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摘要：概述了農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究發(fā)展過程、結(jié)構(gòu)框架和設(shè)計基礎(chǔ)，分析了進(jìn)入新世紀(jì)以來我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)應(yīng)用狀況、存在的問題，并對未來的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：專家系統(tǒng)；計算機應(yīng)用；農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

TheApplicationofAgriculturalExpertSysteminChina

ZhaoLinFengXiongXingYao

(CollegeofHoritcultureandLandscapeArchitecture,HunanAgriculturalUniversity)

Abstract：Thispapersummarizedtheresearchhistory，frameworkanddesigningfoundationofagriculturalexpertsystemintheworld，analyzedtheapplicationofagriculturalexpertsysteminthenewcenturyinChina.

Keywords：expertsystem；computerapplication；agriculturalfield

1.前言

我國加入WTO，傳統(tǒng)型農(nóng)業(yè)面臨巨大的挑戰(zhàn)，因而必須依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，向信息化、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)邁進(jìn)。信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為精確農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)支持。精確農(nóng)業(yè)在美國等發(fā)達(dá)國家已取得長足發(fā)展，但在我國尚處于起步階段。精確農(nóng)業(yè)代表農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向．以農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)為特征，發(fā)展精確農(nóng)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)信息化、現(xiàn)代化的一條新路[1,2]。

專家系統(tǒng)也可以叫智能系統(tǒng)，是基于知識的程序設(shè)計方法建立起來的計算機系統(tǒng)。[3]它能夠?qū)δ骋活I(lǐng)域內(nèi)大量的專家知識，應(yīng)用計算機模擬專家的行為方式來實現(xiàn)對專家知識的獲取以及對知識庫與數(shù)據(jù)庫的管理，并能對數(shù)據(jù)庫和知識庫按照一定的規(guī)則進(jìn)行推理、表達(dá)，最后模仿專家能解答終端“客戶”問題的計算機系統(tǒng)，是人工智能AI的組成部分。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的專家系統(tǒng)稱為農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，也可以叫做農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)，是農(nóng)業(yè)信息技術(shù)中的一項重要技術(shù)，它是將人工智能的知識工程原理應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的一項高新技術(shù)，它是運用知識表示、推理、知識獲取等技術(shù)，總結(jié)農(nóng)業(yè)專家的寶貴經(jīng)驗、實驗數(shù)據(jù)及數(shù)學(xué)模型，建造起來的計算機農(nóng)業(yè)軟件系統(tǒng)。它具有獨立的知識庫，智能化的分析推理。對用戶所提出的的問題能給予專家水平的解答。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的各個領(lǐng)域[4-7]。

2.農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的基本概述

2.1農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu):(1)知識庫;用來存放相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑膶ｉT知識。包括與領(lǐng)域相關(guān)的書本知識、常識性知識，其中最為寶貴的是專家經(jīng)多年實踐而積累的經(jīng)驗知識.(2)綜合數(shù)據(jù)庫；用于存放有關(guān)問題求解的原始數(shù)據(jù)、求解狀態(tài)、中間結(jié)果、假設(shè)、目標(biāo)以及最終求解結(jié)果。(3)推理機；其功能是根據(jù)一定的推理策略從知識庫中選取有關(guān)的知識，對用戶提

趙林峰，碩士研究生，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院.410128。

*熊興耀，博士，教授，博士生導(dǎo)師，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，410128，E-mail:xiongxingyao@

供的證據(jù)進(jìn)行推理，直到得出相應(yīng)的結(jié)論為止。(4)知識獲取模塊；獲取過程可以看作是一類專業(yè)知識到知識庫之間的轉(zhuǎn)移過程，通過對專門知識的自動獲取達(dá)到系統(tǒng)的再學(xué)習(xí)而不斷完善知識庫。(5)解釋接口用戶；專家系統(tǒng)能回答用戶的問題，具有解釋功能。并負(fù)責(zé)對推理給出必要的解釋[8]。

