入侵昆虫识别微信小程序设计与实现_黄亦其.pdf

入侵昆虫识别微信小程序设计与实现黄亦其1，沈 豪1，2，王福宽1，2，钱万强2，董双玉2，乔 曦1，2，3*(1广西大学机械工程学院，广西南宁 530004;2中国农业科学院(深圳)农业基因组研究所，广东深圳 518120;3仲恺农业工程学院智慧农业创新研究院，广东广州 510225)摘要 目的 为解决由于公众对于入侵昆虫知识了解甚少导致入侵昆虫未能得到及时有效的防治，进而导致入侵昆虫造成社会生产生活及对于生物多样性的危害，设计开发了一个针对入侵昆虫的识别的微信小程序。方法 此小程序采用前后端开发分离的设计思路，前端框架采用微信原生的weui 框架，后端基于SSM 框架、MySQL 数据库，GoogLeNet 识别网络进行全栈开发。结果 应用现有的开发框架，根据系统需求设计并实现了针对入侵昆虫的识别、信息报告上传、昆虫数据库查看等功能，满足用户对入侵昆虫的自助鉴别需求。结论 该系统方便科研人员收集科研数据，帮助官方机构对入侵昆虫的定位管理，利于入侵昆虫学科知识的推广科普，为入侵昆虫防治打下良好基础。关键词识别;微信小程序;入侵昆虫;Java;深度学习;通信中图分类号S126文献标识码A文章编号05176611(2023)01022209doi:103969/jissn05176611202301050开放科学(资源服务)标识码(OSID):Design and Implementation of WeChat Mini Program for Invasive Insect ecognitionHUANG Yi-qi1，SHEN Hao1，2，WANG Fu-kuan1，2et al(1 School of Mechanical Engineering，Guangxi University，Nanning，Guangxi530004;2 Agricultural Genomics Institute at Shenzhen，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Shenzhen，Guangdong 518120)Abstract ObjectiveThe public had little knowledge about invasive insects leads to the failure of timely and effective prevention and controlof invasive insects This problem led to the harm of invasive insects to social production and life and biodiversity In order to solve this prob-lem，we designed and developed an identification method for invasive insects WeChat applet MethodThis small program adopted the designidea of separation of front-end and back-end development The front-end framework adopted WeChat s native weui framework，and the back-end was based on SSM framework，MySQL database，and GoogLeNet identification network for full-stack development esultThe existingdevelopment framework was used to design and realize the functions of identifying invading insects，uploading information reports and viewinginsect database according to system requirements，so as to meet the needs of users for self-service identification of invading insects Conclu-sionThis system facilitated scientific research personnel to collect scientific research data，helped official institutions to locate and manage in-vasive insects，facilitated the popularization of invasive insect knowledge，and laid a good foundation for invasive insect controlKey wordsIdentification;WeChat applet;Invasive insects;Java;In-depth learning;Communication基金项目国家重点研发计划项目“外来病虫害高效检测关键技术与装备研发”(2021YFD1400100，2021YFD1400101，2021YFD-1400102);深圳市孔雀团队项目(KQTD20180411143628-272);2018 年 国 家 自 然 科 学 基 金 青 年 科 学 基 金 项 目(31801804);深圳市大鹏新区科技创新和产业发展专项资金资助项目(PT20200106)。作者简介黄亦其(1973)，男，广西隆安人，副教授，博士，从事农业信息获取与计算机视觉研究。