北京市农作物病虫害预警信息系统建设与应用
北京市农作物病虫害预警信息系统建设与应用
谢爱婷 金晓华
（北京市植物保护站 北京 100029）
农业生物灾害监测预警是农业生物防灾减灾的重要措施之一。监测预警是实现农业防灾减灾的前提与基础，是政府进行决策的依据，是农业生产走向高产、安全、高效和可持续发展的技术支撑，也是农民增产致富的保障。准确、及时地对农业生物灾害开展监测预警，可有效地将病虫草为害控制在造成损失之前，最大程度的减少农业经济损失和农药使用量，从而降低农业生产成本和农药对农产品、环境及人民身体健康的不良影响。
长期以来，我国大部分省市植保部门农作物病虫害病虫信息传输主要以电话、邮件形式，工作量大，信息传递速度慢；数据分析依靠人工计算，数据准确性较差，数据应用率低；病虫害趋势预报主要根据数据加专家经验估计；预报发布主要通过纸质病虫情报，时效性差，宣传面窄；病虫害信息管理基本是依靠人工管理，带有很大随机性，完整性比较差，不能共享。
随着计算机的普及和网络技术的发展，农作物病虫害管理工作也随之走向信息化、网络化阶段，网络技术和专家知识的结合使病虫害远程预警成为可能，这将为农业病虫害综合管理决策提供科学的支持。面对当前现代农业发展趋势及病虫发生新特点，如何更好地利用监测数据，将计算机网络技术和植物保护专业技术相结合，建设农作物有害生物监控信息系统，快速、准确地分析北京市农作物主要病虫发生趋势及发生特点，是有效控制病虫发生为害，提高北京市农作物有害生物监测预警水平，保障粮食安全生产，实现病虫害调查监测规范化、数据处理电算化、病虫信息传递网络化、分析管理自动化、监测预警图形化以及病虫害资料共享的关键。
为此，2003年开始，北京市植物保护站在北京市科委的支持下，开始实施北京市农作物病虫害预警信息系统建设研究工作。
1 系统设计与开发
本系统采用完全瘦客户端的B/S结构，ASP语言开发环境，JavaServer Pages（JSP）、EJB、Struts、hibernat、Java Script等技术进行网络应用的开发，通过EJB中间件，使用连接池技术，实现JDBC数据库接口，同时配合使用.net技术实现自动报表生成。系统采用Oracle9i数据库实现后台数据的存取工作，选用APACHE公司Tomcat4.1网络应用服务平台解析JSP、Java Script等脚本语言。
本系统最大的优点就是可在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件，只要有一台能上网的电脑就能使用，而且客户端零维护，系统扩展性强。
1.1 系统框架设计
该框架分四个层次，两大方面（图1）。
四个层次：数据采集、数据库、信息处理及信息发布。这四个层次互为依托，彼此衔接，有机组合。
两大方面：系统自身（含数据的输入、处理、发布）和病虫害监测与防治技术等基础性试验研究。后者服务于前者，并不断校正、充实和完善前者；前者展示后者研究成果。
图1 北京市农作物病虫害预警信息系统示意图
1.2 数据库建立
建立数据库是建立系统的一项基本工程，因为大量的信息资源只有及时的建成系统化的机读数据库才能在网络环境下实现资源共享，才能发挥资源利用的真正效益。由于Oracle可充分利用硬件设备支持最大数据库，并具有可移植性、可兼容性和可连接性；同时具有支持分布式数据库和分布处理等特点，所以就成了北京农作物病虫害预警信息系统数据库建立的首选软件。该系统数据库已建有：病虫害基本信息数据库、病虫害数据采集报表库、气象数据库、各区县重大病虫害预测预报模型库等数据库。
1.3 各子系统开发
北京市农作物病虫害预警信息系统包括8大子系统：病虫检索、数据采集、数据查询、统计分析、报表汇总、气象资料、病虫预报和系统管理，具体界面见图2。
图2 北京市农作物病虫害预警信息系统界面示意图
1.3.1 病虫检索子系统
