洪鹏翔，洪睿，陈鎣，何翔，罗曦

(1. 福建农林大学植物保护学院，福州市，350002；

2. 农业部闽台作物有害生物综合治理重点实验室，福州市，350002；
3. 南平市建阳区将口镇乡村振兴发展中心，福建南平，354215；

4. 闽江学院，福州市，350108)

重大植物疫情管理工作责任重大，尤其是在全球化背景下，如何防控重大植物疫情、降低其造成的负面影响，成为社会各界广泛关注的焦点[1]。随着数字技术、信息技术等的推广和应用，将其应用在重大植物疫情管理工作中，创建技术先进、功能丰富的重大植物疫情管理系统，能够实现重大植物疫情的自动化监控、智能化预警、准确化诊断、科学化控制。

冯晓东等[2]对农业植物检疫性有害生物监测工作获得的成效进行研究，并针对现阶段存在的问题，提出了多元融合的建议。余继华等[3]提出了“七进法”、疫情监测“三大系统”等措施，以期为推动基层植物检疫工作发展作出贡献。何佳遥等[4]对2016—2017年我国进境植物疫情的截获情况进行对比分析，虽然较之前进境植物疫情数量有所降低，但是来源国数量较多，依然需要引起重视。朱学芳等[5]综合运用可视化技术、互联网技术、大数据技术以及人工智能技术等进行疫情监测防控，并且发挥了巨大的作用。余辛等[6]对广东机场口岸2012—2016年的进境植物疫情进行分析，总结了不同类型植物种苗疫情的特征，并提出多种预防植物种苗疫情的控制措施。孙佩珊等[7]对地中海实蝇的入侵情况进行总结，并提出了预防其入侵中国的监测体系，做好风险评估，避免地中海实蝇给我国植物造成危害。陈继光等[8]利用安卓智能设备和Web在线监测管理系统，创建了农作物病虫害在线监测管理系统，能够实现对黑龙江省超过600个乡村农作物病虫害疫情的全面监控。王标等[9]针对湖南省农作物的病虫害疫情特点，研发了监测预警信息系统，通过实践应用表明该系统发挥了重要的作用，其多样化的功能为湖南省农作物重大病虫害监测、预警以及管理奠定了基础。钱晔等[10]以月季病虫害为例，创建了以安卓手机系统为基础的病虫害智能系统，对月季病虫害进行准确、实时诊断，提高月季种植的安全性，同时保障花卉种植企业的经济利益。陈天娇等[11]以深度学习理论为基础，创建了病虫害智能感知系统、自动识别系统，能够快速、高效、自动地识别各种田间病虫害。潘俊鹏等[12]对国内外的植物疫情信息、科研成果等进行研究和汇总，避免进境植物有害生物给我国生态环境造成危害。

通过多位相关学者的研究成果进行总结和分析，不同学者针对植物疫情、农作物病虫害疫情等管理进行比较全面的研究，但是尚未有学者针对重大植物疫情管理信息系统进行研究。本文对重大植物疫情管理相关的文献进行总结，分析构建重大植物疫情管理信息系统的原则以及要点，融合多种技术建设重大植物疫情管理信息系统，发挥该系统各个子系统模块的功能。

1.1 经济性原则

重大植物疫情管理工作是一项复杂、长期的工作，如果系统建设成本、运行成本以及维护成本较高，将会导致增加重大植物疫情管理的成本，经济方面可行性较低，势必会影响系统的可持续运行。因此，在进行重大植物疫情管理信息系统创建时需要遵循经济性原则，将系统建设成本和运维成本等控制在预算范围内，为系统地广泛推广和应用奠定基础。

1.2 稳定性原则

重大植物疫情管理系统储存大量的疫情信息，例如有害生物信息、气象信息、生态学信息、诊断信息、处理方案等，一旦系统出现故障或者问题，导致各种数据信息丢失、损坏，将会给系统运行和植物疫情管理带来严重的影响。因此，在进行重大植物疫情管理信息系统创建时，需要充分考虑系统运行的稳定性，做好容错机制管理、故障恢复建设等，保证各种数据信息的完整性。

1.3 保密性原则

重大植物疫情具有特殊性，一旦系统损坏或者被入侵，导致数据信息被泄露，将会导致严重的后果。因此，在系统建设时需要遵循保密性原则，对外网和内网做好保密设置，采用密钥技术、防火墙技术、网闸技术等，保证重大植物疫情管理信息系统的保密性。

