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摘要 通过运用计算机对昆虫特征描述、图像采集和计数技术，研究设计基于Android的佳木斯市昆虫识别计数APP，该APP可为人们提供昆虫检索和识别服务，同时可针对农田虫害暴发起到监测作用。
关键词 昆虫识别；监测虫害；检索计数APP
中图分类号 S126 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）29-0176-04
Abstract Through the use of computers for insect characterization， image collection and counting techniques， design insect identification counting APP for Jiamusi based on the Android. The APP provides search and recognition services for the people， and can also be used to monitor the outbreak of farmland pests.
Key words Insect identification；Monitoring pests；Retrieval count APP
昆虫是动物界种类最多、数量最大的动物，对农业生产和人类健康造成重大影响[1]。昆虫的鉴定与识别是认识与研究昆虫的基础。而国内外昆虫的识别主要依靠相关研究人员和专家的鉴定，或者通过专业书籍的查询来确定。这种方法不仅劳动强度大，且及时性低。
随着计算机技术的快速发展，自动识别技术从20世纪中期开始进入人们的视野，经过指纹识别到人脸识别，直至20世纪90年代自动识别技术日益成熟，其中包括从不同方面进行昆虫自动识别。模板匹配方法是通过专业人员绘制的模板与想要搜索的图像进行相关性识别，识别的基础在于昆虫部位模型建立，再通过和标本图像的坐标进行相异度比较，最后两者差别越小的是该品种可能性越大。对于形态学识别方法，它先将昆虫图像数字化，运用积分几何或者几何形态方法测量，对数据库昆虫各形态数值进行对比，分析相同或相近的数值最终得出结论。还有基于系统学识别方法、基于机器学习的方法或几种方法混合等。在数据库建立方面，數据样本越多，要进行查询对比的数据就越多，花费的时间越长，对处理器的要求也越高，所以通过分层数据库的建立可以很好地解决此类问题，在昆虫方面，先对昆虫进行目、科、属的分类分层，会更快地找到目标昆虫[2-4]。
目前，昆虫识别计数技术得到了国内外越来越多的关注，美国、日本等国家昆虫识别APP的制作较为详细，但因昆虫在不同地域种类有很大差别，适用范围不大。国内现有昆虫识别软件较少，应用较广泛的是百度的图片识别。相关电子昆虫检索系统仍处在起步阶段，需要对昆虫识别数据库进一步完善，综合运用识别技术，开发快速简单实用的识别操作系统，使一些对昆虫感兴趣的非专业人员认识身边的昆虫，提高昆虫科普水平，也对农业虫害的预警起到辅助检测作用。
1 设计概述
1.1 昆虫识别计数APP概述 佳木斯市昆虫识别计数APP是可以使用户通过选择昆虫的形态特征来进行昆虫识别，并且通过图片输入，识别相同外部形态的昆虫达到计数目的的一款基于Android系统手机移动应用软件。通过简单的指引性操作，即使是非专业人员，也可以方便快捷地认识身边的昆虫。当碰到未知昆虫且未来得及拍照时，可以打开APP界面，通过选择昆虫的形态特征，如昆虫的颜色、翅膀类型等，筛选出与之对应的昆虫；如果有该未知昆虫的图片，上传图片即可筛选出相同或类似的昆虫。该APP还可以通过输入想要了解的昆虫的中文名称，获得昆虫的详细资料，系统有效地获取信息。对于感兴趣的昆虫还可以上传至微信朋友圈，促进交流。APP中的计数功能在农业田间应用广泛，使用该APP可以对田间突增害虫起到提示和预警作用。