该子系统重点是为用户提供已存在库中的病虫害种类进行检索、查询及防治等多项服务。
用户可以非常方便地检索病虫害，查询到病虫害的症状表现（图片）、病虫害形态（图片）、为害症状、发病条件或生活习性、防治方法等信息。现系统存有8 类作物92 种病虫害的学名、为害症状、发生规律、防治技术等信息。
1.3.2 数据采集子系统
该子系统重点是对已完成调查的数据进行收集，实现规范性入库。
本系统使用的报表全部可由管理员根据工作需求，灵活自定义出来，比一般的管理系统使用、维护起来更加便捷、更能适应需求的变化。当选择好报表之后，用户就可以添加病虫害数据。在保存状态时，用户可修改、删除、增加操作。一旦提交，区县级用户将无法再对报表进行操作，提交后的报表将自动生成一个序列号。若要对已提交的报表进行操作，需通知上一级管理员，上级管理员可以根据该报表序列号取消提交，区县级用户才能再对该报表进行操作。
1.3.3 数据查询子系统
本子系统具有对已入库数据进行查询、报表输出与打印功能。
为确保数据的安全性和保密性，设计的基本原则是区县数据只能查询自己所属的数据，市植保站可以查询所有的数据。各用户可根据相应的查询条件（如：作物、病虫种类、时间段、范围等因素），选择所要查询的报表名称后，查询出自己所需要的数据。查询出的数据可以导出为Excel，同时支持打印功能。
1.3.4 统计分析子系统
该系统的主要功能是对已入库的数据进行系统分析和统计，以表格或图形方式服务于用户。
该子系统设置了以图形（用柱状图或曲线图）和列表的形式对病虫害进行比较分析的模块来达到各用户所关心的病虫数据进行统计分析目的。在以图形和列表的形式展现给用户的同时，用户还可以按照不同时段或不同地域的要求对某病虫害进行直观的分析和预测，并利用相关图形对病虫害进行比较分析。
1.3.5 报表汇总子系统
该子系统重点功能在于对已入库的数据报表及数据进行整理汇总及输出。设计的基本原则：各区县数据只能统计自己所属的数据资料，市植保站可以统计全市所有区县的数据资料。
在本子系统中的用户，选择所需要统计的报表名称后，即可根据相应的统计条件（统计条件由系统管理员根据各个报表的实际情况在系统管理子系统中的子模块中定制）统计出自己所需要的数据，并生成相应的统计报表。统计出的数据报表可以以Excel的形式导出，同时支持打印功能。
1.3.6 气象资料子系统
该子系统可以进行气象数据的手工录入和气象数据的查询统计、分析。
目前该子系统可为用户提供北京市1973年以来的14个监测点（13个区县及市观象台）、17个气象因素（压强、温度、湿度、降水量、地温、风向、风速和日照时数等）的气象数据资料的查询、统计、分析的功能，主要服务于病虫害预测预报子系统。为开展病虫发生为害分析，建立相关预测模型提供基础数据。
1.3.7 病虫预测子系统
该子系统重点对主要农作物的重大病虫害进行发生趋势的预测、预警。
根据专家经验和文献资料，采用逐步回归、神经网络、灰色系统理论和判别分析等方法建立起的预测模型，将不同区域、不同病虫害的模型组成模型库。该子系统为后台服务程序，可首先从模型库中调出用户需要的模型，检查模型要求的数据完整性（若数据不完整，可直接把不完整原因写入日志备查，退出系统），如果数据完整，系统将自动进行运算，把模型运算的结果存入预测预报结果数据库，用户查询显示后台服务程序的预测预报结果数据，并对预测结果进行专家决策，提供处理建议。
1.3.8 系统管理子系统
该子系统功能是为系统管理员提供管理整个系统的数据库。
其管理为整个系统的管理。前面提到的自定义报表，自定义统计条件等都是在本子系统进行定义和实现的。该系统包括：部门管理，角色管理，用户管理，密码修改，地域定义，代码管理，病虫害类别管理，病虫害信息管理，作物类别管理，作物信息管理，报表管理，报表数据修改，报表查询定义，报表统计等内容。
2 预警信息系统特点
