农业专家系统及其开发工具共33页文档
农业专家系统开发-实验报告
实验报告课程：农业专家系统行政班级：11软件2班姓名：程茗学号：1108054208一、实验目的加深对知识表示方法的理解与认识，掌握知识特别是产生式知识在计算机内的存储方式；掌握知识库构建方法，利用关系型数据库建立知识库；选用适当的程序设计语言练习专家系统推理机的设计，编写推理程序；在上述基础上，根据农业专家系统的组成构建一个简单的农业专家系统。
实验方法1. 设计一个简单的医疗诊断专家系统。
2. 使用Prolog语言编程实现该系统。
3. 给出模拟运行结果。
三、实验环境及开发工具实验环境：（1）硬件环境：网络环境中的微型计算机。
（2）软件环境：Windows操作系统，任选一种网络编程语言和数据库管理系统开发工具：基于Visual Prolog的鸡疾病诊断专家系统实验内容首先对一些常见动物的属性进行归纳，提出有用的信息再对这种动物进行描述，通过这一过程，得出大部分动物的特点，这样再通过智能语言对它进行编写。
理解并掌握基于规则系统的表示与推理学会编写小型的生产式系统，理解正向推理和反向推理的过程以及两者的区别1.该系统可以识别孔雀、北极熊、狮子、长颈鹿、斑马、天鹅、鹦鹉在本系统中，知识库中的知识用产生式规则表示R1 IF 该动物有毛发THEN 该动物是哺乳动物R2 IF 该动物有奶THEN 该动物是哺乳动物R3 IF 该动物有羽毛THEN 该动物是鸟R4 IF 该动物会飞AND会下蛋THEN 该动物是鸟R5 IF 该动物吃肉THEN 该动物是肉食动物R6 IF 该动物有犬齿AND 有爪AND 眼盯前方THEN 该动物是肉食动物R7 IF 该动物是哺乳动物AND 有蹄THEN 该动物是有蹄类动物R8 IF 该动物是哺乳动物AND 是嚼反刍动物THEN 该动物是有蹄类动物R9 IF 该动物是哺乳动物AND 是肉食动物AND 是黄褐色们AND 头大鼻骨长THEN 该动物是狮子R10 IF 该动物是哺乳动物AND 是肉食动物AND 是白而淡黄AND 皮肤是黑色的THEN 该动物是北极熊R11 IF 该动物是有蹄类动物AND有长脖子AND 有长腿AND 身上有暗斑点THEN 该动物是长颈鹿R12 IF 该动物是有蹄类动物AND身上有黑色条纹THEN 该动物是斑马R13 IF 该动物是鸟AND 有彩色羽毛AND 头小有竖立羽毛AND 会飞THEN 该动物是孔雀R14 IF 该动物是鸟AND 会游泳AND会飞AND 有黑褐色THEN 该动物是天鹅R15 IF 该动物是鸟AND 会说话THEN 该动物是鹦鹉实验原理一个基于规则专家系统的完整结构示于图1。
农业专家系统基本原理
农业专家系统基本原理
农业专家系统（Agricultural Expert System，AES）是一种以计算机应用技术为理
论基础，以模拟专家知识为目的，可用来解决农业问题和实施技术管理的应用软件体系结构，它包括以下三个主要部分：
1、模拟专家知识：农业专家系统把专家输入的知识转换成农业专家系统所需的表达
形式，以供计算机使用，它主要有三种方式：规则表示法、知识表示法和语句知识表示法。
通过知识的表达，有利于把农业的领域知识赋一定的计算机表达。
2、推理机制：农业专家系统采用推理机制来运行，它是农业专家系统模拟专家知识
应用所必需的部分，它可用于处理经验问题、诊断问题、决策问题等。
农业专家系统采用
的推理机制有规则推理（选择推理、排序推理）、相似度推理，神经网络解法，回归分析
解法，定性模糊推理等。
3、知识库：农业专家系统知识库是存储系统的核心，它主要存储各种相关的农业知识，如病虫害防治等各类农业知识，以及农民技术管理等知识数据，使得农业专家系统能
够通过数字化后的知识数据来推理农业问题，或者提供农机信息管理等决策支持服务。
以上是农业专家系统的基本原理，它为农业科技发展提供了支撑，能够以高效、理性
的方式来处理复杂的农业问题，对于提高农业生产力以及农业诊断、决策等方面都有积极
的作用。
农业专家系统
农业专家系统
系统概述
派得农业专家系统是一款具有独立自主知识产权的新一代农业专家系统，是国家“863”课题的研究成果。
采用最为流行的OOP（面向对象）方式进行多层架构设计；该派得系统在功能上基于农业知识线索，采用渐进式诊断技术实现农业生产过程中的病虫草害诊断，使用模糊产生式决策机制对农业生产过程中的求解、计算等问题进行决策，并推出了贴近中国农业特色的农事指导对农业生产进行指导。
系统特点
1.生产知识：涵盖了农业生产管理各个环节的丰富的农业生产知识，易于检索。
2.病害诊断：模拟专家对动植物诊疗过程进行诊断动植物的病虫草害。
