农业专家系统研究进展及发展方向
农业专家系统文献综述
专家系统文献综述1、国内外研究现状1.1国内研究概况随着我国农业科技信息现代化建设的不断发展，全国大多数农业科研院所、农业院校都将农业科技信息现代化建设提到议事日程上，农业领域中专家系统的研究和应用相对较少，尤其是病虫害防治领域，系统应用技术水平低，开发的对象也只限于马尾松毛虫等少数几种，在国内学术期刊中公开报道的有：王淑芬，陈亮，张真(1992)建立的马尾松毛虫防治决策专家系统。
马小明，叶文虎(1993)开发的松毛虫综合管理信息系统；周嘉熹等(1995)采用Profog语言开发的杨树天牛综合管理专家系统；为了解决生产中的实际问题，传播有关方面专家及其防治工作者在长期生产实践中积累起来的宝贵经验，更好地指导生产，王阿川，岳书奎(1998)在国家攻关研究的基础上，经过10年的努力研究完成了“林业种实害虫管理领域内樟子松球果象甲防治决策专家系统”。
进入新千年后，人们对环境的关注程度不断升高，也更加注重生态文明的建设，在这种背景下，越来越多的专家学者花费大量的精力投入病虫害预测，诊断和防治研究中。
齐群，耿祖群，杜永波(2001)采用Sybase公司的Powerbuild 及其数据库系统开发了运行在windows95下的杨树害虫综合治理专家咨询系统。
2003年，王明红等开发的基于B/S结构“北京市农作物病虫害远程预警信息系统”，通过网络将用户和领域专家联系起来，实现了对病虫害灾害远程控制，及时防治的决策目标；徐云等根据我国茶区主要发生的32种病害和5种寄生性植物采用VisualBasic6.O语言开发了“茶树病虫害诊断与防治专家系统”，并取得了应有的效果；张春雨等以Visual later Dev为环境平台，SQL server 7.0为数据库管理系统开发了“枣病虫害诊断咨询专家系统”，系统涉及枣树生产中的31种病害和31种虫害的诊断知识；姚玉霞等将面向对象的知识表达法应用到“水稻病虫害诊治智能化专家系统”中，对水稻病虫鼠害的形态诊断与识别，取得良好的效果；李佐华等以delphi5.0为开发工具完成“温室番茄病虫害、缺素诊断与防治专家系统”的开发；对温室番茄的病害、虫害及非侵染性病害的有效控制进行了细致研究；周如军等采用VisualBasi 6.0和Authorware为开发工具，开发了“中草药病害诊断与防治多媒体专家系统”;系统主要研究内容是中草药病害的诊断与防治，并配有多媒体演示。
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。
农业专家系统—农业专家系统的应用
02
应用农业专家系统存 在的问题
农业专家系统的应用
二、应用农业专家系统存在的问题
01
专家系统所包含的内容不 全面，不能很好的满足农 民的需要。专家系统的开 发只是针对作物的某一生 长阶段，不能完全涵盖作 物生长的整个阶段，同时 也缺乏与生长相关因素的 综合考虑，以至于不能充 分发挥专家的作用。
02
专家系统在研制过程中没能 很好的考虑其服务对象，在 农业中开发的专家系统使用 对象只要是农民、科技人员 和基层管理人员，他们的计 算机水平普遍较低，不能熟 练的使用专家系统解决实际 生产中遇到的问题。
农业专家系统的应用
二、应用农业专家系统存在的问题
03
在农业中开发的专家系统一般 都是静态的，动态服务能力低， 时效性差。在农业生产中由于 受外界因素的影响，所以多变 因素复杂，有许多情况是事先 无法预料的，这就要求专家系 统具有适应动态变化的能力。 但是，目前在农业中的专家系 统一般都是静态的，知识更新 速度慢，这就要求专家系统必 须加强动态性建设。
