實(shí)驗(yàn)室植物病害標(biāo)本信息管理系統(tǒng)

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0引言

植物病害是指植物在環(huán)境的影響下不能正常生長、發(fā)育，從而影響人類的經(jīng)濟(jì)效益。植物病害是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的災(zāi)害之一，也是一種十分嚴(yán)重的災(zāi)害；因此，植物病害防治顯得尤為重要。植物病害標(biāo)本是診斷植物病害的重要依據(jù)，如何使得植物病害標(biāo)本資源得到有效共享，是目前需要解決的切實(shí)問題。目前，在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)的植物病理教學(xué)工作中，觀察植物病害標(biāo)本是學(xué)生獲取植物學(xué)病理知識(shí)的重要方法和手段。經(jīng)過幾代師生的共同努力，農(nóng)學(xué)院和林學(xué)院等學(xué)院的標(biāo)本室積累了大量的病害和病原菌標(biāo)本。標(biāo)本管理方法還是傳統(tǒng)的卡片記錄等方式，隨著標(biāo)本數(shù)量的日益增多，標(biāo)本的查詢和檢索越來越不方便，從而造成病害標(biāo)本數(shù)據(jù)的利用率較低，無論是在科研還是在進(jìn)一步的開發(fā)中都沒有產(chǎn)生應(yīng)有的作用和效果。鑒于此，如何利用植物病害標(biāo)本，使其更好地服務(wù)于科研或教學(xué)實(shí)踐，需要將豐富的標(biāo)本原始資料整理轉(zhuǎn)化成易于存取的信息。以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，開發(fā)植物病害標(biāo)本管理系統(tǒng)，使得植物病害防治信息化、數(shù)字化、共享化。此外，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)本資源的有效共享，也有利于植物病害標(biāo)本的永久保存，給科研或教學(xué)工作帶來了積極的推動(dòng)作用。本系統(tǒng)采用Django框架作為開發(fā)平臺(tái)，開源的輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫SQLite作為后端存儲(chǔ)，嘗試建立一套數(shù)據(jù)庫完整性強(qiáng)、安全性高的軟件系統(tǒng)，為校內(nèi)廣大科研、教學(xué)和基層工作者提供一套針對(duì)植物病害的有效防治信息平臺(tái)。

1關(guān)鍵技術(shù)

1.1Django框架

該系統(tǒng)Web開發(fā)是采用目前較為流行的基于Python語言的Web框架Django。采用Django框架的主要目的是簡便和快速。Django強(qiáng)調(diào)代碼復(fù)用，多個(gè)組件可以很方便的以“插件”形式服務(wù)于整個(gè)框架，Django有許多功能強(qiáng)大的第三方插件，方便開發(fā)出自己的工具包，使得Django具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。Django還為用戶設(shè)計(jì)了完美的管理界面，簡便了系統(tǒng)的開發(fā)過程。

1.2MVT模式

Django采用MVT的架構(gòu)模式，即模型M、視圖V和模板T。模型（Model）：數(shù)據(jù)存取層，負(fù)責(zé)處理與數(shù)據(jù)相關(guān)的所有事物，存取、驗(yàn)證有效性、包含的行為以及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系等；視圖（View）：業(yè)務(wù)邏輯層，負(fù)責(zé)存取模型和調(diào)取恰當(dāng)模板，是模型與模板的橋梁；模板（Template）：表現(xiàn)層，負(fù)責(zé)處理與表現(xiàn)相關(guān)的決定，并在頁面中顯示。在MVT模式中，models.py中定義數(shù)據(jù)模型；views.py決定展示哪些數(shù)據(jù)，如何渲染模板；諸多html頁面只負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)[1-3]。

2系統(tǒng)的需求分析和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)的需求分析

每一種植物病害標(biāo)本都包含非常多的信息，為了滿足不同工作者對(duì)標(biāo)本信息的不同需求，將病害標(biāo)本做如下分類。第一，病害名稱。包括中文名、英文名以及別名。第二，病原信息。包括病原的形態(tài)特征、病原類型以及分類地位，分類地位包括病原所屬的門、綱、目、科、屬及種。如果病原是真菌，則其形態(tài)特征包括有性型和無性型。第三，分布及危害。包括寄主的范圍和地理分布。第四，癥狀。病害表現(xiàn)出的主要癥狀。第五，病害發(fā)生的發(fā)展規(guī)律。包括病原的侵染途徑、侵染循環(huán)和外界環(huán)境條件三個(gè)方面。侵染循環(huán)又包括病原物的越冬、越夏方式、場所、病原物的傳播途徑、病害初侵染和再侵染。第六，防治措施。包括物理、化學(xué)和生物防治等技術(shù)措施。第七，采集信息。包括采集人、地點(diǎn)、日期以及保存地點(diǎn)[4-7]。

2.2數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的需求分析，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫需要建立4個(gè)數(shù)據(jù)表。標(biāo)本類別表、標(biāo)本信息表、標(biāo)本圖片表以及用戶信息表。

3系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)包含兩個(gè)主要界面，普通用戶檢索界面和管理員用戶后臺(tái)界面。普通用戶在檢索界面可以查詢所需病害信息并進(jìn)行初步診斷；管理員通過后臺(tái)頁面進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入和數(shù)據(jù)更新等操作。

