病虫害信息及其向对应的诊断信息。数据库内包括多种数据，如作物病虫害特征数据库、作物病虫害图片特征数据库、待检测样本数据库、用户数据库及农资店数据库等。

对比模块根据特征识别模块所识别的作物病虫害特征，与数据库中的预存病虫害信息进行对比，并根据对比相似度的高低进行排序，通过信息传输模块传输到移动终端。其中，相似度可高达95%以上，同时用户对比在高达95%以上的信息也会保留至数据库中，在其他用户进行比对的时候也会作为参考物进行比对。

当数据库中不存在包含该特征的病虫害信息时，在线诊断模块将环境信息和图片信息发送给远程专家系统，邀请诊断人员（如农业科技人员或农科科技专家）进行诊断。诊断人员收到病虫害信息后，及时进行诊断，得到病农作物病虫害的具体原因，并提出解决办法，形成诊断信息。诊断完成后将结果反馈给在线诊断模块，在线诊断模块接收到结果后通过信息传输模块将结果反馈给用户，同时更新数据库，将该作物的病虫害信息入库。

反馈模块将多用户查询的信息整理汇总，将其反馈给农业管理部门，利于相关部门及时掌握某一地区某种作物的病虫害情况，对某一地区某类农作物的发病情况进行监控统计，利于种植户和农业管理部门对于突发病虫害的快速防控。同时，还可在反馈模块内针对特定地区某种农作物可能发生的病虫害发生率设定阈值，当某种作物的特定病虫害发病数量和/或发病地域范围超过阈值或具有逐渐扩大趋势时，服务器推送病虫害预警信息给当地农业管理部门。当地农业管理部门结合现有数据和以往该地区作物病虫害信息的发病规律，并加强现场调查力度，准确掌握病虫害发生动态，及时通过电视、广播、网络等多种媒介向社会公开发布预警信息，及时将病虫发生动态及防治技术信息传递给当地农民。此外，反馈模块也将向用户推送当地农业管理部门的病虫害预警信息，提醒用户留意，及时进行防范与治理，减轻或避免病虫害对农作物造成的伤害，提高农作物产量。

本系统的使用方法如下：当农作物遭受病虫害时，农民可以直接通过自己随身携带的移动终端（如智能手机），输入和/选择相关的作物种类、环境因子信息后，利用采集模块对作物进行拍照，并通过信息传输模块将作物环境信息和病虫害信息发送至服务器。服务器结合收到的环境信息和病虫害信息通过多源特征融合算法，利用特征识别模块进行多模式图像识别，提取作物病虫害信息特征，并经由对比模块与数据库中数据进行对比。当数据库中存在相应的作物病虫害信息时，进行对比后，按照对比度的高低排序将诊断信息通过信息传输模块将诊断结果、防治方法及药品推荐信息发送至移动终端；当出现新的病虫害信息或者无法诊断时，在线诊断模块则邀请在线专家在线诊断，并提出解决办法，形成诊断信息，诊断完成后将结果反馈给在线诊断模块，在线诊断模块接收到结果后通过信息传输模块将结果反馈给用户，同时更新数据库，将病虫害信息入库。种植人员查看诊断信息后则可以根据诊断信息中所提供的解决办法来处理农作物病虫害，还可以通过所推荐的药品信息就近选择农资店或进行网上购药。

同时，服务器定期将该地区农作物病虫害信息反馈给农业管理部门，当该地区特定作物病虫害在线诊断信息的数量和/或地域范围超过设定阈值时，服务器推送作物病虫害预警信息给农业管理部门，农业管理部门将作物病虫害预警信息结合现有数据、以往作物病虫害发病规律及现场调查情况，在确定达到公开发布作物病虫害预警信息的严重程度后，通过多媒介公开发布作物病虫害预警信息及防治措施，服务器将该预警信息及防治措施推送给用户，提醒用户及时采取预防救治措施。