基于J2EE和Android的动物疾病辅助诊断平台设计与测试

陶思源 王海楠

第一作者简介：陶思源（1993-），男，兽医师。研究方向为畜牧兽医。

*通信作者：王海楠（1982-），男，畜牧师。研究方向为畜牧兽医。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.13.029

摘  要：该文以动物信息为基础，结合运用计算机知识、专家知识，利用基础数学计算技术，基于J2EE平台及Android系统设计兼具PC端及手机端的动物疾病辅助诊断平台。首先分析动物疾病诊断平台设计目标及结构功能需求，阐述数据库、推进机制设计、用户界面的设计方案，从开发工具与技术、平台框架结构、平台功能实现3方面探讨平台实现方法，通过功能测试及压力测试，得出PC端数据维护灵活便捷、诊断疾病便捷准确、手机端操作简单、响应快速和结果精准的测试结论，验证该动物疾病辅助诊断平台的优越性。

关键词：动物疾病；疾病诊断；专家系统；诊断平台；平台测试

中图分类号：TP393       文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）13-0120-04

Abstract： Based on animal information， combined with computer knowledge， expert knowledge and basic mathematical computing technology， based on J2EE platform and Android system， this paper designs an auxiliary diagnosis platform for animal diseases with both PC and mobile phone. Firstly， the design objectives and structural and functional requirements of the animal disease diagnosis platform are analyzed， and the design schemes of database， propulsion mechanism design and user interface are described. The implementation method of the platform is discussed from three aspects： development tools and technology， platform framework structure and platform function realization， through function test and stress test. It is concluded that the PC data maintenance is flexible and convenient， the diagnosis of diseases is convenient and accurate， the mobile phone is simple to operate， the response is fast， and the results are accurate， which verifies the superiority of this animal disease assistant diagnosis platform.

Keywords： animal diseases; disease diagnosis; expert system; diagnosis platform; platform testing

在动物疾病频繁发生的境况下，提高疾病诊断准确性能够有效控制动物疾病蔓延，从而保障动物养殖效益。而开发动物疾病诊断通用平台，可为基层养殖户自主诊断动物疾病，高效、正确实施疾病预防控制措施提供保障。此平台的建立需要整合专业兽医的临床经验及专业知识，模拟专家诊断疾病的思维，以先进系统及技术为支持，方能得出准确的诊断结论，实现辅助养殖户诊断动物疾病的目标。

1  动物疾病辅助诊断平台设计目标及结构功能需求

为打造实用型动物疾病辅助诊断系统，需要结合用户需求设定平台功能，应详细收集动物疾病相关信息资料，简化诊断疾病方法，构建动物疾病诊断推进模型及推理机制，然后分別基于J2EE及Android系统构建PC服务端及手机客户端2个平台[1]。PC端面向系统管理员、基层养殖户及兽医专家开放，不同应用主体的功能权限不一。而手机Android端主要由基层养殖户、兽医专家在网络环境下使用，可不受时空限制完成动物疾病诊断。平台应具备症状分类信息管理、症状信息管理、疾病信息管理、防治措施信息管理、动物疾病诊断分析和系统维护6大管理模块，并要具备一个系统设置模块及一个退出系统模块（图1）。结合实际需求，动物疾病辅助诊断平台应涵盖3部分基本结构，一是用于计算机与用户交互的用户界面，二是存储领域知识及专家提供数据的数据库，三是根据数据模拟专家思维，采用数学知识及程序算法计算分析诊断结果的推进机制。

图1  动物疾病辅助诊断平台结构示意图

2  基于J2EE和Android的动物疾病辅助诊断平台设计与实现

2.1  平台设计方案

2.1.1  数据库设计

1）领域知识获取与分析。采用人工获取方法，在本地动物医院、养殖场收集各类动物疾病信息，并与专业兽医人员展现面对面沟通交流，获取专家经验，了解专家疾病诊断思维，实地调查动物养殖场，获取大量动物疾病临床病例，结合其他动物疾病诊断系统，对动物疾病信息共同点进行分析。知识分析结果是通过归类分析动物疾病信息，并细化各个类别的子信息，同种症状与多个疾病相对应，且同一疾病也对应多个不同症状，而同种疾病及防治措施及治疗方法之间均是一一对应关系。动物疾病的症状识别要经过收集基本信息、分析表象特征、获取详细信息3个过程。而后根据识别出的症状判断疾病并选择防治措施及方法[2]。

2）设定数据库逻辑。动物疾病诊断平台的数据库逻辑如图2所示，通过图2可以了解数据库中各种表格的内在关系。数据库中，具有症状动态表、管理员信息、疾病动态表、症状分类信息、症状子分类信息、疾病信息、防治措施信息表和症状信息等多种表格，其中，有3个单独存在的表，分别是管理员信息、症状动态表、疾病动态表 。同一症状分类信息、同一症状子分类信息均与多个症状相对应，因而症状信息、症状分类信息均应与症状子分类信息呈现多对一关系。而症状与疾病之间相互映射且映射关系并不唯一，因而症状信息与疾病信息表之间属于多对多关系。疾病、防治措施则一一相对，所以疾病信息及防治措施信息表为一对一关系。