为了实现重大植物疫情的科学、全面以及快速监控和防治，借助数字化技术、信息技术、人机交互技术、音频技术、视频技术、GIS技术等先进的技术和设备，创建系统、完善的重大植物疫情管理信息系统，并且系统功能不断丰富，功能不断拓展，为全国植物疫情防治工作提供了可靠的数据支持和经验参考。重大植物疫情管理信息系统的登录界面如图1所示，总体结构如图2所示。

图1 重大植物疫情管理信息系统的登录界面图

图2 重大植物疫情管理信息系统架构示意图

2.1 监测预警系统

监测预警是重大植物疫情管理的基础，肩负着为重大植物疫情防治工作提供情报信息的责任。采用数字化技术、信息技术等，创建重大植物疫情监测预警系统，能够实现对重大植物疫情的准确、全面监测，提高预警效率，为重大植物疫情的信息化管理奠定基础。(1)平台用户层，主要包括业务操作用户(具备移动端应用、重大植物疫情监测数据统计等功能)、系统管理用户(具备移动端管理、权限管理、植保站管理等功能)、对外发布用户(具备发布网站信息、发布业务数据等功能)，可以将监测的各种数据信息上传到数据层[13]。(2)功能组件层，主要由安全组件层(包括访问控制组件、数据权限组件等)、平台组件层(包括用户管理组件、报表管理组件、图表渲染组件、多媒体资源管理组件、数据流传输组件以及业务数据流控制组件)、应用组件层(包括支持组件、应用层接口管理组件等[14])三部分组成。(3)框架性构件层，主要由WEB2.0框架、数据管理、流程管理以及用户管理四部分组成。(4)数据层，主要包括资料数据库、标准数据库、病虫害数据库以及历史数据库4部分。本系统能够对重大植物疫情信息进行全面监测，方便用户层更加直观、方便地了解重大植物疫情的变化情况，并提前发出预警信号，政府部门、植保部门、农户和种植户等根据预警信号相互协作，实现对重大植物疫情的联防管理，尽可能降低其造成的危害。

2.2 地理信息系统

地理信息系统是重大植物疫情管理信息系统的重要组成部分。(1)有害生物信息，在该子系统中可以按照地区、作物以及有害生物等类型进行有害生物数据信息进行查询。并且能够在数据库中显示全部有害生物疫情信息，可以自定义有害生物的排序方式，自动生成表格后导出，方便查询和分析见图3。(2)有害生物分布图(图4)，通过绘制重大植物疫情有害生物分布图，能够为疫情的预警和防控提供可靠的参考，本系统能够绘制插值专题分布图和范围专题分布图。插值专题分布图设置有主菜单，可以对各种有害生物植物疫情发生率进行展示，在子菜单中可以对不同有害生物植物疫情的具体情况进行查看，根据选定的有害生物在植物上的发生平均值，绘制插值专题分布图，采用过渡色的方式，对有害生物疫情的严重程度情况进行表示。范围专题分布图同样设置有主菜单，可以对各种有害生物植物疫情发生范围进行展示，在子菜单中可以对不同有害生物植物疫情的具体范围进行查看，根据选定的有害生物在植物上发生的平均值，绘制范围专题分布图。(3)单日气象信息，以全国各气象站点为数据来源，绘制某区域某日的气象数据信息专题图[15]。例如单日温度插值专题图，在系统日气象数据主菜单中，可以选择需要查询地区某一日的气象数据信息，确定后系统会根据选择的日期绘制具体的气温插值专题图，同时在系统中会对气象站点的位置进行显示，方便对气温信息进行查询和核对，保证温度插值专题图信息的准确性和全面性。(4)平均气象信息，与单日气象信息类似，以月平均气温插值专题图为例，可以在系统主菜单上选择查询的年、月，系统会自动计算该区域本月的平均温度插值专题图[16]。(5)生态学分析，地理信息系统的生态学分析包括发生世代数、害虫可能分布范围以及温湿系数3方面。本系统利用昆虫生态学，实现对有害生物的世代数进行分析，并且能够采用不同颜色的方式进行可视化展示。本系统可以根据害虫能够忍受的环境条件，绘制不同类型害虫的分布范围，为植物疫情防控提供可靠支持。温湿系数能够对各个区域的气候条件进行比较，绘制温湿系数分布图，为防止有害生物影响植物安全提供可靠的参考。