目前的农业专家系统主要有：下几个品种:水稻、麦类、油
农业专家系统的应用 一、农业专家系统的应用领域
在粮食作物和经济作物中的应用
在粮食作物和经济作物上的应用较多，大部分应用在栽培管理、病虫害防治和后期管理上，有的还开发了适合当地条件的地域 性专家系统。如在小麦病虫害诊断上有古乐声等开发的专家系统，把CBR技术引入到小麦的病虫害诊断上，提高了解题能力，有 较高的求解效率和正确率。陈杰等构建了网络环境下的烟草生产专家系统，使专家系统能够更方便的为烟农提供生产指导、管 理和咨询服务。在张宏亮等开发的马铃薯专家系统中引入了遗传算法，很好的解决了和领域专家交流易产生随机性的问题等。
农业专家系统的应用 一、农业专家系统的应用领域
农业专家体系发展趋势
农业专家体系发展趋势1专家系统及其基本特征农业专家系统也可叫农业智能系统,是一个具有大量农业专门知识与经验的计算机系统。
它应用人工智能技术,依据一个或多个农业专家系统提供的特殊领域知识、经验进行推理和判断,模拟农业专家就某一复杂农业问题进行决策。
典型的专家系统主要由知识获取工具、知识库、数据库、推理机、解释机、人机交互接口几部分组成。
专家系统的主要特征是有一个巨大的知识库存储农业领域知识,而系统的控制级,通常表达成某种推理规则。
整个系统的工作是从知识库出发,通过控制机理,得到所需的结论。
即利用计算机来模拟某领域专家或专家群体在解决某些任务时所具有的技能,对各种实际问题给出高水平的解答。
对农业生产管理给出决策指导。
2农业专家系统的作用及发展现状2.1农业专家系统的作用我国地域辽阔,气候多样,各地生产条件千差万别,不同作物、不同品种均需要根据当地实际情况,因地制宜地进行管理。
要求必须很好地协调处理好高产、优质、高效的关系,最大限度地利用好各种资源,保护生态环境,实现可持续发展。
农业专家系统为各种单项农业技术提供先进的集成平台,将各种农业技术有机结合起来,帮助农民因地制宜地正确使用各项农业技术,实现生产的科学管理。
农业生产的复杂性和生态区域性决定了必须有一个健全而庞大的推广体系。
在现代农业经营体制下,建立高效的农业技术推广体系、加速科技成果转化,是当前农业科技工作中必须解决的一个重要问题。
信息技术可以为推广体系和广大推广人员提供最先进的工具和技术手段,利用其在传播信息和知识方便、快捷、可大量复制的特点,将大量科技成果迅速传播到农民手中,实现大范围的应用,弥补和克服农业科技人员短缺的问题,改变传统的农业科技推广模式,从而大大促进农业技术成果转化和生产的发展,促进当地生产组织方式科学化。
随着农业种植和养殖业结构的调整,优质高效的经济作物日益受到重视,成为新的投资热点。
农业市场的对外开放(加入WTO),国外大量的新品种、新技术进入国内,同时国内的“名、特、优、新”农产品也不断出现,迫切需要快速获取和更新种养信息,适应复杂多变的市场变化,以提高效益。
基于互联网的农业专家系统发展研究
提 高， 已从单一的病虫害诊断转 向生产管理 、 经济分 析与决策 、 生态环境等 ， 尤其 以美国、 日本和欧洲国家
最 为突 出 。
上的任何用户都可以对系统 中的知识库进行更新 。 使
专家系统的知识量大大增加， 进而加强了专家系统的
收稿 日期 ：０ １ ０ — １ ２ １－ ５ １
分析能力。通过手机平 台， 用户在田间地头也可随时
作者简介 ： 李志达 （９ ）男， １８ ， 助理讲师 ， 网络工程师 ， 系统安 全工程师 ， 从事计算机科学技术方面的研 究。