2.2農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)應(yīng)具備的基本功能(1)在產(chǎn)前能根據(jù)用戶的生產(chǎn)條件、生產(chǎn)目的，因地制宜地為用戶提供最佳或較佳的產(chǎn)量指標(biāo)、效益指標(biāo)以及達(dá)到指標(biāo)的優(yōu)化技術(shù)方案。[8](2)在生產(chǎn)中能對出現(xiàn)的問題，根據(jù)用戶提供的信息進(jìn)行推導(dǎo)，判斷出問題出現(xiàn)的原因，并提供可行、有效的解決辦法。[9](3)在產(chǎn)后能根據(jù)用戶產(chǎn)品的數(shù)、質(zhì)量和市場的需求提供合理貯、運、銷、加工等的建議[10]。

2.3農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的特點(1)啟發(fā)性;，能運用專家的知識和經(jīng)驗進(jìn)行推理和判斷。(2)透明性;，能解決本身的推理過程，能回答用戶提出的問題。(3)靈活性;能不斷地增長知識，修改原有的知識。[12](4)專一性;任何專家系統(tǒng)均是為某一特定領(lǐng)域而設(shè)計，其研究范圍具有高度的專一性。(5)可靠性不受疲勞、疏忽、緊張和外部壓力等主客觀因素的影響[8]。

3.專家系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

3.1在植物保護(hù)中的應(yīng)用

3.1.1作物病蟲預(yù)測預(yù)報；病蟲預(yù)測預(yù)報需要的基本信息是：病蟲害的生物學(xué)參數(shù)、發(fā)生環(huán)境狀況和氣象條件資料。這些數(shù)據(jù)往往需要通過繁瑣的計算才能獲得，人工操作費時費工，容易出錯。專家系統(tǒng)可根據(jù)輸入的原始資料自動選擇模擬和計算方法來預(yù)測或預(yù)報目標(biāo)信息，快速得出預(yù)測預(yù)報模型，以便掌握其防治時期。如謝賢元等研制的SCDPM陜西農(nóng)作物病蟲害計算機管理系統(tǒng)，全國測報總站和山東省植保站以及廣西植保站已組建了粘蟲、稻飛虱、稻螟、麥銹病、麥蚜、玉米螟、棉鈴蟲和三化螟等病蟲病專家數(shù)據(jù)庫[13-15]。

3.1.2作物病蟲雜草的分類、檢索、識別、診斷鑒定；分類鑒定和檢索診斷基本信息是：寄主作物、發(fā)生時期、地理區(qū)域及生物本身的宏觀特征。如人工開具病蟲處方，要求工作人員要有牢固的植物保護(hù)基礎(chǔ)知識和豐富的實踐經(jīng)驗，由于工作效率低，查詢大量資料的難度大，植物醫(yī)生無法及時滿足農(nóng)戶的需要。專家系統(tǒng)把這些資料編制成簡單的程序，來達(dá)到迅速確定目標(biāo)信息的目的，從而得到最佳防治時期和方案[16]。

3.2在作物育種中的應(yīng)用

新品種選育是相當(dāng)復(fù)雜的長期過程，由于作物生長周期長，許多遺傳、變異規(guī)律還不清楚，因此，優(yōu)良品種的選育相當(dāng)困難，育種成功率較低。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)軟件可以用計算機模擬知名水稻專家的育種思想和預(yù)測、決策過程。把專家的育種經(jīng)驗同作物遺傳規(guī)律有機地結(jié)合在一起，增強了水稻育種工作的預(yù)見性，提高了育種效率，加速了育種進(jìn)程，能夠促進(jìn)遺傳育種研究理論水平的提高，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

3.3在作物栽培中的應(yīng)用

3.3.1預(yù)測與動態(tài)調(diào)控；預(yù)測是通過模擬模型得以實現(xiàn)。但它必須引入專家知識，也就是說在模型系統(tǒng)之上耦合包含知識的專家系統(tǒng)，使之系統(tǒng)形成以模型為基礎(chǔ)，以專家知識為準(zhǔn)的“專家曲線”。系統(tǒng)以“專家曲線”和一些高產(chǎn)栽培原則及生育指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)預(yù)測的作物生長發(fā)育偏離時，系統(tǒng)分析原因，推薦一個適宜的調(diào)控措施(和調(diào)控時期)。當(dāng)系統(tǒng)預(yù)測的結(jié)果明顯偏離曲線時，用戶可以人為修正，輸入作物生育狀況，以提高下一階段的預(yù)測性。系統(tǒng)最后輸出決策的技術(shù)措施及預(yù)測的作物生育動態(tài)。