图3 有害生物上报系统结构示意图

图4 有害生物分布图模块分析

2.3 诊断系统

准确地诊断重大植物疫情，对于提升重大植物疫情防范管理效果具有至关重要的作用。本系统的诊断系统，以安卓手机系统为基础创建智能诊断系统。其结构构架包括：(1)数据层，为了能够应对不同类型重大植物疫情的诊断需求，实现对重大植物疫情的准确诊断，本系统创建了SQLite数据库，该数据库能够对各种重大植物疫情的相关数据信息进行储存，并采用数据访问技术，实现对不同数据的各种操作，例如删除、更新以及查询等，显著提升手机APP的运行效率[17]。(2)服务层，该层包括MATLAB平台、安卓系统开发平台、工作流引擎、手机APP、组件服务以及面向对象的架构，通过安卓平台和SQLite数据库，创建重大植物疫情智能诊断系统手机APP。为了保证智能诊断系统的准确性，由相关领域专家对系统的诊断功能进行分析、评估和判断[18]。(3)应用层，该层主要根据用户的类型和实际需求，设置多元化的应用管理功能，针对区域用户，管理功能包括数据分析功能、数据应用功能、专家诊断功能、病虫害诊断功能、区域管理功能；
针对企业用户，管理功能包括数据分析功能、数据应用功能、专家诊断功能、病虫害诊断功能、企业管理功能等；
针对种植户，管理功能包括数据分析功能、数据应用功能、专家诊断功能、病虫害诊断功能、种植户管理功能等；
针对散户，管理功能包括专家诊断功能、病虫害诊断功能以及散户管理功能。(4)展示层，通过利用安卓手机能够实现动态人机交互，为重大植物疫情的诊断提供快捷、方便的交互界面，用户通过手机APP进行各种操作和管理，科研人员、植物疫情专家等通过本系统采集各种植物疫情的数据信息，研究和总结针对不同重大植物疫情的发生特点、解决方案等，其他用户通过手机APP获取最新、最有效的疫情处理方案，即本系统为重大植物疫情的解决提供了携带方便、查询简便的诊断和决策系统，通过各个用户的协作，快速将重大植物疫情解决。(5)用户层，本系统将用户分为区域用户、企业用户、种植户以及散户四种，并针对不同用户设置不同的功能，方便不同用户的操作和管理。智能诊断系统能够针对各种重大植物疫情的诊断和治理方法进行归纳和总结，例如大豆疫霉菌，可以采用甲霜灵、嘧菌酯、烯酰吗啉等进行防治；
红蜘蛛，可以采用诺普信尼满诺、金满枝、哒螨灵等进行防治；
黑斑病，可以采用百菌清、杜邦福星、石硫合剂等进行防治。

2.4 视频会议系统

重大植物疫情发生后，如果缺乏便捷、通畅的指挥系统，则会延误重大植物疫情防控的关键时机，导致疫情进一步扩大。因此，本系统设计了视频会议系统，视频会议系统的功能主要包括以下几个方面：(1)视频会议终端功能，包括音频功能和视频功能，音频方面支持众多音频标准，例如G.729、MP3等，支持音频输入和输出，能够实现音频的多样调节，例如控制噪音、抵消回声、唇音同步等；
视频方面支持众多视频格式，例如MOV、VOB、AVI、RMVB、MKV、XV等，支持视频输入和输出，能够实现视频的多样调节，例如识别视频信号、视频格式转换、内置画中画等。(2)多元接口功能，重大植物疫情管理工作需要多门共同参与和管理，为了方便不同部门和个人都能够参与到疫情视频管理会议，本系统设计了众多不同类型的接口，例如V.35接口、E1接口以及以太网接口等。本系统支持数据会议，并且可以同时接入200个会议终端，方便不同部门之间针对重大植物疫情的联合讨论、商议，通过多方的协作尽快将疫情解决，降低其造成的危害。(3)流媒体广播功能，本系统不仅支持会议直播，还具备流媒体组播功能和广播功能，对广域网、局域网的会议视频进行录像，在局域网上进行点播、回放等操作。(4)控制台功能，主要包括终端分组管理、终端视频和音频监控功能、综合管理控制以及网络综合配置管理等。