3.生产决策：在农业生产管理全过程中为各类农业生产活动决策提出定性或定量建议。
4.农事指导：根据不同时期对各农业生产管理环节进行相应的指导和提醒。
应用对象
◆农业科研单位
◆政府农业管理、技术推广、服务部门
◆农业企业和协作组织
◆种养大户和广大农民
成功案例
◆北京市昌平区小汤山镇现代农业科技园区
◆派得伟业公司
◆河北省基电一体化中试基地
◆广东中山市农业科技推广中心。
农业专家系统
7. 农业专家系统的基本原理、结构和功能是什么？谈谈你对专家系统在农业生产经营作用的认识？所谓专家系统是一种在相关领域中具有专家水平解题能力的智能程序系统, 它能运用领域专家多年累积的经验和专门知识, 模拟专家的思维过程和决策能力, 解决只有专家才能解决的困难问题.农业专家系统一般由知识库、数据库、推理机、解释部分、知识获取部分组成，其中知识库(知识集合)、数据库(反映系统的内外状态)、推理判断程序(规定选用知识的策略与方式)等部分为核心。
专家系统的工作方式可简单地归结为：运用知识进行推理。
农业专家系统的理论基础研究农业专家决策系统是基于农业专家知识，模仿农业专家进行推理决策，把多项农业技术和知识进行高度集成的计算机应用系统。
一方面，它比一般的计算机信息系统更突出农业专业知识与推理判断的作用，且具有更强针对性的决策咨询能力；另一方面，它比人类农业专家拥有综合性知识和高速的知识处理本领，可以不受时间、空间的限制和人类情感的影响，起到“农村不走”多方面高层次农业专家的作用。
它的理论基础是人工智能的知识表示和问题求解技术。
基本结构见图1⋯I。
知识和推理构成专家系统的两大因素。
专家系统的核心是知识，所以专家系统又称为知识基系统，或基于知识的系统。
以植物病理学专家系统为例：系统结构植物病理学专家系统就是运用电子计算机技术来模拟植病专家的综合、分析、判断等诊断思维过程的过程。
针对上述功能定位, 该系统在分析植物病理学专家判断疾病的实际过程的基础上, 综合应用一般模型和形象思维模型, 设计工作模型。
该系统采用标准的专家系统结构。
从数学上看, 植物病理学专家对病害的诊断是从症状到病种的集合映射。
以棉花几种主要病害为例, 棉花的常见病种构成疾病群空间W= { Q1, Q2, , Qi, P1, P2 , , Pj} , 这些疾病涉及到的所有症状构成症状群空间A= { A1, A2, , An }。
在建立数学模型时, 首先根据植物病理学知识和专家意见,确定每组症状对诊断疾病的支持程度, 即具有该组症状的病株患病害的可能性。
农业专家系统开发平台
农业专家系统开发平台
系统概述
该派得农业专家系统开发平台是面向农业领域专家系统开发的通用型工具软件。
利用开发平台，知识工程师可根据用户需要，自动生成特定领域的农业专家系统框架，包括界面设计、知识表示方式、知识库结构、推理机制、用户接口、解释模块和学习模块等。
该派得系统平台主要有单机版、网络版、多媒体版、嵌入版、英文版、LINUX版6个版本，对实现不同专业领域人员的结合、缩短农业专家系统开发周期、提高开发质量、缓解农业专家短缺、加快农业成果应用和推广具有重要的理论意义和实用价值。
功能特点
系统创建一个全新的专家系统：用户可以使用内置的知识分类或自定义知识分类建一个全新的专
家系统。
系统维护：对已开发的专家系统进行维护，包括知识分类的管理、生产决策的维护、病害诊断的
维护等。
系统发布：将开发完成的专家系统打包生成安装包，用户只需在电脑上进行安装便可直接将专家
系统部署到电脑上。
知识库导入导出：实现知识库的直接导入与导出，易于知识库备份和直接生成专家系统。
应用对象
◆农业科研单位
◆政府农业管理、技术推广、服务部门
◆大型农业企业
成功案例
平台已在北京10个区县和黑龙江、吉林、辽宁等31个省市及越南等东南亚地区得到推广，已成功开发出200多个适用当地的农业专家系统。
农业专家系统
农业专家信息诊断系统需求分析说明书版本：Ver1.0成都天荣北软信息技术有限公司目录1.系统总体设计分析 (3)1.1.需求分析 (3)1.2.用户需求分析 (3)2. 初步设计分析 (4)3. 系统功能需求分析 (5)3.1系统功能层次模块图 (5)3.2.系统功能需求分析 (5)3.2.1.农作物信息管理 (5)3.2.2.病害信息管理 (5)3.2.3虫害信息管理 (6)3.2.4病虫害诊断 (6)3.2.5在线留言 (6)3.2.6知识库管理 (7)3.3系统性能需求分析 (7)3.3.1灵活性 (7)3.3.2.