及時掌握森林的健康狀況,了解有害生物的發生、發展和危害規律,是有效控制有害生物的重要措施.長期以來,森林病蟲害診斷、防治主要依靠防治人員到現場判斷和提出防治措施,如果基層防治人員不能做出正確的診斷,森林病蟲害就得不到科學治理.因此,森林病蟲害遠程診斷系統的建立顯得十分重要.

　　國內外均有森林病蟲害診治和預防的成功案例,如Kaloudis設計的森林病蟲害專家系統能夠識別多達40種病蟲害,并且在識別種類后還能給出適當的診治手段.近年來,我國林業專家系統的研究和應用發展十分迅速,如全國森林病蟲害防治檢疫管理信息系統于2003年已啟用,每年系統都在積極地更新和完善.

　　通過WEB-GIS、圖像識別處理、數據庫技術等的應用,結合森林病蟲害專業知識,實現森林病蟲害的遠程診斷,建立一個科學的、有效的森林病蟲害遠程診斷體系,能為森林病蟲害的防治提供科學的決策支持,最大限度地降低森林病蟲害造成的損失.

　　1　森林病蟲害遠程診斷的流程設計

　　森林病蟲害遠程診斷的思想是:系統用戶將采集到的信息通過網絡發送到診斷服務網站進行分析診斷,然后由后臺數據處理中心對診斷數據進行挖掘、整理并得出相關結果,反饋給用戶.如果專家知識庫中不存在與查詢相匹配的信息,用戶可以登錄服務網絡尋求問題的解決.即實現病蟲害的遠程診斷包含兩大塊的內容:遠程診斷系統和專家在線診斷系統。

　　用戶通過遠程診斷系統對數據庫進行訪問,直接得到與查詢相匹配的信息.當用戶通過遠程診斷系統進行自助診斷無法得到結果時,再訪問遠程診斷專家系統,在線與專家進行進一步的溝通,在線尋求診斷結果.

　　森林病蟲害遠程診斷的流程如圖1所示.如果知識庫中不存在與用戶輸入的病蟲害特征相匹配的診斷結果,則信息在“專家在線診斷系統”中進行處理.專家在線診斷系統診斷的流程見圖2.

　　2　森林病蟲害遠程診斷的實現

　　實現森林病蟲害的遠程診斷,是一個相當復雜的過程,要運用到圖像識別及處理、數據庫建立、推理機設計等多種計算機技術.

　　2.1　森林病蟲害信息入庫的實現

    收集各種森林病蟲害的圖像、文字等信息,入庫并進行管理,即知識的獲取過程.文字信息可以直接輸入到數據庫;圖像信息可以作為基礎庫對用戶提供的數據進行比對分析,又可以以直觀的方式提供給咨詢專家.森林病蟲害圖像特征庫主要包括攝影彩色照片、視頻材料及相關文字說明等.各類資料必須經過仔細的解釋、分析和整理才能進入數據庫.同樣,用戶在進行森林病蟲害診斷時,提交森林病蟲害的照片、圖像信息后,也需進行處理,才能進一步進行診斷.然而因為森林病蟲害種類多、蟲態復雜,生態條件千差萬別,數字圖像技術在森林病蟲害圖像處理中的應用尚存在較大難度,但具有重要意義.

　　森林病蟲害圖像處理的具體方法如圖3所示.

　　2.2　專家知識庫的設計及管理

　　實現森林病蟲害的遠程診斷,要收集足夠多的專家知識及森林病蟲害的圖文資料.由于森林病蟲害種類多、蟲態復雜,生態條件千差萬別,而財力、物力、人力各方面條件有限,所以專家系統只能收錄部分大量存在的病蟲害信息,以及一些對林業造成很大破壞的病蟲害信息.專家知識庫是森林病蟲害遠程診斷專家系統的核心內容,數據量非常龐大,時空性特強,為提高系統效率,單獨建立庫結構,專家知識庫的一般設計過程如圖4所示.

　　專家知識庫包括森林病蟲害圖像特征庫、診斷知識庫、診斷模型庫、屬性數據庫、林相圖、數字化地形圖以及其它專題數據庫(森林病蟲害分布圖、防治設施分布圖、防治人員分布、防治機構分布圖、各測報中心分布圖).

　　數據庫技術是實現森林病蟲害遠程診斷的關鍵技術之一.應用數據庫技術把集中式數據庫用網絡連接起來,提高數據庫管理系統的模塊化程度.采用主動數據庫理論,提供對緊急情況及時反應的能力.查詢產生的新的有用信息要及時存儲,能對數據進行及時更新,做到決策的真實可靠.另外,優化數據庫運行環境和運行參圖4　森林病蟲害遠程診斷專家知識庫設計過程Fig.4　The design process of expert knowledgedatabase for long-distance diagnosis offorest pests數,合理分配用戶權限,對數據庫的穩定性和安全性也是非常重要的.