2.5 阻截系统

阻截管理系统的核心作用是分析重大植物疫情的数据信息，并制定阻截防控决策[19]。本系统的阻截系统结构包括：(1)数据管理子系统，主要功能是录入数据信息、查询数据信息、导出数据信息以及共享数据信息。(2)阻截管理子系统，该子系统的功能是对疫情数据信息进行综合分析，做好风险评估工作，制定疫情防控决策。(3)阻截技术信息子系统，该子系统主要功能包括系统技术管理、信息维护管理、备份管理等。(4)统计报表子系统，该子系统主要功能是对疫情数据信息进行统计，绘制统计报表，采用Excel表格的方式输出，方便查看。

福建省对重大植物疫情管理工作非常重视，尤其是大豆疫病在福建发生十分严重，已成为当地大豆的重要病害[20]。该病造成的产量损失一般为25%～50%，严重的可达80%以上，部分地块甚至绝收[21]。在福建厦门召开的全国农业植物检疫性有害生物联合监测与防控协作组会，对农业植物有害生物疫情的监测、防控、阻截等工作进行了详细的研究和科学的部署[22]。为了验证本系统的现实价值，以福建省大豆主产区——漳州和厦门大豆疫霉菌管理为例，通过监测预警系统对大豆疫霉菌的分布情况、病害情况等信息进行采集和分析，监测预警流程示意图如图5所示。

利用地理信息系统绘制大豆疫霉菌的专题图，进一步确定大豆疫霉菌的发病范围；
利用智能诊断系统，对大豆疫霉菌的病害特征等进行分析，确定大豆疫霉菌的群体结构动态规律，为大豆疫情的防控提供准确、可靠的决策信息，智能诊断系统的架构如图6所示。

通过利用视频会议系统能够及时对疫情防控工作进行开会商议和实时指导，尽可能降低疫情造成的损失。本系统的视频会议系统以H.320、H.323框架协议为基础，能够和省、市、县党政部门、植保部门等进行联网，各部门和人员通过本视频会议系统对重大植物疫情进行联合协商。福建省，厦门市和漳州市的植保部门、农业部门、种植企业、散户等进行讨论和交流，商议大豆霉菌的预防和控制方案，集合群策群力。利用阻截系统的阻截管理子系统，其执行流程如图7所示。

图5 监测预警流程示意图

图6 基于安卓手机系统为基础的智能诊断系统结构示意图

利用统计报表子系统，制定大豆疫霉菌的防治对策，为了保证防治对策的有效性，采用实验的方式对大豆疫霉菌的药物敏感性进行测定，选取2市3地各60株菌株，合计180株大豆疫霉菌(2018—2020年)，采用95%嘧菌酯、98%甲霜灵，在黑麦培养基、胡萝卜培养基中，对其药剂敏感性进行测定，结果如表1和表2所示。根据实验结果发现大豆疫霉菌的抗药性监测结果呈现无明显差异，但发生风险呈上升趋势。从而相应的对疫情防控方案进行科学的调整，通过实验和实践，98%甲霜灵能够有效地防治大豆疫病，值得广泛地推广和应用。

图7 阻截系统执行示意图

表1 菌株对98%甲霜灵的有效抑制中浓度结果表Tab. 1 Table of effective inhibitory concentration results of strains on 98% metalaxyl mg/L

表2 菌株对95%嘧菌酯的有效抑制中浓度结果表Tab. 2 Results table of effective inhibitory concentration of strains on 95% azoxystrobin mg/L

综上所述，目前重大植物疫情形势严峻，尤其是全球化贸易时代背景下，增加了我国重大疫情管理工作的难度，需要创建科学的重大植物疫情管理信息系统，以便于更好的应对新时代的挑战。

1) 在进行重大植物疫情管理信息系统设计时，需要遵循经济性、稳定性以及保密性原则，实现一种全新的，可升级，可扩展，可复用，可移植的信息管理系统结构。

2) 本文设计的重大植物疫情管理信息系统，主要由监测系统模块、地理信息系统模块、诊断系统模块、视频会议系统模块以及阻截系统模块等部分组成，各系统模块具备多元化的功能。

3) 本系统能够实现对重大植物疫情信息的全面采集、动态监控，实时显示疫情的动态情况，并为疫情决策的制定提供可靠参考，绘制Excel统计表格，既方便快捷，又能够降低人工工作量，并为其他区域类似重大植物疫情管理提供可靠的参考。

4) 基于福建省大豆疫霉菌疫情管理实践，充分利用本系统各子系统的功能，能够显著提高重大植物疫情防控水平，具有较高的推广价值。

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