进行信息查询。通过互联 网这个平台 ， 用户可以更好 地与各地 的专家就务农 中出现 的实际问题进行很好
１６ ３
农 业科技 与 装备
２ １ 年 ６月 ０１
２ 农 业专家 系统 网络化的现实意义
目前 。 随着计算机网络的迅速发展和互联网技术
的 日趋 成熟 。 业专 家系 统 的网络 化成 为一 个很 重要 农
的研究课题 。将农业专家系统网络化 ， 可以更有效地
利用农业专家系统。互联网的特性便是资源的共享 ． 网络化的农业专家系统就像开放式的知识库 。 互联 网
专家 系统 一般 由知识库 、 据库 、 数 推理 机 、 释部 解
分、 知识获取这 ５部分组成 ， 中以知识库 （ 其 知识集 合 ）数据库 （ 、 反映系统的内外状态 ） 以及推理判断程 序（ 规定选用知识的策略与方式 ） 为核心。 专家系统 的
工作方式可简单归结为： 运用知识 ， 进行推理。 具体来说 ， 农业专家系统是运用人工智能知识工
程院召开了“ 农业信息工程发展战略研讨会” 香山科 。 学会议也 以 “ 植物生理生态过程模拟与信息农业” 为
农业专家系统发展的概况与前景
收稿日期:2006-04-24作者简介:孙曰波(1971—),男,山东威海人,潍坊职业学院讲师,硕士。
主要研究方向:园林植物栽培和设施园艺。
农业专家系统发展的概况与前景孙曰波1,赵淑秀2,李寿冰1(1.潍坊职业学院,山东 潍坊 2610412.诸城舜王街道办事处农技站,山东 诸城 262200)摘 要:本文简要论述了国内外农业专家系统的发展概况,提出我国农业专家系统发展中存在的问题,同时就农业专家系统的发展前景进行了阐述。
关键词:农业专家系统;发展概况;前景 中图分类号:C96文献标识码:A 农业专家系统(Expert Syste m ,简称ES )也可以叫智能系统,是基于知识的程序设计方法建立起来的计算机系统,是人类专家的一种模仿物,研制农业专家系统的目的是为了把农业专家多年积累的知识和经验,应用计算机技术,克服时空限制,在较短的时间内得以广泛的应用,使专家的知识和经验变为生产力。
专家系统应用在农业上的各个领域,涉及到作物生产管理、施肥、节水灌溉、品种选育、温室管理、病虫害防治、杂草控制、水土保持、森林环保、家畜饲养、食品加工、财务分析、农业机械选择、市场管理等方面,有些系统已成为商品进入市场。
以农业专家系统为主要内容的农业知识工程越来越为人们所认识,并有广阔的应用发展前景。
1 专家系统的发展1.1 产生阶段(1965年～1971年)1956年人工智能产生,为专家系统的诞生奠定了基础。
1965年～1968年美国Stanf ord 大学计算机系Feigenbau m 等人根据化合物的分子式及其质谱数据,研制出帮助化学家推断分子结构的计算机程序系统DENDRAL,获得极大的成功。
该系统解决问题的能力已达到专家水平,在某些方面甚至超过同行领域的化学家。
这标志着人工智能的一个新的研究领域—专家系统的产生。
1.2 成熟阶段(1972年～1977年)这一时期专家系统的观点逐渐被人们广泛接受,从而先后出现了一批卓有成效的专家系统,典型代表是1974年E .H.Shortliffe 等人研制的用于治疗感染性疾病的MYC I N 系统。
农业专家系统的发展现状及展望
!
农业专家系统的发展展望
我国农业正由传统农业向现代农业转变， 工厂
［)］ 潘全 文等 * 专家 系统 的基 本原理 和基 于 $+,-" 的 专家 系统设计与实现 ［.］ * 飞机设计 * )’’/0’/ ［1］ 张梅 * 作物栽培管理农业专家系统工 具 ［ 2］ * 河 北农业 大学硕士学位论 文 * )’’&
!
