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1專家系統(tǒng)的發(fā)展

1.1產(chǎn)生階段(1965年~1971年)

1956年人工智能產(chǎn)生,為專家系統(tǒng)的誕生奠定了基礎(chǔ)。1965年~1968年美國Stanford大學(xué)計(jì)算機(jī)系Feigenbaum等人根據(jù)化合物的分子式及其質(zhì)譜數(shù)據(jù),研制出幫助化學(xué)家推斷分子結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)DENDRAL,獲得極大的成功。該系統(tǒng)解決問題的能力已達(dá)到專家水平,在某些方面甚至超過同行領(lǐng)域的化學(xué)家。這標(biāo)志著人工智能的一個(gè)新的研究領(lǐng)域—專家系統(tǒng)的產(chǎn)生。

1.2成熟階段(1972年~1977年)

這一時(shí)期專家系統(tǒng)的觀點(diǎn)逐漸被人們廣泛接受,從而先后出現(xiàn)了一批卓有成效的專家系統(tǒng),典型代表是1974年E.H.Shortliffe等人研制的用于治療感染性疾病的MYCIN系統(tǒng)。在此期間,知識(shí)組織形式、系統(tǒng)的人機(jī)接口、解釋機(jī)制、知識(shí)的獲取、不確定性推理等技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展和成熟。

1.3發(fā)展階段(1978年以后)

這一時(shí)期專家系統(tǒng)滲透到了非常廣泛的領(lǐng)域。第一個(gè)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)在美國的伊利諾斯大學(xué)誕生,我國的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究起步較晚,但發(fā)展較快。自80年代也開始了農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究。

2專家系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用概況

2.1專家系統(tǒng)在國外農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

在國外,農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)研究始于20世紀(jì)60年代,初期它僅僅是由農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理程序構(gòu)成。60年代中期,美國斯坦福大學(xué)Feigen-baum等人研制了第一個(gè)專家系統(tǒng)。從此,人工智能專家系統(tǒng)發(fā)展起來,并迅速滲透到各個(gè)領(lǐng)域,在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用更是方興未艾。此類專家系統(tǒng)的研制和應(yīng)用已成為高新技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成功實(shí)例。比較有名的專家系統(tǒng)有:PLANT/ds、ICCS等,涉及多種作物的病蟲害診斷、預(yù)測(cè)與管理、施肥、防御低溫冷害等,一般用于解決帶有經(jīng)驗(yàn)性的定性問題。作物模擬模型在荷蘭和美國創(chuàng)立,而園藝作物模型出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代末80年代初,作物模擬模型與農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究和應(yīng)用表明了農(nóng)業(yè)科學(xué)開始進(jìn)入計(jì)算機(jī)信息時(shí)代。80年代,出現(xiàn)了以農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)為主進(jìn)而與作物模型、GIS等相結(jié)合向深度發(fā)展的趨勢(shì),并大面積應(yīng)用于生產(chǎn)。較為典型的有美國棉花管理專家系統(tǒng)Cotton++、APSIM等。90年代以來,農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、作物模型,3S技術(shù)之間的集成已成為信息技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一,印度、加拿大等將AE-GIS/Win與RS、模型、專家系統(tǒng)等結(jié)合進(jìn)行干旱地區(qū)決策、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式等領(lǐng)域的深層次決策支持系統(tǒng)研究與應(yīng)用。

2.2專家系統(tǒng)在我國農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)80年代初,國家科技部曾明確提出:“以農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)為突破口,發(fā)展我國的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)”。早在1985年由中國科學(xué)院人工智能所開發(fā)的“砂姜黑土小麥?zhǔn)┓蕦＜易稍兿到y(tǒng)”在安徽省淮北平原得到很好的推廣應(yīng)用。此后,“七五”、“八五”期間,國家科委、農(nóng)業(yè)部先后支持了一些作物專家系統(tǒng)及其工具、作物生長(zhǎng)發(fā)育模型、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)等的開發(fā),并取得了一些重要成果,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理中發(fā)揮了重要作用,有些成果已達(dá)到了國際前沿水平。如中國科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所采用先進(jìn)的知識(shí)工程方法,與各類農(nóng)業(yè)專家緊密結(jié)合,開展了農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的廣泛研究和應(yīng)用,研制了小麥、棉花、番茄等作物的田間管理、施肥和病蟲害防治等專家系統(tǒng),并開發(fā)了可以由農(nóng)技人員直接使用的各種專家系統(tǒng)工具。這些系統(tǒng)能模仿農(nóng)業(yè)專家推理并給出決策咨詢,部分代替農(nóng)業(yè)專家走向田間地頭,進(jìn)入農(nóng)家,對(duì)于提高農(nóng)民素質(zhì),促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

