玉米葉片病斑數(shù)據(jù)庫分析與建立

李常秀，閆超

（黑龍江八一農(nóng)墾大學信息技術學院，大慶163319）

數(shù)據(jù)庫技術主要研究如何存儲、使用和管理數(shù)據(jù)，是計算機技術中發(fā)展最快、應用最廣的技術之一[1]。數(shù)據(jù)庫技術逐漸向農(nóng)業(yè)領域的滲透，極大地促進了我國農(nóng)業(yè)數(shù)字化、信息化的進程。數(shù)據(jù)庫對加強農(nóng)業(yè)的基礎地位有著重要的作用。農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)庫的建設是農(nóng)業(yè)領域信息系統(tǒng)建設的重要基礎之一，可以使農(nóng)業(yè)資源管理手段從手工階段上升到計算機階段，從而提高農(nóng)業(yè)信息查詢、處理和共享的速度。

我國現(xiàn)有的幾個農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)庫有：中國農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫、中國西南藥用植物資源數(shù)據(jù)庫、中國經(jīng)濟植物資源數(shù)據(jù)庫[2]。到目前為止沒有一個針對單一物種建立的病斑數(shù)據(jù)庫，玉米是主要的糧食和飼料作物，在世界和我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有重要地位。黑龍江是我國玉米主產(chǎn)區(qū)之一，但玉米大斑病近年有加重趨勢[3]，利用圖像處理和識別技術來實現(xiàn)玉米葉部病斑識別對玉米作物病害治理起到了推進作用[4]，因此選擇玉米葉片病斑來建立數(shù)據(jù)庫。

1 大斑病和小斑病的分級

在我國，玉米的病斑種類很多，如褐斑病、眼斑病、霜霉病、炭疽病、斑枯病、葉斑病、大斑病、小斑病、灰斑病、銹病、細菌性條紋病等，每一個病種都有它相對的發(fā)病條件，而這種客觀的條件又導致了病害的程度，從而出現(xiàn)了病斑的分級。通過建立數(shù)據(jù)庫得到病斑的一系列分級情況，可以在玉米病害的發(fā)病初期，進行相應的防治，從而保證玉米的產(chǎn)量。針對于黑龍江的玉米情況，通過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在黑龍江省出現(xiàn)居多的病種為大斑病和小斑病，而這兩種病在發(fā)病條件（溫度）上不一樣，大斑病的發(fā)病溫度為20～25℃，小斑病的發(fā)病溫度為26～29℃。并且光照度和土壤元素的含量對大斑病和小斑病的發(fā)病也有一定程度的影響。大斑病和小斑病隨著發(fā)病時間的持續(xù)，發(fā)病程度也會加大，病斑形狀也隨之增加，針對這一情況，查閱相關資料，得到了大斑病和小斑病的分類標準如下[5]。

大斑病分級標準：玉米大斑病分級標準0級，全株葉片無病斑；0.5級，全株葉片有零星病斑，占葉面積的1%左右；1級，全株葉片有少量病斑，占葉面積的5%～10%；2級，全株葉片有中量病斑，占葉面積的10%～25%；3級，植株下部葉片有多量病斑，占葉面積的50%以上，出現(xiàn)大片枯死現(xiàn)象；中上部葉片有中量病斑，占葉面積的10%～25%；4級，植株下部葉片病枯；中部葉片有多量病斑，出現(xiàn)大片枯死現(xiàn)象；上部葉片有中量病斑；5級，全株基本枯死。小斑病分級標準：0級，全株葉片無病斑；0.5級，植株下部葉片有零星病斑，占葉面積的10%以下；1級，植株下部葉片有少量病斑，占葉面積的10%～25%；2級，植株下部葉片有中量病斑，占葉面積的25%～50%；中部葉片有少量病斑，占葉面積的10%～25%；3級，植株下部葉片有多量病斑，占葉面積50%以上，出現(xiàn)大片枯死現(xiàn)象；中部葉片有中量病斑，占葉面積的25%～50%；上部葉片有少量病斑，占葉面積的10%～25%；4級，植株下部葉片基本枯死；中部葉片有多量病斑，占葉面積的50%以上，出現(xiàn)大片枯死現(xiàn)象；上部葉片有中量病斑，占葉面積的25%～50%；5級，全株基本枯死。

