實驗室植物病害標本信息管理系統(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)濟效益。植物病害是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的災害之一，也是一種十分嚴重的災害；因此，植物病害防治顯得尤為重要。植物病害標本是診斷植物病害的重要依據(jù)，如何使得植物病害標本資源得到有效共享，是目前需要解決的切實問題。目前，在新疆農(nóng)業(yè)大學的植物病理教學工作中，觀察植物病害標本是學生獲取植物學病理知識的重要方法和手段。經(jīng)過幾代師生的共同努力，農(nóng)學院和林學院等學院的標本室積累了大量的病害和病原菌標本。標本管理方法還是傳統(tǒng)的卡片記錄等方式，隨著標本數(shù)量的日益增多，標本的查詢和檢索越來越不方便，從而造成病害標本數(shù)據(jù)的利用率較低，無論是在科研還是在進一步的開發(fā)中都沒有產(chǎn)生應有的作用和效果。鑒于此，如何利用植物病害標本，使其更好地服務于科研或教學實踐，需要將豐富的標本原始資料整理轉(zhuǎn)化成易于存取的信息。以互聯(lián)網(wǎng)技術為依托，開發(fā)植物病害標本管理系統(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，不僅可以實現(xiàn)標本資源的有效共享，也有利于植物病害標本的永久保存，給科研或教學工作帶來了積極的推動作用。本系統(tǒng)采用Django框架作為開發(fā)平臺，開源的輕量級數(shù)據(jù)庫SQLite作為后端存儲，嘗試建立一套數(shù)據(jù)庫完整性強、安全性高的軟件系統(tǒng)，為校內(nèi)廣大科研、教學和基層工作者提供一套針對植物病害的有效防治信息平臺。

1關鍵技術

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強調(diào)代碼復用，多個組件可以很方便的以“插件”形式服務于整個框架，Django有許多功能強大的第三方插件，方便開發(fā)出自己的工具包，使得Django具有很強的可擴展性。Django還為用戶設計了完美的管理界面，簡便了系統(tǒng)的開發(fā)過程。

1.2MVT模式

Django采用MVT的架構模式，即模型M、視圖V和模板T。模型（Model）：數(shù)據(jù)存取層，負責處理與數(shù)據(jù)相關的所有事物，存取、驗證有效性、包含的行為以及數(shù)據(jù)之間的關系等；視圖（View）：業(yè)務邏輯層，負責存取模型和調(diào)取恰當模板，是模型與模板的橋梁；模板（Template）：表現(xiàn)層，負責處理與表現(xiàn)相關的決定，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頁面只負責顯示數(shù)據(jù)[1-3]。

2系統(tǒng)的需求分析和數(shù)據(jù)庫設計

2.1系統(tǒng)的需求分析

每一種植物病害標本都包含非常多的信息，為了滿足不同工作者對標本信息的不同需求，將病害標本做如下分類。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、化學和生物防治等技術措施。第七，采集信息。包括采集人、地點、日期以及保存地點[4-7]。

2.2數(shù)據(jù)庫的設計

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個數(shù)據(jù)表。標本類別表、標本信息表、標本圖片表以及用戶信息表。

3系統(tǒng)功能模塊的設計

3.1系統(tǒng)結構

該系統(tǒng)包含兩個主要界面，普通用戶檢索界面和管理員用戶后臺界面。普通用戶在檢索界面可以查詢所需病害信息并進行初步診斷；管理員通過后臺頁面進行數(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用戶是否合法的重要依據(jù)。植物病害標本信息管理系統(tǒng)使用登錄名和口令的身份驗證機制，輸人用戶名和密碼進入系統(tǒng)。通過設置用戶權限可以實現(xiàn)對系統(tǒng)后臺的管理。系統(tǒng)存在兩種用戶角色，管理員用戶和普通用戶。管理員用戶對整個系統(tǒng)具有完全控制的權限，包括病害標本類型的管理，病害標本的查詢、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限[8]。利用Django自帶的類庫生成一對密碼（生成密碼和核對密碼）對數(shù)據(jù)庫中的密碼進行加密和解密，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或多個關鍵詞，與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行精準匹配，檢索得出精確結果，如將輸入病害標本的中文名稱作為關鍵詞進行檢索，只檢索出該病害標本的信息。模糊查詢是指系統(tǒng)按照輸入關鍵詞的同義詞進行模糊檢索，得出較多的檢索結果，如將輸入寄主作為關鍵詞，會檢索出所有包含該寄主的信息。當檢索目標不是很明確時，使用模糊查詢可以快速檢索出相關信息[9]。

3.4標本類型模塊

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

3.5標本信息管理模塊

長期以來，植物病害標本的制作都是以保實物為主，如臘葉標本、浸泡標本、玻璃標本等。這類標本給人以看得見，摸得著的實體感，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)方法都無法反應癥狀的原貌，在制作過程中，標本的體驗顏色、質(zhì)地、形態(tài)都會發(fā)生變化，尤其是以霉狀物、粉狀物等為主要特征的標本更難保持原樣。實際上，有不少標本是無法保存實物的，例如一些體積過大的材料。標本在其保存的過程當中會逐漸褪色、發(fā)霉和蛀蟲等。因此，如何完整的保存植物病害標本信息，使得在植物病害時發(fā)揮作用，是植物病害標本管理系統(tǒng)的目的和關鍵所在[10-11]。標本信息管理模塊具有病害標本信息的錄入、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有效地維護該系統(tǒng)。植物病害標本管理系統(tǒng)將實物標本數(shù)字化、信息化，有效彌補了實物標本管理和長期保存的不足。

4系統(tǒng)的建設成效和不足

實驗室植物病害標本信息管理系統(tǒng)作為病害信息共享與交流平臺，為新疆農(nóng)業(yè)大學廣大師生了解和認識植物病害信息提供了方便快捷的途徑，提高了工作效率，實現(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本數(shù)據(jù)庫需要進一步豐富和完善，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本高清照片較少，不利于病害的診斷。

5結語

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

作者：王亞鵬 鄧鈰艦 徐長輝 蒲智 單位：新疆農(nóng)業(yè)大學計算機與信息工程學院