3）数据库分布表及基表设计。数据库的作用主要是存储各类信息，需要存储的内容较多，如原始专家知识与专家经验，用户自述病症，同时还可对平台运行过程中生成的诊断中间结果及最终信息进行保存。需要在计算机中安装数据库，数据库分布表包含6个项目，即数据库的编号、英文名、中文名、安装物理位置、数据库管理系統名称和系统版本号。基表主要设计为9种，分别是管理员信息、症状分类信息、症状子分类信息、症状信息、疾病信息、疾病与症状联系的中间信息表、防治措施信息表、症状动态表和疾病与分值动态表，这些基表均包含字段编号、英文字段名、中文字段名、字段类型和备注5部分内容，但各表的字段数量、名称、类型均不一致。如症状分类信息包含2个字段，分别是症状分类编号与症状分类名称，字段类型分别是Int与varchar（100），前者为主键，后者为非空（not null）。而症状信息表除了症状编号、症状名称外，还包含症状分类编号及症状子分类编号，二者的字段类型均是Int，并都是外键。症状信息表详见表1。

图2  动物疾病诊断平台的数据库逻辑结构示意图

表1  症状信息表

2.1.2  推进机制设计

诊断动物疾病时，兽医专家会亲临养场现场，对动物信息进行收集，必要情况下会通过体验或解剖获取症状信息，进而得出诊断结论。其诊断思维包含初步诊断、鉴别诊断2部分，推进、推理疾病时，需要先分析症状，再匹配疾病，最后综合判断。动物疾病诊断系统有混合推理法、正向推理法、负向推理法、模糊诊断推进法和BP神经网络推理法等多种策略[3]。本文提出的动物疾病诊断平台，是在混合推理法应用的基础上，结合运用数值诊断、症状诊断、剖检诊断和流行病等多个学科理论，实现专家经验向计算机可识别数值的转化，利用相对复杂的分值对疾病与症状间的关系进行描述，在条件录入后运用计算机分析数据，根据诊断数值的大小判断推理结果是否正确。动物疾病辅助诊断平台的推理机制构建包含5个步骤：一是建立表现分值，分值来源是专家经验或数据统计；二是数据归一处理，以计算机为支持，利用数学方法自动归一表现分值数据；三是确定推理方式，应用正向推理法，根据已知事实展开分析，结合输入的事实及表现分值，在计算机数值诊断算法支持下对比得出诊断结果；四是构建诊断算法，先确定诊断结果可能性，通过二元组集合的方式推断患有某种疾病的可能性；五是验证推断算法特例，利用计算机对比分析诊断结果及兽医专家诊断结果的一致性。

2.1.3  用户界面设计

动物疾病辅助诊断平台设计时，要求所设计的界面具有良好的人机交互功能，PC端的用户界面应设置菜单栏，用于导航定位，而Android端的界面字体要足够大，以提高用户查看便利性。还要确保界面设计美观，应分散图标，统一界面整体设计风格。PC端静态用户界面的设置，可利用HTML技术，通过CSS控制界面样式。而动态页面的设计需应用JSP技术，将JavaScript语言嵌入到JSP文件中后，用户可实现表单值提取、表单赋值等页面动态操作。页面更新时，以具有局部更新功能的Ajax技术为支持，与具有页面元素批量获取功能的jQuery技术联合应用，通过操作这些元素实现页面局部更新[4]。对于Android端，则利用XML文件布局，采用Layout布局方式，结合运用常用控件，完成手机端动物疾病辅助诊断平台的界面设计。

2.2  平台实现方式

2.2.1  开发工具与技术

采用J2EE架构体系构建动物疾病辅助诊断平台的PC端时，需要采用Windows系统，开发工具采用功能强大的企业级工作平台（MyEclipse），其是Eclipse开发工具的升级版，适用于多种开源产品。编程语言采用Java语言，此语言可对实体类进行定义并能重写方法，可提供Object Relative Mapping、Struts2等多个Web框架服务，可降低J2EE架构开发难度，加快编程效率。后台数据库及服务器分别选用迈克尔数据库（MySQL）及汤姆猫（Tomcat）服务器，前者为小型开源码软件，后者是轻量级、非收费开源应用服务器。而动物疾病辅助诊断平台的手机端以Android作为系统，开发平台采用的是Eclipse，编程语言仍采用Java，以PC端作为服务端，可对PC端的服务连接器进行访问，以确保手机端诊断平台各项功能的正常应用。