1.2 研究对象 该APP 数据库筛选出80种佳木斯市常见的或者有明显形态特征的昆虫，如蜜蜂、蚂蚁、蝶类等，编辑其详细生活史及清晰图片，供大家搜索查阅。
1.3 分类依据 对于APP所选取的昆虫对象，有2～3处明显的生物学特征，方便用户检索的同时也提高检索的正确率。而对于昆虫生物学特征是从整体到局部的划分，例如先整体区分昆虫的颜色和大小，有没有翅膀，再局部地区分昆虫的头（胸、腹、翅膀）的形状、花纹、颜色等，将这些分好类的数据详细地存储到数据库中，通过层层筛选确定最终符合的昆虫。通过对佳木斯市样地实地考察，采样拍照记录数据，配合专业书籍对比分析，进行数据库的填充，从而提高最终识别结果的可信度。对于比较难分辨的昆虫，将在后期完善。
1.4 需求分析 传统的昆虫鉴别需要有经验或专业人员，昆虫分类耗时耗力，效率低并且环境艰苦，使其难度增加。运用该APP，可以使没有昆虫基础，但需要知道昆虫种类或感兴趣的人员快速识别昆虫。在预防虫害方面可以通过计数功能实现田间虫害预测，方便快捷，适用人群广泛。
2 佳木斯市昆虫识别计数APP
2.1 信息构架 APP 的基本架构是Android客户端和服务器端。Android客户端的用户可以通过用户界面注册进入程序。它包括保险层和业务层，通过Android客户端数据的SQLite输入和服务器端数据交互，最终呈现在UI界面上。服务器端包括数据库层和业务逻辑层，其中数据库层汇集鳞翅目、鞘翅目、膜翅目的昆虫整体照片和局部特征照片。业务逻辑层是通过Android客户端数据输入请求，链接SQLite数据库进行查询，并把结果返回给客户端。对于APP中的计数功能，通过输入昆虫照片的数字处理，将昆虫进行二值化处理识别昆虫的形态特征，锁定同一种昆虫来进行流域分割，联通区域标记进行计数[5-8]（图1）。 2.2 主要功能 佳木斯市昆虫识别计数APP功能结构如图2所示。用户通过点击佳木斯市昆虫识别计数APP图标，打开APP界面，界面中包含“登陆”和“注册” 2个按钮（图3）。首次登陆的用户，进行用户基本信息（包括用户名、用户密码、手机号验证码等）的注册后（图4）即可登录进入用户界面（图5）。登陆成功后，出现昆虫检索、昆虫识别和昆虫计数3个主要功能的一级界面（图6）。点击昆虫检索按钮，可以进入检索昆虫的二级界面，通过输入昆虫名称来搜索相关昆虫信息（图7）。点击昆虫识别按钮可以进入选择昆虫特征的二级界面（图8、9），通过图片对比或者一步步选择来最终確定要查询的昆虫信息（图10）。点击昆虫计数可以通过输入图片获得昆虫数量。
3 结语
在当今不可逆转的信息化潮流下，不同学科的相互合作完善是完成昆虫识别计数APP的关键。佳木斯市昆虫识别计数APP在可供方便快捷地识别昆虫的同时，也为广大昆虫爱好者提供了学习交流平台。在害虫防控方面，通过识别害虫种类，运用计数功能，为监测农业害虫信息和害虫预测预报提供了技术支持。实现了由繁琐的传统昆虫检索模式转变为简便迅捷的昆虫检索模式的巨大进步。随着我国人民经济水平的提高，对生活环境绿化需求日益加大，国家越来越重视生态文明的建设，把人民美好生活作为奋斗目标，人们对身边的环境也越来越关注，对周边环境的昆虫认知有一定的需求，佳木斯昆虫识别计数APP可以让人们轻松快捷地了解感兴趣的昆虫。
参考文献
[1] 陈瑜，马春森.气候变暖对昆虫影响研究进展[J].生态学报，2010，30（8）：2159-2172.
[2] 付鹏，裘正定.生物特征识别技术及相关问题综述[J].计算机安全，2003（25）：27-30.
[3] 赵汗青，沈佐锐，于新文.数学形态特征应用于昆虫自动鉴别的研究[J].中国农业大学学报，2002，7（3）：38-42.
[4] 卢亚玲.基于图像处理的粮虫自动计数系统的研究[J].微计算机信息，2007，23（24）：311-312.