*通信作者，副研究员，博士，从事农业信息获取与计算机视觉研究。收稿日期20211101;修回日期20220106生物多样性在世界范围内严重衰退，外来入侵物种(IAS)已成为全球生物多样性面临的主要威胁之一12。近年来我国入侵生物中昆虫入侵种类显著增长，每年因入侵昆虫导致的疫情也出现爆发性增长，因此在防治入侵生物中，针对入侵昆虫的防治就显得尤为重要3。防治入侵昆虫首先的任务就是要对其进行识别，判断入侵昆虫物种。现在对于昆虫的识别系统也已经十分成熟，部分软件识别准确率达到 98%，但识别数据库较小，识别的昆虫种类单一，部分软件功能冗杂缺少针对昆虫的查询功能或者后端的联系反馈4。相比针对入侵植物和大型入侵动物的识别应用程序的广泛应用地理信息的报告、数据集的收集和识别功能，针对入侵昆虫的识别软件市场至今鲜见报道。相比于 Android 和 iOS 的移动应用，微信小程序设备适配性好、对系统要求低，具有“轻、简、精、快”的轻量化特征，具备现代移动互联网的显著特点56。为了完善入侵昆虫的管理防治体系，加强公众的生态防护意识，拓宽相关科研数据收集渠道，笔者基于成熟的开发平台与设计实现流程，设计开发了一个针对入侵昆虫的微信小程序，旨在提高公众生态保护意识，有助于科研数据的收集，完善入侵昆虫数据库，为入侵昆虫的防治打下良好基础。1需求分析11需求概述外来物种已经对世界范围内的生物多样性造成严重影响，成功管理这些物种需要公民意识到并参与防止新物种的引入和支持控制干预措施2。针对入侵昆虫的防治，帮助扩大民众对入侵昆虫的了解，首先的任务就是要对其进行识别，判断入侵昆虫物种种类。虽然有效利用公民科学的优点已经在广泛传播，但它在农业领域的应用并不像其他行业那样广泛7。对于生物农业领域，学科专业性较强，民众接受相关知识渠道往往受限于书籍和传统媒体，对于昆虫的鉴别也只能局限于难以科学记录的经验描述以及无法大范围推广的专家指导。与入侵植物与大型入侵动物相比，在野外的入侵昆虫受到季节性的影响较大，而且由于易转移和体型小难以发现的特点，非相关从业人员对于入侵昆虫的检测识别难度很大。在信息化时代，大数据、云计算、人工智能的全面发展为入侵生物数据库的建立提供了强有力的技术支撑，外来有害生物的数据和信息在防控外来生物进入、定殖、扩散成灾中安徽农业科学，JAnhui AgricSci 2023，51(1):222230均发挥着举足轻重的作用，大量的基础数据还能对入侵物种的影响进行评估，这也是入侵科学研究的一项重要任务，而图像在农业信息化过程中是十分重要的信息载体1，89。近年来，配备高质量摄像头的智能手机越来越多。这意味着，使用智能手机可以很容易地捕捉到大型动植物群的高质量图像。此外，进行复杂数学计算的软件(如 Matlab)也可用于高精度的图像处理，这对开发图片处理应用提供了一个方便的后端计算处理平台。随着目前移动互联网的高速发展，越来越多的研究者在探索将计算机系统与的生物农业管理联系起来。现行几种植物识别 APP 应用流行的识别网络数据库虽庞大，但由此导致的训练效果粗放，识别准确率有待提高10。针对入侵植物和大型入侵动物的识别应用程序已广泛应用到地理信息的报告、数据集的收集和识别功能，而对于昆虫应用程序的开发较少，而且对于专门针对入侵昆虫的识别应用至今鲜见报道。为了更好促进知识服务的扩大和深化，推动学科服务继续向用户延伸，建立科研与用户之间的有效链接11，系统基于微信小程序的开发优势56，在面向入侵昆虫识别的问题上，应用现存的技术框架、设备发展优势以及推广优势，设计开发一个针对入侵昆虫的微信小程序。系统集成图片拍照识别，信息库功能和报告上传功能的综合可提供用户多方位的使用需求。12总体功能需求分析对于开发入侵昆虫小程序而言，其主体功能中应包括图片识别、昆虫信息库的应用和昆虫信息在线报告三大模块。对平台用户来说，可登录小程序的使用界面，使用昆虫信息库查找功能，在线昆虫识别查看以及对入侵昆虫的位置图片信息的上传报告功能，其中具体包含七大具体的使用功能。用户功能需求用例如图 1所示。图 1用户功能需求用例图Fig1Use case diagram of user functional requirements2系统设计21系统框架在小程序进行需求分析的基础上，对系统的架构进行设计。首先对系统的各个结构组成进行分析设计。系统整体结构如图 2 所示。图 2系统体系结构设计Fig2System architecture design可以看到该系统采用的是一个经典的前后端交互设计，移动终端通过数据网络访问系统服务器，服务器进而对数据库和识别网络文件路径进行访问。通过分层设计降低系统各部分的耦合度，让系统具有一定的独立性和良好的扩展性。根据对系统的需求分析和概要设计，整个识别系统基于C/S 架构，采用前后端分离的开发模式，由 2 部分组成，包括用户小程序端和服务端，其中服务端又包括数据库模块，识别算法模块以及由 Java 语言进行编码的系统后端。该研究总体采用 MVC(ModelViewController)软件架构模式，其模块间的低耦合使得项目开发效率更高。考虑到后续的继续开发研究任务，后台基于 SSM(SpringSpring MVCMyBatis)框架进行设计，由于其也是目前主流的 Java EE 框架，由Spring 和 MyBatis 开源框架组合而成(其中 Spring MVC 属于Spring 的部分内容)78。Spring 是一个基于 J2EE 环境下的轻量级开源框架，利用容器对各组件进行选择调用，降低了组件间的耦合，通过注入机制在运行时为组件配置资源，实现组件的即插即用，此外组件无需指定数据接口，因此也可以对组件进行分离9。Spring MVC 属于 Spring 提供的一个构建 web 端的 MVC 框架，将模型层(Model)分为业务层32251 卷 1 期黄亦其等入侵昆虫识别微信小程序设计与实现(Service)和持久层(Dao)，在 Service 层可以访问持久层也可以访问非数据库层，大大提高系统开发效