该病虫害预警网络信息系统中的各子系统即相互独立，又相互依存，经系统管理员授权不同用户可访问相应子系统，整个系统具有如下特点。
2.1 采用先进技术
采用先进的java以及.Net技术开发系统，后台数据库采用oracle9i，保证系统以及数据的稳定性和安全性。
2.2 网络、系统安全性高
防火墙保证非法用户的恶意破坏以及网络病毒的传播。该系统做到了完善的用户角色权限控制，确保该系统的网络安全性。非法用户将不可能登陆系统。在对某模块没有权限的情况下，该用户将不能对其进行任何操作，甚至看不到该模块的存在。对于一个功能模块，该系统又进行了功能上的控制，分成提交、查看等权限等级，确保系统数据的安全性。
2.3 系统扩展性强
该系统在总体结构和模块运行上可根据用户的要求进行调整、新增模块，满足客户要求，使用户使用更加方便。
2.4 兼容性好
本系统预留有数据接口和程序接口，规范的开发框架与方式保证该系统与其他系统的对接。
2.5 信息查询图文并茂
方便直观的给各级植保站提供图、文、表并茂的症状图、形态图和病虫害历年的趋势图；以及迅速快捷病虫害信息的文字介绍和条理清晰的各个病虫害历年数据的统计表。
2.6 监测预警模型化
在系统中集成了北京市农作物重大病虫害预测预报模型，具有同时监测北京市重大病虫害的功能，不只是局限于单机板上应用，而是全面网络化。
自定义报表系统是该系统又一亮点。用户可以根据需要随时定义新的报表。包括表头、字段名称等。
3 系统推广应用及成效
北京市农作物病虫害预警信息系统于2004年12月系统建成并试运行，2005年初在全市13个区县开始培训和推广应用。该系统完成了8类作物92种病虫害的学名、发生规律、影响因素、防治技术等信息入库；建立了粮食、蔬菜、果树3大作物的病、虫、鼠系统调查及普查表格112个；完成13个区县1978年以来，粮食、蔬菜及桃等作物的病虫数据和1973年以来，全市14个观测点的17个因素的数据入库工作；同时，为不断规范病虫监测预报行为，更好地与系统衔接，针对部分病虫害缺乏监测标准的现状，补充完成了小麦吸浆虫、小麦叶锈病、保护地番茄灰霉病及保护地黄瓜霜霉病等7 项农作物病虫鼠害测报调查规范地方标准及小麦、玉米、桃3项植保技术操作规程的制定工作。
为了提升本市农作物病虫害监测手段，改进现有的监测调查工具，2007年北京市植保站给每个远郊区县植保站配备了2台PDA，并委托技术开发公司研发了《农作物病虫害预警信息系统》。经过多次操作技术培训，从2008年4月开始，应用PDA对京郊麦蚜、玉米螟等病虫害进行监测。该系统是以北京市农作物病虫害预警信息系统为基础，开发的掌上GPS专用采集软件，包括29张农作物主要病虫害的数据报表，该系统中的数据表格与预警信息系统中的完全一致，可以方便的完成田间病虫数据采集及GPS定位，采集的数据报表可直接导入预警信息系统数据库，提高数据传输速度与录入准确率。
通过北京市农作物病虫害预警信息系统汇总统计病虫数据，每年发布市级病虫情报18期；上报农业部小麦、草地螟、玉米螟、蝗虫周报50余期；发布病虫电视预报12～15期；并随时为相关部门与领导提供当前农作物病虫害发生情况、趋势分析与判断，为决策服务。
北京农作物病虫害预警信息系统的建立与应用，明显提高了北京市农作物病虫害监测、分析、预警的能力，同时也极大的提高了数据处理与利用的水平和几率，使历史数据真正成为提高业务水平与预报准确率的重要资源。同时，该系统的建立与应用，使北京地区基本实现了病虫害监测预报规范化、数据处理计算化、信息传递网络化、预报预警可视化，大大提高了北京市农业防灾减灾能力，使其更好地服务于今天的北京都市现代农业的发展。
参考文献
[1]王明红，马占鸿等.北京市农作物病虫害远程预警信息系统初步构建.中国植物病理学会2005年学术年会暨植物病理学报创刊50周年纪念会论文集，2005
[2]捷智开发团体.Oracle8起步与进阶.北京：人民邮电出版社，2000