　　2.3　森林病蟲害遠程診斷推理機的設計

　　由于用戶需求的針對性很強——即希望知道森林病蟲害的發展趨勢及防治的方法,故森林病蟲害遠程診斷系統的推理機的推理方式采用逆向推理.根據結論到知識庫中去尋找以該目標為結論的規則,并驗證該規則的條件部分是否滿足,如果有不滿足的條件,則繼續在規則庫中尋找以該條件為結論的規則,如果存在這樣的規則,則加入新的規則繼續推理;如果不存在這樣的規則,則向用戶詢問是否可以補充新的知識以滿足需要的條件.

　　基于這樣的逆向推理模式,推理機選擇以遞歸的方式進行設計.在推理過程中有無法滿足的條件需要詢問用戶時,推理機如何暫停運行,等待用戶補充新的知識,并在用戶補充完新知識后可以繼續上述推理是本系統設計的關鍵.在系統中,這方面的設計可借鑒計算機工作原理中中斷技術現場保護的方法.

　　2.4　森林病蟲害遠程診斷的網絡結構

　　由三部分組成:用戶、專家以及服務端,用戶和專家客戶端通過Internet方式與服務器連接,實現服務器與工作站之間的數據的安全傳輸.在用戶端包含了多個用戶工作站,用戶可以將圖像數據從工作站上傳至服務器,并通過網絡傳送到專家工作站.在專家一端,也包含了多個固定或可移動的專家工作站,它們可以連接多個圖像設備,并將圖像數據傳輸到服務器,到達用戶工作站.服務器端由數據服務器和應用服務器構成,在服務器端可以完成工作站的管理,圖形的處理,圖像數據的輸入輸出工作,并通過防火墻與Internet相接,實現服務器與工作站之間的數據的安全傳輸.

　　2.5　森林病蟲害遠程診斷系統數據更新的實現

　　在進行系統的數據更新時,可以“國家林業局森林病蟲害信息中心處理系統”作為遠程診斷專家系統的平臺,將其作為一個信息傳輸的通道,將信息導入遠程診斷系統中,完成本系統的數據更新.同時,本系統中的數據也可以由此方法傳到國家林業局森林病蟲害信息中心處理系統,幫助國家林業局森林病蟲害信息中心處理系統進行更新.另外,在線診斷系統具有對知識庫自動更新的功能.

　　3　系統運行過程與評價

　　森林病蟲害診斷方式主要包括文字診斷、圖片診斷和診斷幫助.文字診斷可以通過描述森林病蟲害特征的文字的提交來完成.在進行圖片診斷時,首先,由用戶輸入診斷要素,主要包括:圖片類型、圖片分類,然后通過錄入需要診斷的森林病蟲害診斷信息后,提交給推理機進行分析,推理機將分析后的結果返回給用戶,輸出結果即系統的診斷結果,診斷結果要素包括:

　　診斷時間、診斷地區、診斷分類、屬性分類、病蟲分類、寄主名稱和危害癥狀.如果病蟲害信息未知,信息將提交給專家,專家通過在線答疑、專家論壇、在線短信等方式進行診斷,最后以電子郵件等形式返回給用戶,同時系統將自動根據專家診斷的結果對知識庫進行更新,使系統診斷效率與準確度不斷提高.另外通過系統可以進行知識更新、數據輸出、系統設置、用戶管理以及數據維護等操作.

　　森林病蟲害遠程診斷系統運用了計算機技術、數據庫技術、圖像處理技術、網絡技術、地理信息系統技術,不僅將專家系統應用于森林病蟲害的診斷工作,同時是一個集森林病蟲害的診斷、監測、預報和防治為一體的綜合管理信息系統.

　　4　結束語

　　(1)在分析森林病蟲害診斷和防治現狀的基礎上,提出了建立森林病蟲害遠程診斷系統的必要性,并設計了森林病蟲害遠程診斷流程和專家在線診斷系統診斷流程.

　　(2)通過探討實現森林病蟲害遠程診斷的關鍵技術,提出了一個實現森林病蟲害遠程診斷系統的方案,通過此系統可達到對森林病蟲害進行遠程診斷的目的,對森林病蟲害的防治具有重要的理論和實際意義.

　　(3)森林病蟲害遠程診斷系統的建立除考慮其本身的未來發展,還應考慮與其它林業應用系統之間的接口和數據共享等問題.

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