时间特性要求 (7)4 数据库总体设计 (8)4.1数据库E-R图 (8)4.2数据表的详细设计 (9)4.3数据库表关系图 (13)5 系统实现 (15)5.1界面及功能说明 (15)5.1.1前台界面模块 (15)5.1.2病虫害诊断界面 (16)5.2系统后台界面 (17)5.3示例代码 (19)5.3.1类库示例代码 (19)5.3.2.后台示例代码 (20)5.3.3.实现农作物病虫害诊断示例代码 (21)6. 参考文献 (25)1.系统总体设计分析1.1.需求分析农业专家信息诊断系统重点是开发专门的应用系统，提高办公自动化程度，开发农业专家诊断信息系统，实现农作物病虫害诊断电子化管理，促进病虫害信息收集整理的标准化、规范化和系统化；构建农业专家诊断信息系统，满足广大农民的需求，形成农作物专家病虫害诊断现代化信息系统。
1.2.用户需求分析本系统适用于各类人员，如农民、农业专家等。
不用的用户对系统的需求有所不同。
①农民本系统的直接受益方，农民主要是种植农作物，拥有丰富的种植经验，但有些农民十分缺乏对于农作物病虫害的诊断和防治。
因此他们需要有一个容易操作的人机界面系统来诊断农作物病虫害，并得到相应的防治信息。
如用例图所示：图1-1 农民用例②农业专家本系统的农业知识大部分都来自农业专家提供的，他们拥有丰富的农作物病虫害诊断经验，他们对系统的构建起到监督作用，因此他们需要构建出来的系统是一个具有完善、准确的系统来诊断农作物病虫害。
农业专家系统的开发与利用技术简介
农业专家系统的开发与利用技术简介摘要：简单介绍了农业专家系统的涵义及国内外农业专家系统的发展现状，阐述了农业专家系统的组成及其数据库、知识库、模型库的内容。
关键词：农业专家系统；开发与利用技术；数据库；知识库；模型库电脑农业——是集计算机网络、通讯技术、人工智能、遥感技术等为一体的智能化农业信息技术，可实现农业专家系统的远程咨询、诊断、技术服务等，达到与主流信息技术的接轨。
1农业专家系统发展概况1.1国外发展概况目前，国外农业专家系统已有极大的发展，其范围涵括了农业生产的各个方面，如农作物的生产与育种，果园的生产管理，病虫害的防治、诊断与发生预测及农业科技管理体制等。
比较有影响的有美国的POMME（果园管理及害虫防治）、Comax-Cossym（棉花管理专家系统）、EXTRA（农业技术和资源保护）及日本千叶大学开发的番茄病害诊断专家系统等。
其中美国农业部农业研究局作物模拟研究所于1985年建立的Comax-Cossym 是目前世界上开发应用最为成功的农业专家系统。
它能为棉花管理提供全面咨询，用于确定灌溉、施肥、施用脱叶剂和棉桃开裂的最佳管理方案。
该系统自1985年在美国推广应用以来，给美国棉花生产带来了巨大的经济效益，每英亩纯盈利超过60美元，使美国的棉花生产管理向前迈进了一大步。
1.2我国发展概况我国农业专家系统的研究，早在80年代初期就已开始,是国际上开展此领域的研究与应用比较早的国家。
在国家“863”计划、国家自然科学基金、国家科技攻关、中科院、农业部、机电部及各地政府的资助与支持下,许多科研院所、高等院校和各地有关部门开展了各种农业专家系统的研究、开发以及推广应用,取得了可喜的成就。
目前已研制出一批有影响的系统软件，如中科院合肥智能所的“施肥专家系统”在全国已推广了100多个县，节约化肥30多万吨，增产粮食十多亿斤；中农院土肥所的“禹城小麦、玉米施肥专家系统”已推广了0.75万hm2，增产小麦200多万千克。
农业专家系统—农业专家系统的功能开发
(Advanced Sever)/ Windows 2003 Sever、SQL Server 2000、IIS 5.0信息服务器/安 装.NET框架/中文浏览器IE5.5以上版本。 • 平台应用于农业科研教学单位、政府农业管理、技术推广、服务部门或者大型农业企业。
农业专家系统的功能开发
三、农业专家系统开发工具
• 平台有高度可扩展性、可靠性、可互操作性、可重用性，便于不同客户端使用。 • 用户可方便定制开发环境，快速开发出适合本地区的农业专家系统，从容实现专家知识更新和系统
升级。 • 开发的网络版农业专家系统，能在Internet/Intranet网络环境下运行，支持分布式计算和远程多
近年来，利用“雄风”和“PAID”开发平 台开发的专家系统已形成系列。譬如， 利用中科院合肥智能研究所研制的“雄 风”系列平台，已开发出了施肥、栽培 管理、园艺生产管理、畜禽水产管理饲 养、水利灌溉的等专家系统，在全国20 个省200多个县推广应用。
我国20个智能农业示范区利用国家农业 信息化工程技术研究中心的开发平台PAID 开发出了一系列农业专家系统。