3.2登陸模塊

系統(tǒng)的登陸模塊是判斷一個(gè)用戶是否合法的重要依據(jù)。植物病害標(biāo)本信息管理系統(tǒng)使用登錄名和口令的身份驗(yàn)證機(jī)制，輸人用戶名和密碼進(jìn)入系統(tǒng)。通過設(shè)置用戶權(quán)限可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)后臺(tái)的管理。系統(tǒng)存在兩種用戶角色，管理員用戶和普通用戶。管理員用戶對(duì)整個(gè)系統(tǒng)具有完全控制的權(quán)限，包括病害標(biāo)本類型的管理，病害標(biāo)本的查詢、修改、刪除以及初步診斷等。普通用戶只具有病害信息檢索和病害初步診斷的權(quán)限[8]。利用Django自帶的類庫生成一對(duì)密碼（生成密碼和核對(duì)密碼）對(duì)數(shù)據(jù)庫中的密碼進(jìn)行加密和解密，以保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性。

3.3查詢模塊

在查詢模塊中，利用Django創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫抽象API，能夠方便快捷地檢索所需信息。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的查詢功能模塊包括精確查詢和模糊查詢。精確查詢是指輸入一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵詞，與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)匹配，檢索得出精確結(jié)果，如將輸入病害標(biāo)本的中文名稱作為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，只檢索出該病害標(biāo)本的信息。模糊查詢是指系統(tǒng)按照輸入關(guān)鍵詞的同義詞進(jìn)行模糊檢索，得出較多的檢索結(jié)果，如將輸入寄主作為關(guān)鍵詞，會(huì)檢索出所有包含該寄主的信息。當(dāng)檢索目標(biāo)不是很明確時(shí)，使用模糊查詢可以快速檢索出相關(guān)信息[9]。

3.4標(biāo)本類型模塊

在該系統(tǒng)中，植物病害標(biāo)本信息展示是以農(nóng)作物種類進(jìn)行分類，共分為如下8個(gè)類別：糧食作物病害標(biāo)本、油料作物病害標(biāo)本、經(jīng)濟(jì)作物病害標(biāo)本、蔬菜病害標(biāo)本、果樹病害標(biāo)本、林木病害標(biāo)本、花卉病害標(biāo)本以及人工草地植物病害標(biāo)本。在標(biāo)本類型管理模塊中，管理員用戶具有對(duì)標(biāo)本類型修改、新建和刪除的權(quán)限。

3.5標(biāo)本信息管理模塊

長期以來，植物病害標(biāo)本的制作都是以保實(shí)物為主，如臘葉標(biāo)本、浸泡標(biāo)本、玻璃標(biāo)本等。這類標(biāo)本給人以看得見，摸得著的實(shí)體感，在作物病害的診斷中起了重要的作用。但是，目前所用的大多數(shù)方法都無法反應(yīng)癥狀的原貌，在制作過程中，標(biāo)本的體驗(yàn)顏色、質(zhì)地、形態(tài)都會(huì)發(fā)生變化，尤其是以霉?fàn)钗铩⒎蹱钗锏葹橹饕卣鞯臉?biāo)本更難保持原樣。實(shí)際上，有不少標(biāo)本是無法保存實(shí)物的，例如一些體積過大的材料。標(biāo)本在其保存的過程當(dāng)中會(huì)逐漸褪色、發(fā)霉和蛀蟲等。因此，如何完整的保存植物病害標(biāo)本信息，使得在植物病害時(shí)發(fā)揮作用，是植物病害標(biāo)本管理系統(tǒng)的目的和關(guān)鍵所在[10-11]。標(biāo)本信息管理模塊具有病害標(biāo)本信息的錄入、刪除和更新功能。錄入的信息主要包括病害名稱、病原信息、分布及危害、癥狀、病害發(fā)生發(fā)展規(guī)律、防治措施和采集信息等。利用該系統(tǒng)的刪除和更新功能能夠及時(shí)有效地維護(hù)該系統(tǒng)。植物病害標(biāo)本管理系統(tǒng)將實(shí)物標(biāo)本數(shù)字化、信息化，有效彌補(bǔ)了實(shí)物標(biāo)本管理和長期保存的不足。

4系統(tǒng)的建設(shè)成效和不足

實(shí)驗(yàn)室植物病害標(biāo)本信息管理系統(tǒng)作為病害信息共享與交流平臺(tái)，為新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)廣大師生了解和認(rèn)識(shí)植物病害信息提供了方便快捷的途徑，提高了工作效率，實(shí)現(xiàn)了信息的有效共享。目前，系統(tǒng)存在的主要問題是植物病害標(biāo)本數(shù)據(jù)庫需要進(jìn)一步豐富和完善，病害記錄還不足以滿足廣大人員的需求。另外，網(wǎng)站提供的植物病害標(biāo)本高清照片較少，不利于病害的診斷。

5結(jié)語

通過Django框架和自帶的SQLite數(shù)據(jù)庫能夠簡便快速開發(fā)植物病害標(biāo)本信息管理系統(tǒng)，系統(tǒng)不僅具有對(duì)數(shù)據(jù)庫的管理功能，而且具有對(duì)普通用戶的服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)服務(wù)與管理相結(jié)合。系統(tǒng)具有良好的服務(wù)功能[12-13]，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)界面友好、操作簡單、查詢方便；不僅可以針對(duì)專業(yè)用戶，無相關(guān)專業(yè)知識(shí)的用戶也能對(duì)本系統(tǒng)應(yīng)用自如。該系統(tǒng)提供了詳細(xì)的植物病害信息和植物病害標(biāo)本信息，為校內(nèi)廣大科研、教學(xué)和基層工作者提供了一套具有針對(duì)性的植物病害防治信息平臺(tái)。

作者：王亞鵬 鄧鈰艦 徐長輝 蒲智 單位：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院