自1992年開始,國家“863計(jì)劃”智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主題組織了農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研制與應(yīng)用推廣工作,以農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)為代表的智能化管理系統(tǒng)形成了成熟的技術(shù),北京市農(nóng)林科學(xué)院等科研單位均研制出了各具特色的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái),得到不同程度的應(yīng)用和推廣。在此基礎(chǔ)上,科技部、國家863計(jì)劃306主題專家組與地方政府合作,“九五”期間國家863計(jì)劃專門設(shè)立了智能化農(nóng)業(yè)信息應(yīng)用主題,重點(diǎn)對(duì)水稻、小麥、玉米、棉花等作物的引種與良種推薦、合理施肥、節(jié)水灌溉、病蟲草害綜合防治、綜合栽培調(diào)控的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)及工具進(jìn)行研究、開發(fā)和示范,取得了較好的效果。在北京、吉林、安徽、云南建立了四個(gè)智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用示范區(qū),示范工作通過研制開發(fā)各類農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng),對(duì)生產(chǎn)技術(shù)和高新技術(shù)成果進(jìn)行綜合集成,及時(shí)有效的傳播給農(nóng)民和干部,指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn),提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。目前,農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究開發(fā)已涉及到農(nóng)作物生產(chǎn)管理、畜禽飼養(yǎng)、森林保護(hù)、市場(chǎng)管理和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)分析等多種領(lǐng)域,農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用能夠以有效的方式指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

我國第一個(gè)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)是由中國科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所開發(fā)成功的施肥咨詢專家系統(tǒng)?！捌呶濉敝痢鞍宋濉逼陂g,中科院合肥智能研究所研制了《施肥專家系統(tǒng)》,中國農(nóng)科院作物所完成了《小麥、玉米新品種選育的專家系統(tǒng)》,植保所開發(fā)了《粘蟲測(cè)報(bào)專家系統(tǒng)》等。這些系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益,基本上代表了我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的水平。北京農(nóng)科院于“八五”期間開發(fā)的《小麥管理專家系統(tǒng)ES-MCW》體現(xiàn)了我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的最新進(jìn)展。該系統(tǒng)是在分析處理近100萬個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和500多條知識(shí)的基礎(chǔ)上建立起來的基于模型的專家系統(tǒng),具有氣象條件預(yù)測(cè)、生長(zhǎng)發(fā)育模擬預(yù)測(cè)、管理決策咨詢、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊、系統(tǒng)維護(hù)、結(jié)果輸出等六個(gè)功能,于1990~1992年在北京昌平區(qū)試用,小麥單產(chǎn)明顯提高,產(chǎn)投比提高8~10%。我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用雖起步較晚,但發(fā)展較快,應(yīng)用范圍也較廣泛,涉及到作物栽培、新品種培育、病蟲害防治、生產(chǎn)管理、節(jié)水灌溉、農(nóng)產(chǎn)品評(píng)價(jià)等方面。

20世紀(jì)80年代初,我國開始將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于溫室管理和控制。“九五”國家重大科技項(xiàng)目“工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程”加大了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的力度。

3目前我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)存在的問題

3.1農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的水平參差不齊,綜合性水平偏低

雖然自1985年以來,我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)有了較大發(fā)展,但與世界先進(jìn)水平相比,無論在技術(shù)上還是在應(yīng)用效果上都有很大的差距?，F(xiàn)有的系統(tǒng)在質(zhì)量和水平上也存在較大的差異,有些所謂“專家系統(tǒng)”缺少知識(shí)庫和推理機(jī)這兩個(gè)專家系統(tǒng)的核心部分,名不符實(shí)。大多數(shù)專家系統(tǒng)只是針對(duì)作物生產(chǎn)的某一側(cè)面開發(fā)的,缺乏對(duì)作物各個(gè)生產(chǎn)階段,各個(gè)方面的有機(jī)聯(lián)系和統(tǒng)籌考慮,而是即生產(chǎn)者需要的是綜合信息服務(wù),只有提高綜合性水平,才能真正解決農(nóng)民的實(shí)際問題。