我国20个智能农业示范区利用国家农业信息化工程技术研究中心的开发平台PAID开发出了一系列农业专家系统。
4. 推理机功能和解释机功能，根据知识规则对事实数据进行正向推理，并对每一步推理过程通过解释机解 释，推理结果表现形式为文字、图片、音像文件，并提供推理过程。
5. 事实录入功能，用户通过输入界面进行原始数据编辑，所有数据项的属性均由系统管理员或知识工程师 定义，在录入过程中系统为用户提供动态提示、上下限限制，缺省值等功能。用户可以对事实数据进行 添加、修改、删除。
地方农科院信息所和农业专家系统
地方农科院信息所和农业专家系统
地方农科院信息所作为农业科技推广和研究的重要基地，承担着推动
农业科技进步和成果转化的重任。
近年来，随着信息技术的飞速发展，地方农科院信息所也在不断探索和实践如何利用现代信息技术提升农
业科研和推广的效率。
农业专家系统作为信息所的重要组成部分，通过集成农业领域的专业
知识和经验，为农业生产提供决策支持。
这一系统通常包含以下几个
关键功能：
1. 知识库构建：收集和整理农业领域的各类知识，包括作物种植、病
虫害防治、土壤管理等，形成结构化的知识库。
2. 智能诊断：利用人工智能技术，对农民提供的作物生长状况、病虫
害情况等信息进行分析，提供诊断建议。
3. 决策支持：根据作物生长周期、气候条件、土壤状况等因素，为农
民提供种植管理、施肥灌溉等决策支持。
4. 信息推送：通过移动应用、短信、电子邮件等方式，将最新的农业
政策、市场信息、科研动态等推送给农民。
5. 在线培训：提供在线农业技术培训课程，帮助农民提升种植技术和
管理能力。
6. 数据分析：收集农业生产过程中的数据，进行深入分析，为科研和
决策提供数据支持。
地方农科院信息所通过这些功能，不仅提高了农业科研的效率，也为农民提供了更加精准和个性化的服务。
随着技术的不断进步，未来农业专家系统将更加智能化、个性化，更好地服务于农业生产和农民生活。
农业专家系统及其开发工具共35页文档
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
农业专家系统及其开发工具
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过源自去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
农业专家系统
• 我国二十世纪80年代中期就研制出了适合农业领
域技术人员操作的专家系统开发工具，也就是面 向领域和面向任务的专家系统开发工具，主要是 编辑型开发工具和智能型开发工具，如熊范纶等 研制的雄风系列[22j、哈尔滨工业大学的专家系 统平台[m、河北农业大学的农业专家系统生成工 具AEST3. 0 、吉林大学的MES ,浙江大学的 ZDEST、中国科学院计算所的VESS}u}，以及国 防科技大学和北京农林科学院研制的开发平台 PAID 3.0等。
2.2农业专家系统的特点
• 农业专家系统一般具有以下几个主要特征:
• ①启发性:它能利用规范化的判断性知识及 已确立的理论知识对问题进行推理和判断 并求解;
• ②透明性:它能向用户解释其本身的推理过 程，通过回答用户提出的问题，使用户了 解知识的内容和推理思路;
• ③灵活性:它能以不同的方式接收新的知识 ，调整有关的控制知识和领域知识，使新 的知识与整个知识库相容;
• 二十世纪70年代，在模型模拟研究的基础 上，许多农业专家系统相继开发出来并投 入应用。世界上应用最早的农业专家系统 是1978年美国伊利诺斯大学开发成功的大 豆病害诊断专家系统。到了二十世纪八十 年代中期，随着专家系统技术的不断进步 ，农业专家系统在国际上有了相当大的发 展，在数量和水平上都有较大的提高，开 发的系统已从单一的病虫害诊断转向了生 产管理、经济效益分析与决策、生态环境 控制等，尤以美国、口本和欧洲国家的应 用最为突出。
• 二十世纪60年代中期，国际上信息技术开 始应用于农业，荷兰科学家DEWTI于1965 年首创性应用计算机的高级语言模拟了玉米 叶片群落的几何结构、光学特性与生理过程 ，并在1969年提出了一个作物生长过程中 碳素平衡的计算机模拟模型ELCROS，这 是国际上第一个农业计算机模型。随后美国 科学家DUNCAN于1967年发表了“玉米叶 面积与叶片角度对群体光合作用影响的模拟 ”的论文，这两位科学家的研究成果标志着 农业计算机模拟的开始。
替代传统经验的农业专家系统
替代传统经验的农业专家系统替代传统经验的农业专家系统农业生产离不开技术，技术的判断离不开经验，经验成为生产指导的很重要方面，你如果不懂农业又没操作经验，你就很难把作物种好，这是大家皆知的事情。