[5] 姚青，吕军，杨保军，等.基于图像的昆虫自动识别与计数研究进展[J].中国农业科学，2011，44（14）：2886-2899.
[6] 张建伟.基于计算机视觉技术的蝴蝶自动识别研究[D].北京：中国农业大学，2006.
[7] 张恒博.基于内容的图像数据库检索的技术研究[D].大连：大连理工大学，2008.
[8] 王冠宇，关永，赵冬生.JAVA在SQLite 嵌入式数据库中的应用[J].微计算机信息，2006（2）：94-95，226.
关键词 昆虫识别；监测虫害；检索计数APP
中图分类号 S126 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）29-0176-04
Abstract Through the use of computers for insect characterization， image collection and counting techniques， design insect identification counting APP for Jiamusi based on the Android. The APP provides search and recognition services for the people， and can also be used to monitor the outbreak of farmland pests.
Key words Insect identification；Monitoring pests；Retrieval count APP
昆虫是动物界种类最多、数量最大的动物，对农业生产和人类健康造成重大影响[1]。昆虫的鉴定与识别是认识与研究昆虫的基础。而国内外昆虫的识别主要依靠相关研究人员和专家的鉴定，或者通过专业书籍的查询来确定。这种方法不仅劳动强度大，且及时性低。
随着计算机技术的快速发展，自动识别技术从20世纪中期开始进入人们的视野，经过指纹识别到人脸识别，直至20世纪90年代自动识别技术日益成熟，其中包括从不同方面进行昆虫自动识别。模板匹配方法是通过专业人员绘制的模板与想要搜索的图像进行相关性识别，识别的基础在于昆虫部位模型建立，再通过和标本图像的坐标进行相异度比较，最后两者差别越小的是该品种可能性越大。对于形态学识别方法，它先将昆虫图像数字化，运用积分几何或者几何形态方法测量，对数据库昆虫各形态数值进行对比，分析相同或相近的数值最终得出结论。还有基于系统学识别方法、基于机器学习的方法或几种方法混合等。在数据库建立方面，數据样本越多，要进行查询对比的数据就越多，花费的时间越长，对处理器的要求也越高，所以通过分层数据库的建立可以很好地解决此类问题，在昆虫方面，先对昆虫进行目、科、属的分类分层，会更快地找到目标昆虫[2-4]。
目前，昆虫识别计数技术得到了国内外越来越多的关注，美国、日本等国家昆虫识别APP的制作较为详细，但因昆虫在不同地域种类有很大差别，适用范围不大。国内现有昆虫识别软件较少，应用较广泛的是百度的图片识别。相关电子昆虫检索系统仍处在起步阶段，需要对昆虫识别数据库进一步完善，综合运用识别技术，开发快速简单实用的识别操作系统，使一些对昆虫感兴趣的非专业人员认识身边的昆虫，提高昆虫科普水平，也对农业虫害的预警起到辅助检测作用。
1 设计概述
1.1 昆虫识别计数APP概述 佳木斯市昆虫识别计数APP是可以使用户通过选择昆虫的形态特征来进行昆虫识别，并且通过图片输入，识别相同外部形态的昆虫达到计数目的的一款基于Android系统手机移动应用软件。通过简单的指引性操作，即使是非专业人员，也可以方便快捷地认识身边的昆虫。当碰到未知昆虫且未来得及拍照时，可以打开APP界面，通过选择昆虫的形态特征，如昆虫的颜色、翅膀类型等，筛选出与之对应的昆虫；如果有该未知昆虫的图片，上传图片即可筛选出相同或类似的昆虫。该APP还可以通过输入想要了解的昆虫的中文名称，获得昆虫的详细资料，系统有效地获取信息。对于感兴趣的昆虫还可以上传至微信朋友圈，促进交流。APP中的计数功能在农业田间应用广泛，使用该APP可以对田间突增害虫起到提示和预警作用。