2 葉片病斑數(shù)據(jù)庫的建立方法

在數(shù)據(jù)庫軟件選擇上，選取SQL2005企業(yè)版，是因為SQL2005有良好的操作性和易用性。在建立玉米葉片病斑數(shù)據(jù)的字段選取上，我選擇了以下幾個字段名path（路徑），name（名字），date（日期），time（時間），illumination（光照度），temperature（溫度），site（地點），cornbreed（玉米品種），scabbreed（病斑種類），standardscabgrade（ 病 斑 標 準 等 級），personalscabgrade（病斑檢測等級），contentN（氮含量），contentP（磷含量），contentK（鉀含量），thumpath（縮略圖路徑）。

Path是玉米葉片病斑圖像的路徑，因為在數(shù)據(jù)庫中保存圖像的路徑要比保存圖像本身在管理和調(diào)用上更加的便捷；Name為玉米葉片病斑圖像的名稱，一般在導入圖片時，選取由相機產(chǎn)生的圖片名稱為玉米葉片病斑圖像的臨時名稱，后期可以在程序中對其修改；Date、time則為拍攝圖片的日期和時間，可以調(diào)用相機本身記錄的日期和時間，也可以人為的輸入某一個時間段；Illumination為光照度，是由照度儀測得的當日拍攝照片時的光照強度，光照強度一是對玉米的生長有影響，二是對病斑圖像處理時也會造成影響，所以是一個數(shù)據(jù)庫中必要的字段；Temperature是拍攝葉片圖像時用溫度計測得的溫度，高溫和低溫對玉米的影響很大，有的時候會加劇病害的發(fā)生和發(fā)展，是重要的記錄數(shù)據(jù)；Site為實驗玉米的生長地，不同的地方，經(jīng)緯度不一樣，土壤墑情不一樣，光照角度也不同，所以地點也是記錄項之一；Cornbreed是玉米的品種，玉米品種的不同會導致得病的不同，同種病害，不同的品種會顯示不同的癥狀，所以玉米的品種是不可缺少的一個記錄項；Scabbreed為病斑種類的字段名，用于區(qū)分這個葉片是何種病斑；Standardscabgrade為標準病斑等級，這個是經(jīng)過專家鑒定過的葉片病斑等級，是為了檢驗軟件檢測病斑的準確度的；Personalscabgrade為軟件檢測病斑等級，是屬于程序的一個輸出量；ContentN、contentP、contentK是土壤的N、P、K的含量，因為這三種元素是植物不可或缺的元素，它們的含量對玉米的成長和病害的發(fā)生起著關鍵的作用，所以是重要的字段；Thumpath是玉米葉片病斑的圖像縮略圖，作用僅僅是為了提高程序的運行速度，不至于在讀取大量圖片時，軟件卡死。

3 結果

用SQL2005建立的玉米葉片病斑數(shù)據(jù)庫字段及數(shù)據(jù)類型如圖1，玉米葉片病斑數(shù)據(jù)庫葉片數(shù)據(jù)信息如圖2。

圖1 字段及數(shù)據(jù)類型Fig.1 Field and data type

圖2 葉片數(shù)據(jù)信息Fig.2 Leaf data information

用SQL建立玉米病斑數(shù)據(jù)庫的特點是方便，簡潔，快速，可以細化病斑和客觀信息。用戶通過觀看病斑圖片，分析病斑種類，達到普及知識的作用。并且玉米葉片病斑數(shù)據(jù)庫的建立對分析玉米病斑的惡化有著積極意義，并為后期即將實現(xiàn)的玉米葉片病斑識別打下了良好基礎。

[1]向海華.數(shù)據(jù)庫技術發(fā)展綜述[J].現(xiàn)代情報，2003（12）：31-33.

[2]陳海昆，張瑞芳，張海燕，等.數(shù)據(jù)庫技術發(fā)展及其在農(nóng)業(yè)領域中的應用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2008，36（18）：7818-7820.

[3]浦子鋼，楊克軍，李德新，等.黑龍江省西部半干旱區(qū)玉米抗大斑病種質(zhì)資源的篩選[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學學報，2010，22（3）：9-12.

[4]張柏毅，朱景福.基于LXF模型水平的玉米葉部病斑圖像分割[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學學報，2012，24（3）：71-74.

[5]孫海潮，盧道文，萬金紅.玉米育種材料大小病斑的鑒定分級標準和主要方法[J].玉米科學，2005，13（增刊）：140-141.