可以经验的积累，技术的学习并非一日之功，需要时间的积累，需要实践的体验，需要感性的认识。
那么对于一个热心农业想投资农业的业主来说，如何解决技术问题呢？当然不可能全部请技术人员，也不可能快速成长，只能采取边实践边学习边体验来获取最大的技术资本，但对于市场经验多变的条件下，不可能有更多的时间让你去完成这个经验积累的过程。
于是，一种依赖计算机技术传感技术通讯技术等高新技术集成的新型技术载体就出现了，它就是农业智能控制计算机的专家系统。
其中农业智能控制计算机是由计算机硬件及专家系统所组成的操作系统，它具有人工智慧之功能，而人工智慧功能又是基于专家系统基础之上的智能判断，所以它又必须基于对环境数据的采集与感受，也就是环境参数传感器，它可以把外界感应的温光气热营养分水份等植物生长因子变化的量得以数字化，通过传感器及数模转换，变成数字信号，尔后计算机系统针对采集的数据进行运算，再按预先输入或设定的专家系统进行科学判断，最后发出执行的指令，来完成各项作业及对温光气热等生长因子的精确回归调控，是一种反馈式的神经传感控制系统。
而其中的专家系统是一种植物生长的科学模式，它集成了该植物生长所需的各项温光气热营养水份的需求信号与适宜范围，可以通过传感器采集的信号进行运算判断及调控，使植物生长于适合的生长因子中，除此以外，它还包括一些程序性的田间作业，也可以预先输入专家系统，以便完成各项田间作业，从而使植物的生长环境优化人工操作简略与省化。
所以专家系统的运用将可以让许多农业技术从传统经验型转为精准的智能专家型，可以实施农业的标准化与精确化，让经验所造成的失误大大减少，让经验判断的繁琐及人力资源束缚中解脱出来，只要你购买安装一个专家系统，它就可以按照该植物生长所需的环境进行模拟调控，就可以按照预先设定的程序进行自动化的操作控制，是未来实现农业生产无人化的一项重要技术，也是实现农业生产自动化专家化的必由之路，在此专家系统就是最统一最标准最精确最无误的专家，它可以完成你生产过程的整个智力作业与体力操作。
农业专家系统
一、人工智能与专家系统
（一）人工智能的概念 人工智能是用计算机模拟人的智能，通常是通过知识处
理把人的各种思维和智能转化为符号的表示、推理、搜 索、学习等方式。
常规的计算机程序 基本情况 常规程序＝数据结构十算法
专家系统 专家系统＝知识十推理
知识组织 两级： 数据级和程序级
三级： 数据级、知识库级和控制级
求取问题 方法
查找或计算，面向数值计算和数 据处理，问题求解过程中先做什 么及后做什么都是由程序规定的
推理，面向符号处理，其推理过程 随着情况的变化而变化，具有不确 定性及灵活性
二、专家系统基本原理
（一）专家系统与知识工程 通常把所选择的专家称为领域专家。 把建造专家系统的计算机技术人员称为知识工程师。 专家系统的建造过程通常称为知识工程。
专家系统的核心是知识，所以专家系统又被称为基于 知识的系统（Knowledge-Based System）。
在专家系统中，把通常的数据、公式、方法、经验以 及信息等均看作知识。
索取进一步的事实
通过它输入知识，更新、 完善知识库
由一组程序及相应的硬件组 成，用于完成输入输出工作。
专家系统的一般结构
三、专家系统基本结构
专家系统的一般结构
由一组程序组成， 基本任务是把知 识输入到知识库 中，并负责维持 知识的一致性及 完整性，建立起 性能良好的知识 库。
三、专家系统基本结构
编辑型开发工具 智能型开发工具 自动知识获取工具
农业专家系统原理end
（五）专家系统的发展
专家咨询系统（Expert Consulting System）； 自然语言理解（Natural Language Understanding）和机器翻译 （Machine Translation）； 数据库的智能检索（Intelligent Retrieval from Database）； 定理证明（Theorem Proving）； 博奕游戏和决策（Game Playing and Decision Making）（博奕论： 一种为在竞争的情况下分析决定最适宜自己一方的策略而制定决策 所采用的数学方法，用于政治、经济和军事计划）； 机器人学（Robotics）； 自动程序设计（Automatic Programming）； 感知问题（Perception Problems）：视觉、听觉、嗅觉、触觉； 组合和调度问题（Combination and Scheduling）； 分布式人工智能（Distributed Artificial Intelligence, DAI）和多 Agent系统（Multi-Agent System）； 模式识别（Pattern Recognition）； 人工神经网络（Artificial Neural Network），等等