2.2.2  平台框架结构

动物疾病辅助诊断平台的PC端，采用的是MVC体系架构，此架构具有轻量级特征，是在J2EE基础上构建而成的。此架构具有视图层、控制层、模型层3个结构层次，视图层利用JSP技术、Ajax技术构建，控制层及模型层则分别采用Servlet及JavaBean进行处理[5]。PC端平台采用B/S架构，重要逻辑事务由服务器端承载，用户主要进行界面浏览与操作。此种架构维护升级较为便利，且应用安全、便捷。系统环境并不复杂，可在浏览器支持下实现各项操作。而手机Android端应以PC端作为服务器，之后采用封装工具类方式访问PC端的数据，用户可利用智能手机下载并启动动物疾病辅助诊断APP，可随时展开动物疾病诊断分析。动物疾病辅助诊断平台框架结构示意图如图3所示。

图3  动物疾病辅助诊断平台框架结构示意图

2.2.3  平台功能实现

1）登陆退出功能的实现。系统管理员登录界面时，先点击PC端浏览器，将IP地址输入后便可跳转至登录界面，然后需要输入用户名称及密码，点击确认后方可进入主页面。若用户名及密码输入不正确，系统会给出拒绝登录提示。兽医专家、基层养殖户等用户登录平台时，需要系统管理员提前将之添加为管理员，再赋予其用户名称及密码。系统管理员、兽医专家具有维护平台数据库权限，兽医专家及基层养殖户均可实施动物疾病诊断操作，然而基层养殖户不具备数据库删改权限。用户完成诊断后，应点击退出系统，以避免数据泄露问题。

2）数据维护功能的实现。系统管理员及兽医专家需要结合养殖户需求，按照平台要求，在数据库中录入已获取的动物信息、疾病症状及防治措施等相关信息。一是要存储症状表现、剖检变化及流行病学等症状分类信息；二是要添加季节、年龄等症状子分类信息；三是添加疾病信息，在后台数据库中添加疾病名称，再构建其与症状名称间的关系；四是防治措施，先选定疾病名称，将预防及治疗等防治措施相关信息添加到对应疾病之上。数据添加后可以实施删改、查询等操作。数据库中信息不对用户开放，可利用系统备份功能模块将信息转化为电子表格并存储于计算机后，用户方可查看[6]。

3）动物疾病诊断分析的实现。发现患病动物后，兽医专家及养殖户可在观察、剖检的基础上了解病畜症状，再于PC端诊断平台主界面上选择分析模块展开诊断分析，在诊断界面中一一选中症状，点击分析键，平台会以推理机制为基础进行诊断，并将诊断结果显示在界面右上方。再对诊断出的疾病名称进行点击，便可获取诊断表并查看对应的防治措施。利用手机端诊断动物疾病时，兽医专家及养殖户可在APP上录入用户名及密码，跳转至主界面后，在症状列表中筛选症状并点击诊断按钮便可开始诊断推理，系统给出诊断结果，点击生成的疾病后，可查看疾病预防与治疗措施表。手机端不具备数据维护功能，只能用于诊断动物疾病，其数据会在PC端数据增删后同步更新。

3  基于J2EE和Android的动物疾病辅助诊断平台测试分析

3.1  软件测试方法及内容

针对动物疾病辅助诊断平台的测试主要选用2种方法，一是功能测试，即结合设计要求对诊断平台功能模块的具体功能是否正常、数据展示是否完整、平台界面是否美观和操作过程是否方便进行检测。二是压力测试，需要以实际情况为依据测试诊断平台的性能，对多名用户同时在线操作时功能是否正常、操作响应速度是否快捷进行检测，并判断单用户批量处理数据的承载极限。

3.2  软件测试结果分析

通过对动物疾病辅助诊断平台进行测试发现，规定编译环境下，编译后源代码功能均可正常展现。软件部署完成后，编译、登录、数据输入和数据显示各环节均未出错，系统可以正常运行，无报错或瘫痪现象。诊断平台PC端用户界面美观、合理，与用户应用需求相契合，操作过程相对简便。增删数据后，数据库发生改变，用户界面显示也同步更新，诊断分析时显示的数据结果与需求标准相符，并且平台運行相对安全，多用户同时登录平台、单一用户实施批量化操作时，页面能够及时响应且操作执行较为顺畅，未出现系统瘫痪问题。联网情况下，手机Android端有多用户同时访问服务器时，页面也能快速响应，各项功能操作执行均无异常，得出的诊断结果较为准确、可靠。

4  结束语

在多种动物疾病类型、症状表现、防治信息获取的基础上，构建了具有多种动物信息存储功能的数据库，采用归一技术对数据进行归一处理后，利用得到的数值设计了动物疾病诊断推理机制，以正向推理方式为基础，量化分析疾病及症状间的关联，再通过数据运算对疾病可能性结果展开推断分析。本文设计的动物疾病辅助诊断平台，设置了以J2EE架构为基础的PC端及利用Android系统的手机端，PC端通用性强，具有数据库维护及疾病诊断功能，手机端可不受时间地点限制随时展开疾病查询诊断，操作更加便捷，在此平台支持下，可为动物疾病快捷诊断与有效防治提供支持。

参考文献：

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