1.2 研究对象 该APP 数据库筛选出80种佳木斯市常见的或者有明显形态特征的昆虫，如蜜蜂、蚂蚁、蝶类等，编辑其详细生活史及清晰图片，供大家搜索查阅。
1.3 分类依据 对于APP所选取的昆虫对象，有2～3处明显的生物学特征，方便用户检索的同时也提高检索的正确率。而对于昆虫生物学特征是从整体到局部的划分，例如先整体区分昆虫的颜色和大小，有没有翅膀，再局部地区分昆虫的头（胸、腹、翅膀）的形状、花纹、颜色等，将这些分好类的数据详细地存储到数据库中，通过层层筛选确定最终符合的昆虫。通过对佳木斯市样地实地考察，采样拍照记录数据，配合专业书籍对比分析，进行数据库的填充，从而提高最终识别结果的可信度。对于比较难分辨的昆虫，将在后期完善。
1.4 需求分析 传统的昆虫鉴别需要有经验或专业人员，昆虫分类耗时耗力，效率低并且环境艰苦，使其难度增加。运用该APP，可以使没有昆虫基础，但需要知道昆虫种类或感兴趣的人员快速识别昆虫。在预防虫害方面可以通过计数功能实现田间虫害预测，方便快捷，适用人群广泛。
2 佳木斯市昆虫识别计数APP
2.1 信息构架 APP 的基本架构是Android客户端和服务器端。Android客户端的用户可以通过用户界面注册进入程序。它包括保险层和业务层，通过Android客户端数据的SQLite输入和服务器端数据交互，最终呈现在UI界面上。服务器端包括数据库层和业务逻辑层，其中数据库层汇集鳞翅目、鞘翅目、膜翅目的昆虫整体照片和局部特征照片。业务逻辑层是通过Android客户端数据输入请求，链接SQLite数据库进行查询，并把结果返回给客户端。对于APP中的计数功能，通过输入昆虫照片的数字处理，将昆虫进行二值化处理识别昆虫的形态特征，锁定同一种昆虫来进行流域分割，联通区域标记进行计数[5-8]（图1）。 2.2 主要功能 佳木斯市昆虫识别计数APP功能结构如图2所示。用户通过点击佳木斯市昆虫识别计数APP图标，打开APP界面，界面中包含“登陆”和“注册” 2个按钮（图3）。首次登陆的用户，进行用户基本信息（包括用户名、用户密码、手机号验证码等）的注册后（图4）即可登录进入用户界面（图5）。登陆成功后，出现昆虫检索、昆虫识别和昆虫计数3个主要功能的一级界面（图6）。点击昆虫检索按钮，可以进入检索昆虫的二级界面，通过输入昆虫名称来搜索相关昆虫信息（图7）。点击昆虫识别按钮可以进入选择昆虫特征的二级界面（图8、9），通过图片对比或者一步步选择来最终確定要查询的昆虫信息（图10）。点击昆虫计数可以通过输入图片获得昆虫数量。
3 结语
在当今不可逆转的信息化潮流下，不同学科的相互合作完善是完成昆虫识别计数APP的关键。佳木斯市昆虫识别计数APP在可供方便快捷地识别昆虫的同时，也为广大昆虫爱好者提供了学习交流平台。在害虫防控方面，通过识别害虫种类，运用计数功能，为监测农业害虫信息和害虫预测预报提供了技术支持。实现了由繁琐的传统昆虫检索模式转变为简便迅捷的昆虫检索模式的巨大进步。随着我国人民经济水平的提高，对生活环境绿化需求日益加大，国家越来越重视生态文明的建设，把人民美好生活作为奋斗目标，人们对身边的环境也越来越关注，对周边环境的昆虫认知有一定的需求，佳木斯昆虫识别计数APP可以让人们轻松快捷地了解感兴趣的昆虫。
参考文献
[1] 陈瑜，马春森.气候变暖对昆虫影响研究进展[J].生态学报，2010，30（8）：2159-2172.
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[8] 王冠宇，关永，赵冬生.JAVA在SQLite 嵌入式数据库中的应用[J].微计算机信息，2006（2）：94-95，226.