（三）专家系统的类型
专家系统按应用领域的性质可分为： 1. 诊断专家系统 诊断专家系统 (expert system for diagnosis) 是根据症状的观察与分析，推断 故障 ( 症结 ) 所在，并给出排除故障的方案的系 统，它占据现存专家系统的很大比例。它包括 了医学、电子、机械、社会、农业和经济等方 面的各种诊断系统和排错系统。例如，MYCIN， CASNET，PUFF和ACE等。
3.解释专家系统 解释专家系统(expert system for interpretation)是根据表面或外观观察情况进 行分析，解释深一层的结构或内部可能情况等 的系统。例如，地质结构、化学结构、图像、 信号等解释和各种语言的理解等系统。较著名 的有Dendral，Prospector和Hearsay—Ⅱ等。 4.设计专家系统 设计专家系统(expert system for design)能根据设计要求，求出满足问题求解 方式的目标配置，包括各种智能CAD系统程序 自动生成，如电路设计、土木建筑工程设计、 计算机结构设计、机械产品设计、生产工艺设 计等。
农业专家系统及其应用
农业专家系统及其应用-3.!第15卷第5期1994年9月芝廓筝,农业现代化研究髫REsEARCHOFAGRIc仉TURALMODERNIzATIOHV01.15No-5Sept.1994新技术应用?农业专家系统及其应用(中国科学院西北水±保持研究所陕西插睦712100)/z6—提要本文综述了专家系统在农业生产管理中的应用现状.并以黄土旱塬小麦生产综合管理专家系统为倒,倚述了农业生产管理专家系统的设计与实现方法.指出专家系统技术在实现农业生产管理现代化方面具有重要意义,提出了专家系统在农业生产管理应用中有特进一步探^研究的课题.农业生产系统是一个自然与经济再生产交织在一起的复杂系统,农业生产的发展受到自然,经济,社会,生态,技术等众多因素的影响,而且这些因素关系复杂,边界模糊,不确定性强,可控性差,加之农业科技发展迅速,科技成果的转化加快,应用周期缩短以及农业生产具有较强的地域性,时空性和综合性,使得农业生产管理的科学决策较为困难.与过去相比,今天各项农业技术之问的联系日益加强,种养加,产供销各个生产环节相互制约,相互促进的关系更加明显,从而对农业生产决策的科学性和时效性提出了更为迫切的要求.因此,面对农业生产中日益增长的多学科知识,有必要建立一种能有效地组织,处理并分析这些知识的新方法,强化农业生产管理决策的科学性,加强信息和智能的综台应用.专家系统技术以其快速的计算能力和推理功能,将在有效解决农业生产管理困难的同时,有效地完善农业生产管理技术体系.1专家系统所谓专家系统(下文简写为ES)就是在专家知识的基础上,具有自动推理的智能软件系统.把专家在解决问题过程中使用的知识分成事实和规则,以适当的形式存贮到计算机中并构成知识库,依据用户提供的信息,运用存贮的有关知识,选择合适的推理机制进行推理,最后提出解答供用户决策时参考.一般可将ES分为具有人工智能(下文简写为AI)性质的和没有AI性质的两种.后一种ES没有自己发挥智能的行为和主动性,它不具有知识表达,产生,推理等功能,很难达到专家在最佳思维状态下的决策水平;前一种ES具有AI的行为,具有对知识进行表达,获取,利用,解释,并对知识库进行控制和扩充的功能.ES是在AI研究停滞不前时发展起来的,也是AI中发展最快和应用最为成功的领域.尽管如此,ES发展的一个盲目高潮已经过去,它遇到了技术方面的障碍,主要有:①知识的不完备性与脆弱性,即常识和基本原理知识的缺乏及启发性知识的狭窄;⑦推理的单一性和呆板性;即Es仅用一种求解方法,缺乏多种不同求解方法的协作,缺乏非单调推理和常识推理;③l994—06—28收稿塑宣旦±!查些童塞墨蕉星基壅里!!不具备学习功能,即系统对自身的知识与推理不能深刻的认识,不能进行自我改进和完善,且系统的知识增长与系统的灵活性成反比,这与人类专家形成鲜明对照.上述不足严重影响了ES的实际应用,也是目前AI所有知识系统需待解决的关键问题.2专家系统在农业生产管理中的应用国际上自70年代后期即开始将专家系统技术运用于农业领域,80年代中叶有了迅速的发展,引起许多国家的充分重视.