植物辨识交互系统的设计及实现

0 引 言

植物是地球上所有生命的中坚力量，也是重要的资源。地球上有超过 40 万种植物，各种物种间又密切相似，人工识别植物的过程较为困难，有时产生的结果可能会令人困惑，稍有差错，甚至可能认错有毒植物而造成人员伤亡 [1]。虽然识别过程较为困难，但植物的根、茎、叶等部位在各个季节都容易获得，因此可通过足够的可见特征来辨识它们各自的类别。针对上述问题，本文开发了植物辨识交互系统，使用植物特征来辨识植物所属物种，基于关键信息搜索、筛选识别该植物物种，有利于减少误食有毒野菜或药材造成的人员伤亡，普及植物基本常识 [2-3]。

1 系统设计

1.1 系统体系设计

植物辨识交互系统采用 B/S 结构，层次之间只与本层直接相连的层通信，不与本层直接相连的其他层则不进行交互，在保证系统相对独立的同时，还能为后续扩展提供便利。通过构建植物辨识交互系统的数据库信息 [4]，实现植物识别、养生指导和野外互动等功能。

1.2 系统功能设计

植物辨识交互系统主要包括用户信息管理、植物识别、野外互动与植物信息管理四个功能模块，具体如图 1所示

（1）用户信息管理模块。对用户信息进行录入（增加新项）、删除、编辑（对已有信息进行修改）、查询等。用户登录到该系统可进行个人信息管理，如可查看积分、修改密码、充值积分等。

（2）植物识别模块。用户根据已知的植物特征，在系统给出的特征选项中选择相应的特征（以图片形式展现），用户确认提交后跳转到结果界面显示结果。当选择自动识别功能时，提示用户使用手机拍照并提交需要识别的植物，上传后由人工识别并将识别结果反馈给用户。由于识别结果可能有多种，单屏幕无法较好地展示，因此筛选后的结果只将植物的缩略图排列出来，用户可选择查看其详细信息（包括植物信息与该植物位置共享）加以认证、区别。

（3）野外互动模块。所在地附近药材植物的位置信息会显示到地图上，根据显示的信息进入地图附近的植物地点或药材位置 ；也可输入要找的植物名称，在地图中显示发现地位置，通过发现历史地点进入到其对应的药材所在位置。同时，系统还给用户提供养生指导，用户可在搜索框中输入植物名称、病症、药效、处方等信息检索对应的草药信息。

（4）植物信息管理模块。对植物信息进行增加、查询、删除与修改等管理功能。

2 系统实现

2.1 数据库框架的搭建

数据库包含植物信息管理表、位置坐标数据表及用户信息管理表等。其中，植物信息管理表是系统数据库的重要组成部分，主要收录每种植物的名称、生态分布、药效、采集加工以及现状特征等基础信息数据 [5]，具体见表 1 所列。位置坐标数据表则主要向用户展示植物生长的区域，根据植物编号进行关联，通过经纬度数据将植物所处地理位置标记在地图上，具体见表 2 所列。用户信息管理表包括用户编号、手机号、密码及积分信息等，具体见表 3 所列。其中，用户手机号也是用户账号的唯一标识。

2.2 系统开发技术

本文系统采用 B/S 结构与 SSM[6]（Spring SpringMVC Mybatis[7]）框架，开发环境为 Windows 7 操作系统，编程语言以 Java 语言为主，基于 Eclipse 功能强大的 Java IDE 进行开发。整个系统分为接入层、展现层、应用层、支撑层与基础层五层。接入层由管理员与用户组成，提供访问功能 ；展现层是系统内容的展示区域，确保展示信息的完整性 ；应用层是支撑管理系统进行数据处理的核心部分 ；支撑层主要包括元数据管理、用户身份认证、植物信息管理、调度协议及参数管理等应用服务 ；基础层则由网络设施、操作系统、外部硬件与媒体驱动等共同构成基础的运行环境。

3 系统界面

本文系统页面主要分为植物识别、植物信息管理、野外互动、用户管理等。其中，植物识别模块包括手动识别与自动识别 ；野外互动模块包括养生指导、所在地查询、历史发现地点等。

3.1 植物识别功能

用户根据植物的基本特征（如根、茎和叶等），在系统中选择相应的特征数据提交，系统会根据用户提供的植物特征进行识别 [8]，并将匹配结果传输到显示界面。由于植物的某些特征大致相似，识别结果可能有多种，系统优先展示匹配度较高的植物，对匹配度较低的则给出该植物的缩略图。若给出的结果与真实植物有差别，用户可从匹配度较低的植物缩略图中重新查找该植物。通过特征相似匹配出来的结果提高了植物识别的准确度，也可扩展用户对该类植物的了解并加以区分。植物查询与展示如图 2 所示。

3.2 野外互动

（1）养生指导。根据用户输入的关键词（按名称、病症、药效、处方等功能）进行不同需求的检索。

（2）所在地查询。所在地查询通过百度地图呈现，根据用户所在位置查询该中草药及野菜分布的地理位置，有利于用户了解其生长环境，也便于种植户对其进行管理与种植，提高中草药及野菜的采集与培养知识。

（3）历史发现地点。用户通过输入要找的植物名称，点击历史发现地进行相关信息搜索，地图中即可显示该植物曾经出现过的位置与信息。位置查询如图 3 所示。

4 结 语

本文针对人工识别植物较为困难的问题，开发了植物辨识交互系统，实现了植物识别、养生指导、野外互动等功能，能够辅助用户对野菜及中草药等植物进行辨识与查询，有利于普及植物基本常识，减少误食有毒野菜或药材造成的人员伤亡，具有较大的实用价值。