3.2農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的性能較差,達(dá)不到“專家”的要求

專家系統(tǒng)是一個(gè)能在特定領(lǐng)域內(nèi),以人類專家的水平去解決該領(lǐng)域中困難問題的計(jì)算機(jī)程序,這表明,專家系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是高性能。而專家系統(tǒng)的性能水平主要是它擁有的知識(shí)數(shù)量和質(zhì)量的函數(shù)。對(duì)于農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)來說,其知識(shí)庫中擁有的知識(shí)越多,質(zhì)量越高,解決問題的能力也就越強(qiáng)。目前我國開發(fā)的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)中,知識(shí)的數(shù)量較少,質(zhì)量較差,大多只是常識(shí)和基本原理知識(shí),缺乏啟發(fā)性知識(shí)和真正的專家知識(shí)。另外,還存在著知識(shí)獲取困難,知識(shí)存儲(chǔ)方式落后等問題。

3.3農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)脫節(jié)

應(yīng)用與開發(fā)脫節(jié)是我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)應(yīng)用中存在的一個(gè)主要問題,一些農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)只強(qiáng)調(diào)應(yīng)用,缺乏進(jìn)行二次開發(fā)所需的專家系統(tǒng)開發(fā)工具,使用者無法根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況創(chuàng)建知識(shí)庫和模型庫。即使提供了系統(tǒng)開發(fā)工具,由于沒有充分考慮作物生產(chǎn)的不確定性,再加上缺乏多年積累的作物生長(zhǎng)發(fā)育并與之實(shí)時(shí)的環(huán)境參數(shù)資料,是專家系統(tǒng)在推理過程中受到諸多因素的限制,從而制約了專家系統(tǒng)在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用。

3.4農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)在技術(shù)方面的障礙突出

專家系統(tǒng)在開發(fā)技術(shù)上主要有四方面的障礙:一是知識(shí)的不完備性與脆弱性,只停留在科學(xué)性知識(shí)的介紹,其先進(jìn)性和實(shí)用性不高;二是知識(shí)表示缺乏靈活性;三是推理方法的單一性和呆板性;四是系統(tǒng)的學(xué)習(xí)功能差或不具備學(xué)習(xí)功能。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)在這些方面的表現(xiàn)更為突出,使得許多農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的應(yīng)用達(dá)不到預(yù)期的效果。

3.5農(nóng)村計(jì)算機(jī)水平限制了農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)要充分發(fā)揮作用,農(nóng)村計(jì)算機(jī)普及應(yīng)用是非常重要的一個(gè)方面。目前,我國農(nóng)村計(jì)算機(jī)普及率很低,在中國上千萬網(wǎng)民中,農(nóng)民所占的比例較小。農(nóng)民學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的意識(shí)淡薄,再加上農(nóng)村計(jì)算機(jī)人才有限,師資更是缺乏,雖然有一些計(jì)算機(jī)專業(yè)的大中專學(xué)生來到農(nóng)村,但數(shù)量少,實(shí)際經(jīng)驗(yàn)缺乏,很難勝任計(jì)算機(jī)普及的培訓(xùn)工作,種種因素限制了農(nóng)村計(jì)算機(jī)水平的提高。另外,還存在著基層領(lǐng)導(dǎo)對(duì)農(nóng)村計(jì)算機(jī)普及工作的不到位,培訓(xùn)效果不佳,農(nóng)業(yè)企業(yè)信息化基礎(chǔ)設(shè)施薄弱等問題,這些都嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

4農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)應(yīng)用的前景

農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是新的農(nóng)業(yè)科技革命的先導(dǎo),是21世紀(jì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要標(biāo)志之一,而作為一種智能化農(nóng)業(yè)信息處理系統(tǒng)的專家系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息化的基本手段之一。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益普及和信息高速公路的建設(shè),農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)必將成為農(nóng)業(yè)科技知識(shí)和農(nóng)業(yè)信息傳播的重要手段,也終將成為促進(jìn)農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的積極動(dòng)力。鑒于專家系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中的重要作用,加快農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究開發(fā)勢(shì)在必行。我們有理由相信,農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的深入研究和推廣應(yīng)用必將極大的促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,為我國農(nóng)業(yè)的信息化、現(xiàn)代化做出更大的貢獻(xiàn)。