目前,国内外就作物栽培,施肥,病虫害防治,农业经济效益分析,杂草控制,储存管理,市场销售管理,作物轮作,森林环保,家畜饲养等方面研制了不少ES,但开发成功并投入使用的农业ES还为数不多.有人预测90年代将是出现研制农业ES的高潮,今后10年将是广泛应用农业Es的时代.国内外研究开发的农业专家系统,按其功能和结构的主要特征,可归纳为如下五类:2.1启发式专家系统以某些领域专家的经验知识为基础,按传统方式建立的ES.它与起初的ES概念接近,如s0yBUG,s0Y—Ex和小麦新品种选育ES均属这一类.启发式ES 适用于那些目标明确,内容较窄和商品价值较高的领域,但这些系统的知识获取工作量较大.这对于市场经济日益发达,商品化程度日益增强的中国农业来说,值得深思.2.2实时控制专家系统它利用来自传感器检测装置的数据,运用专家处理问题的知识经验,依据状态条件的变化去自动调整或控制某些参数或装置.由于这类系统涉及妁领域极端狭窄,目标非常明确,知识获取工作量较少,因而比启发式ES更为成功.在农业上这种系统多用于温室的自动调节与控制,典型例子是美国的MISTING.2.3基于模型的专家系统这类系统是把模拟模型与知识库结合在一起,利用ES为模型提供参数并对模型结果进行解释,以便用户更好地使用已被验证的模型.最着名的农业专家系统COMAX是一个基于模型的ES.它很好地将ES与模拟技术融台在一起,极大提高了棉花模型GOSSYM的实用价值.模型ES不仅能整理,解释模型的运行结果,还能表达探层的因果关系,这是一般ES所不能回答的问题.基于模型的ES,由于它能把定性分析和定量分析,符号处理和数值处理有效地结合起来,因而具有美好的应用前景,这将是未来农业科研和AI领域的重要研究方向.2.4专家数据库目前国内外建立的许多数据库系统,由于库容量和复杂性已成为用户利用的障碍,将ES与数据库相结合可改善数据库的可检索性与对数据库信息的解释能力.例如美国建立的DHLES奶牛群营养分析ES.2.s问题专用外壳它是利用ES的外壳及针对某些共同的问题研制的一种软件工具,在ES建造和知识获取阶段可避免大量重复性工作,方便ES的建造.尽管市场上已有许多商品ES化外壳,如VP--EXPERT,LEVELS,SELECT和GURU等,但对于解决农业问题并非最佳,因此,很多农业知识工程专家都非常重视农业ES外壳的研究上面介绍的农业Es,从研究角度看都是成功的,其实用价值都不尽然.国内外在开发农业ES时基本有一条经验,就是尽可能减少启发性知识的采集工作,同时ES解决的目标愈狭窄,范围愈明确,开发就愈成功.农业Es开发成功与否在很大程度上依赖于适当地定义目标?如我国所研制的施肥,病虫害诊断,育种等方面的ES,国外研制的奶牛营养动态分析,农场金融状况,温室植物控制等ES就是解决农业生产管理中的某个具体问题.300农业现代化研究l卷3专家系统在作物生产综台管理中的应用作物生产管理系统是作物,环境和技术三个子系统互相作用,包括许多因子组成的多种开放的复杂的系统,涉及到土肥水种密保管工等方面,而且彼此相关,难以分割,作物生产系统包含生物因素,环境因素,技术因素和经济因素四个方面的信息.要在如此多变的环境条件下,做出合理的决策反应.一般都要经过信息收集——状态判断——作出决策这一过程.从数学角度看,农业决策者的思维过程就是从形状表现(包括生物,环境,技术和经济等因素)到决策建议的集台映射.作物生产管理的特点是因时因地制宜,需搅条件变化作出不同的优化安排,而这种优化措旎安排往往需要在不同层次上综合分析诸多因素的相互联系作为决策和判断的依据,如果仅建立某项栽培措施的Es是不能解决对作物生产过程全方位管理和服务的问题.因此,为了适应多变的生产实际状况,我们研制的黄土旱塬小麦生产综合管理专家系统(下文简称为ESW.PMLP),将小麦生产动态管理的全过程与天气,土壤,社会,经济状况等环境结合起来,作为一个有机的整体统筹分析,并对其实行优化,控制,分类和决策,解决生产各阶段的问题,为此,ESWPMLP应有下列一些特殊的性能要求:①必须具有良好的实时性和较高的可靠性ESWPMLP所作出的决策与广大农民的生活和经济收益密切相关,加之本系统面临的对象是瞬时而变的作物及其环境,实时性较强,如何实现实时性和可靠性的均衡是一个重要问题.②必须具有与数据处理系统自动结合的能力在旱地小麦栽培中,众多学者从不同方面建立不少有价值的模拟模型,统计模型和知识模型,其中模拟模型可用于顼测小麦对多种环境因素的反应,分析多种可控因子(如播前各生长季中氮肥的使用,株距行距,密度和各种栽培措藏)对作物生长发育和产量的影响,对小麦生产的科学决策具有积极意义.所以,EswPMLP应尽可能将数据处理系统与知识处理系统融合成一个有机的整体.