植物辨識交互系統(tǒng)的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)

0 引 言

植物是地球上所有生命的中堅力量，也是重要的資源。地球上有超過 40 萬種植物，各種物種間又密切相似，人工識別植物的過程較為困難，有時產(chǎn)生的結(jié)果可能會令人困惑，稍有差錯，甚至可能認(rèn)錯有毒植物而造成人員傷亡 [1]。雖然識別過程較為困難，但植物的根、莖、葉等部位在各個季節(jié)都容易獲得，因此可通過足夠的可見特征來辨識它們各自的類別。針對上述問題，本文開發(fā)了植物辨識交互系統(tǒng)，使用植物特征來辨識植物所屬物種，基于關(guān)鍵信息搜索、篩選識別該植物物種，有利于減少誤食有毒野菜或藥材造成的人員傷亡，普及植物基本常識 [2-3]。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)體系設(shè)計

植物辨識交互系統(tǒng)采用 B/S 結(jié)構(gòu)，層次之間只與本層直接相連的層通信，不與本層直接相連的其他層則不進(jìn)行交互，在保證系統(tǒng)相對獨(dú)立的同時，還能為后續(xù)擴(kuò)展提供便利。通過構(gòu)建植物辨識交互系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫信息 [4]，實(shí)現(xiàn)植物識別、養(yǎng)生指導(dǎo)和野外互動等功能。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

植物辨識交互系統(tǒng)主要包括用戶信息管理、植物識別、野外互動與植物信息管理四個功能模塊，具體如圖 1所示

（1）用戶信息管理模塊。對用戶信息進(jìn)行錄入（增加新項）、刪除、編輯（對已有信息進(jìn)行修改）、查詢等。用戶登錄到該系統(tǒng)可進(jìn)行個人信息管理，如可查看積分、修改密碼、充值積分等。

（2）植物識別模塊。用戶根據(jù)已知的植物特征，在系統(tǒng)給出的特征選項中選擇相應(yīng)的特征（以圖片形式展現(xiàn)），用戶確認(rèn)提交后跳轉(zhuǎn)到結(jié)果界面顯示結(jié)果。當(dāng)選擇自動識別功能時，提示用戶使用手機(jī)拍照并提交需要識別的植物，上傳后由人工識別并將識別結(jié)果反饋給用戶。由于識別結(jié)果可能有多種，單屏幕無法較好地展示，因此篩選后的結(jié)果只將植物的縮略圖排列出來，用戶可選擇查看其詳細(xì)信息（包括植物信息與該植物位置共享）加以認(rèn)證、區(qū)別。

（3）野外互動模塊。所在地附近藥材植物的位置信息會顯示到地圖上，根據(jù)顯示的信息進(jìn)入地圖附近的植物地點(diǎn)或藥材位置 ；也可輸入要找的植物名稱，在地圖中顯示發(fā)現(xiàn)地位置，通過發(fā)現(xiàn)歷史地點(diǎn)進(jìn)入到其對應(yīng)的藥材所在位置。同時，系統(tǒng)還給用戶提供養(yǎng)生指導(dǎo)，用戶可在搜索框中輸入植物名稱、病癥、藥效、處方等信息檢索對應(yīng)的草藥信息。

（4）植物信息管理模塊。對植物信息進(jìn)行增加、查詢、刪除與修改等管理功能。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)庫框架的搭建

數(shù)據(jù)庫包含植物信息管理表、位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)表及用戶信息管理表等。其中，植物信息管理表是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的重要組成部分，主要收錄每種植物的名稱、生態(tài)分布、藥效、采集加工以及現(xiàn)狀特征等基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù) [5]，具體見表 1 所列。位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)表則主要向用戶展示植物生長的區(qū)域，根據(jù)植物編號進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過經(jīng)緯度數(shù)據(jù)將植物所處地理位置標(biāo)記在地圖上，具體見表 2 所列。用戶信息管理表包括用戶編號、手機(jī)號、密碼及積分信息等，具體見表 3 所列。其中，用戶手機(jī)號也是用戶賬號的唯一標(biāo)識。

2.2 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)

本文系統(tǒng)采用 B/S 結(jié)構(gòu)與 SSM[6]（Spring SpringMVC Mybatis[7]）框架，開發(fā)環(huán)境為 Windows 7 操作系統(tǒng)，編程語言以 Java 語言為主，基于 Eclipse 功能強(qiáng)大的 Java IDE 進(jìn)行開發(fā)。整個系統(tǒng)分為接入層、展現(xiàn)層、應(yīng)用層、支撐層與基礎(chǔ)層五層。接入層由管理員與用戶組成，提供訪問功能 ；展現(xiàn)層是系統(tǒng)內(nèi)容的展示區(qū)域，確保展示信息的完整性 ；應(yīng)用層是支撐管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的核心部分 ；支撐層主要包括元數(shù)據(jù)管理、用戶身份認(rèn)證、植物信息管理、調(diào)度協(xié)議及參數(shù)管理等應(yīng)用服務(wù) ；基礎(chǔ)層則由網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、操作系統(tǒng)、外部硬件與媒體驅(qū)動等共同構(gòu)成基礎(chǔ)的運(yùn)行環(huán)境。

3 系統(tǒng)界面

本文系統(tǒng)頁面主要分為植物識別、植物信息管理、野外互動、用戶管理等。其中，植物識別模塊包括手動識別與自動識別 ；野外互動模塊包括養(yǎng)生指導(dǎo)、所在地查詢、歷史發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)等。

3.1 植物識別功能

用戶根據(jù)植物的基本特征（如根、莖和葉等），在系統(tǒng)中選擇相應(yīng)的特征數(shù)據(jù)提交，系統(tǒng)會根據(jù)用戶提供的植物特征進(jìn)行識別 [8]，并將匹配結(jié)果傳輸?shù)斤@示界面。由于植物的某些特征大致相似，識別結(jié)果可能有多種，系統(tǒng)優(yōu)先展示匹配度較高的植物，對匹配度較低的則給出該植物的縮略圖。若給出的結(jié)果與真實(shí)植物有差別，用戶可從匹配度較低的植物縮略圖中重新查找該植物。通過特征相似匹配出來的結(jié)果提高了植物識別的準(zhǔn)確度，也可擴(kuò)展用戶對該類植物的了解并加以區(qū)分。植物查詢與展示如圖 2 所示。

3.2 野外互動

（1）養(yǎng)生指導(dǎo)。根據(jù)用戶輸入的關(guān)鍵詞（按名稱、病癥、藥效、處方等功能）進(jìn)行不同需求的檢索。

（2）所在地查詢。所在地查詢通過百度地圖呈現(xiàn)，根據(jù)用戶所在位置查詢該中草藥及野菜分布的地理位置，有利于用戶了解其生長環(huán)境，也便于種植戶對其進(jìn)行管理與種植，提高中草藥及野菜的采集與培養(yǎng)知識。

（3）歷史發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)。用戶通過輸入要找的植物名稱，點(diǎn)擊歷史發(fā)現(xiàn)地進(jìn)行相關(guān)信息搜索，地圖中即可顯示該植物曾經(jīng)出現(xiàn)過的位置與信息。位置查詢?nèi)鐖D 3 所示。

4 結(jié) 語

本文針對人工識別植物較為困難的問題，開發(fā)了植物辨識交互系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了植物識別、養(yǎng)生指導(dǎo)、野外互動等功能，能夠輔助用戶對野菜及中草藥等植物進(jìn)行辨識與查詢，有利于普及植物基本常識，減少誤食有毒野菜或藥材造成的人員傷亡，具有較大的實(shí)用價值。