3.3.2方案設(shè)計；運用專家系統(tǒng)可進(jìn)行方便的設(shè)計，如作物栽培方案可根據(jù)決策地點的常年生態(tài)條件、用戶的產(chǎn)量目標(biāo)制定一套合理的栽培方案。北京示范區(qū)的小麥等實用專家系統(tǒng)等系統(tǒng)，可根據(jù)產(chǎn)生的氣象資料和當(dāng)?shù)爻Ｄ晖寥狼闆r以及品種、播期、密度、肥料運籌、理想的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)、莖蘗動態(tài)等來設(shè)計一套合理的栽培方案。

3.3.3專家咨詢；專家系統(tǒng)可幫助用戶分析和解決具體問題。根據(jù)生產(chǎn)水平確定合適的產(chǎn)量目標(biāo)；考慮品種的早熟性、抗寒性、發(fā)育特性類型、抗病蟲性等進(jìn)行品種選擇；根據(jù)產(chǎn)量水平、栽培調(diào)控方式確定播種量；根據(jù)積溫模式確定播期；根據(jù)茬口情況選用合適的播種技術(shù)；根據(jù)當(dāng)年的苗情與往年比較，進(jìn)行苗情分析；根據(jù)生產(chǎn)水平，確定合適的施肥量、基肥、追肥的比例及施用的時間等。同時專家系統(tǒng)，采用多媒體技術(shù)——視頻影像、視頻圖象、圖形、音頻、文本等媒體相結(jié)合的形式分別，根據(jù)用戶不同的使用要求，分別由相應(yīng)的條件觸發(fā)相應(yīng)的動作，提供計算機專家咨詢服務(wù)，實現(xiàn)模擬專家咨詢的過程。

3.4在灌溉管理中的應(yīng)用

3.4.1灌溉用水計劃；確定灌溉用水計劃需要的基本信息是：土壤墑情、作物蒸發(fā)蒸騰量、地下水情況、水源情況等。這些數(shù)據(jù)往往需要根據(jù)已獲得的氣象、土壤等資料，通過繁瑣的計算才能獲得。專家系統(tǒng)可根據(jù)輸入的原始資料自動選擇計算方法來預(yù)測或預(yù)報目標(biāo)信息，快速確定灌溉用水計劃，并且可以隨時總結(jié)用水情況；專家系統(tǒng)處理時間短，而且準(zhǔn)確，適用于大型灌區(qū)及農(nóng)場。專家系統(tǒng)常被用來確定作物蒸發(fā)蒸騰量、灌溉日期、灌溉水量及土壤墑情。

3.4.2灌溉系統(tǒng)輔助設(shè)計；由于各灌區(qū)的地理、氣候、土壤條件不同，采用的渠系布置和灌溉方式均不相同，因而有不同的灌溉系統(tǒng)設(shè)計方法。人工很難設(shè)計出盡善盡美的灌溉系統(tǒng)，而專家系統(tǒng)通過內(nèi)部的知識庫，利用豐富的知識可以解決規(guī)劃設(shè)計中的復(fù)雜問題，應(yīng)用專家系統(tǒng)進(jìn)行灌溉系統(tǒng)輔助設(shè)計，可以進(jìn)行渠系優(yōu)化布置，為灌溉管理提供各種咨詢服務(wù)，對于情況復(fù)雜的灌區(qū)很有幫助[17]。

4.結(jié)束語

隨著中國城市化進(jìn)程的加快，農(nóng)業(yè)人均耕地面積減少，這就要求農(nóng)業(yè)能以小面積的土地生產(chǎn)大量的農(nóng)產(chǎn)品來滿足我國生產(chǎn)，生活的需要。同時隨著經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展，優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)，無公害，綠色食品將在競爭中處于主導(dǎo)地位。因此我國必將從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研制、開發(fā)、推廣、應(yīng)用將是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的重要標(biāo)志，是科教興農(nóng)的重大突破。同時對緩解農(nóng)業(yè)專家的不足及加快科技成果的轉(zhuǎn)化具有重要的意義。

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