③必须具有较强的解释功能和友善的用户接口在农业生产实践中,农民是实践的主体.本系统作为农民的一种有力的辅助决策工具,应能提供较好的解释能力,向用户解释所作决策的理由,以便用户更好地理解,接受或拒绝.此外,系统向用获取,查询信息也需要有灵活的用户接口,在本系统中,人机界面的设计尤显重要.为了实现上述性能,在开发研制过程中考虑到本系统是一种实时监控系统.涉及的领域知识复杂,需采用多种求解问题的方法,为此,ESWPMLP采用静态知识库,动态知识库,数据库和模型库相结合的策略来构成知识库,依据管理内容分别建立子系统,各子系统可以运用不同的推理机制,调用不同的数据库和模型库.在研制过程中依据旱塬小麦生产管理知识的多元性特点,采用了多层次,多知识元的复合型知识表达方式,即知识表达形式有产生式规则,过程表示和数表图表示等方式,其中大部分知识以数据库的形式贮存.黄土旱塬小麦生产管理专家系统由6个子系统组成,各主要子系统的功能为:①生产潜力预测子系统在作物气候生产力模型的基础上,加进了年型特点,品种特性,供水条件,土壤肥力,病虫害以及农技普及率等方面的内容,可为一定的地区和年份提供合理的产量潜力和目标.②经济效益分析子系统对旱塬小麦生产两大限制因素——水,肥进行综合分析,进而研究水分+肥料的生产效益;依据生长期间的投肥量,劳力和机器等项目来分析小麦的纯收益,期宣厦壬!壅些圭茎墨丝垦基厘旦产投比收入和支出等项目}探讨某一农技措旋变化对产量及其构成因素的影响,以确定最佳措施组合的合理性.③播前决策子系统可根据当地的土壤水分肥力和其它气候条件,给出一个区域不同生态类型品种的最佳搭配比例;对用户的有限投资进行优化分配;对播前耕作技术进行指导,推荐最佳的限量灌溉方案,给具体农田推荐适应此环境条件的具体品种和处理技术方案,并就小麦播种给出最佳农业措施优化组合方案.④生长期管理子系统依据气象条件和栽培措旋预测小麦苗情,并给出不同苗情的管理方案,对不同时期的麦苗提出合理的分类管理措施,并就小麦种子提纯复壮提出建议.⑤气象灾害防治子系统对小麦生产中的主要气象灾害如冻害,干旱,干热风和倒伏等进行预测和分级,并提出相应的防御措施和防治途径,使灾害的危害降到最小.⑥病虫草防治子系统可对小麦生长过程中的病虫危害程度进行预测,并协助用户诊断病虫草的种类,发生程度和提供防治策略,包括推荐农药,介绍使用方法及注意事项.ESWPMLP的研制成功,为ES技术进一步在农业生产管理中的应用开辟了广泛前加速黄土旱塬小麦生产管理现代化,科学化的进程,但因黄土旱塬地域广阔,条件复杂,各种微气候环境众多,因此,本系统要在实际应用中进一步求得完善和发展.4专家系统在农业生产管理中的发展前景农业ES是一项投资少,见效快的高新技术,它将成为我国农业发展和现代化的一个重要工具,在我国农业生产管理中必将有着非常广阔的发展前景.将人工智能技术用于农业管理.能消除一般管理人员在应用计算机时因对计算机和数学生琉而产生的不适应.为了使农业ES在我国农业生产中健康,迅速地发展,今后在研制应用农业ES时应注意如下几个问题:4.1加速开展各种实用的农业专家系统要从农业生产的现状和发展趋势出发,针对技术性强,商品率高的领域建立一些解决农民实际问题的ES,在开展过程中应加强深层推理能力,学习功能和增加深层知识,克服以前研制的农业ES的脆弱性.考虑到农业生产的特点,可研制综合性和实时性的生产管理专家系统.4.2加强农业专家系统的基础研究要研制出高层次,功能强的新一代农业ES,应结合国情和农业领域的特点,提出若干有效而表达能力强的知识来表示技术与方法;提高农业知识的自动获取机器学习技术,重点是自实例学习,类比学习及人工神经元网络学习模型的研究,建造农业专用领域的ES构造工具和语言,使农业专家构造自己领域的ES,以缩短构造周期.4.3专家与其它系统或高新技术融合集成ES和模拟模型,大中型资源数据库,农业知识库,遥感,决策支持系统,现代控制技术,计算机网络等技术的有机结合,可以极大的丰富农业ES的内容功能和价值.4.4多专家系统或分布式专家系统的开发农业是一个经验性强且分散的综合性专业,农业生产决策涉及环境因素错综复杂,在生产中决策问题涉及多个领域时,决策者则需要具有不同且相关知识的多个领域ES的共同合作来辅助,也可通过ES联网以得以辅助.总之,农业领域中的广阔天地赋予农业ES强大生命力,我国已有不少人工智能专家和农业专家从事这项新兴的项目,并已开发出一批水平较高,又有实用价值的ES.我们相信,农业科学中,专家系统技术的引入将使农业生产和科学研究得到飞跃性的发展.同时所研制的新的农业专家系统一定会在我国农业生产中发挥重要作用.。