农业专家系统概述
对农业专家系统的定义至今没有统一的界定，
诺斯大学开发的大豆病虫害诊断专家系统 ./(012 34 是世界上应用最早的 专家系统。一个未经训 练 的普通人使用该系统能够识别大豆病虫害症状， 提 出方案。测试表明， 其诊断能力超过了真正的专家。 以后， 美国、日本、 英国、 荷兰、 澳大利亚、 加拿大等 国都相继开发了一些专家系统。到了 *# 年代中期， 研究从单一的病虫害诊断转向生产管理， 经济决策 和分析， 生态环境等。例如， 东京大学建成的西红柿 栽培管理专家系统就面向生产管理。 目前， 国外最成功的农业专家系统是美国农业 部农业研究局作物模拟研究所研制的棉花管理专家 系统 5 678(9 5 67::;8。 678(9 是在棉花植物生长模拟模型的基础上 发展起来的第一个基于 67::;8 模型的农业专家系 统。在研制过程中， 678(9 考虑了影响棉花生长的 多种因素， 在植物方面有根、 茎、 叶、 花蕾和棉桃； 在 土壤方面有水文、 肥力、 养分的传输、 阻抗、 水分释 放、 容重等； 在气象方面考虑了每日为基础的最高气 温、 太阳辐射、 降雨量等。 678(9 能在农场内为棉 花管理提供咨询， 以确定灌溉、 施肥、 施用脱水剂的 最佳方案。
农业专家系统应用现状与前景展望
施 肥 、品种选 择 、病 虫害 防治 、温 室管 理 、畜禽 饲料配 方 、水 土保 持、食 品加 工、财务 分析 、农 业机械 收 获等 方面 ， 可 以说 农业专 家系统 对整个农 业的发 展都具有深远影响叫。该文通过对农业 专 家系统的概念 介绍结合 国内外 的发 展现状 ，对其前景进行合理展望［２－３］。
Ｋｅｙ ｗ ｏｒｄｓ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｅｘｐｅ￣ ｓｙｓ一
ｔｅｒ ｎ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏ；Ｓｔａｔｕｓ；Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ
基金 项 目 中国烟草 总公 司资助 项 目 （１１０２００９０２０６５）；山东省烟草 专卖局 （公 司 ）资助 项 目 （合 同号 ２０１００１）。
ａｇｒ ｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｅｘｐｅ￣ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｅｘｉｓｔ— ｉｎｇ ｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ，ａｎｄ ａｌｓｏ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａ ｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍ ｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｅｘ— ｐｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ Ｃｈｉｎｅｓｅ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｉｎｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｂｅｔ－ ｔｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍ ｅｎｔ．
１．山东省 日照 市烟 草有 限责任 公 司，山东 日照 ２６２３００；２．中 国农 业科 学院研 究生 院 ，北 京 １０００８１；３．中 国农业科 学院烟草研 究所 ，山东青 岛 ２６６１０１；４．山 东省烟草 研 究院，山 东济南 ２５０１０１；５山东中烟工业有限责任公 司 ，山东济 南 ２５０１００
１ 应用现状 １．１ 国外 应 用 现 状
在 ２Ｏ世纪 ７０年代 末 ，美 国最早 开始 了农业专 家系统 的研究 ，当时仅 用于作物病虫害诊断。１ ９７８年 ，美国 伊利 诺斯大学开 发了大豆病虫 害诊断 专 家系统 ，这是世界 上应 用最 早的农 业 专 家 系 统 ］。 １ ９８２年 该 大 学 又 开 发 出了玉 米螟 对玉 米损 失预 测专 家 系统 唧。 ２０世纪 ８０年代 中期 ，随着农业信息技 术 的不 断发展 ，农业 专家系统 的的水 平在 国际上有 了很 大进步 ，尤 其以美 国、欧洲和 日本最为 突出。１ ９８６年 １ Ｏ 月 ，美 国研 制 出最成 功的一个农 业专 家 系统 Ｃｏｍａｘ／Ｇｏｓ—ｓｙｍ同，用 于 棉 田 管理和 病虫害防 治 ，为美国的棉 花产 业带来 了巨大的经济 效益。 目前该 系 统不 断升级 ］，推动 了棉花产业 的进一
农业专家系统应用的前景
农业专家系统应用的前景5．1 系统信息化发展随着农业信息技术的发展以及计算机辅助决策技术一数据库管理系统(Database management system，DBMS)、专家系统、管理信息系统(Management Infor．mation system，MIS)、决策支持系统以及3S(遥感系统Rs、地理信息系统GIS和全球定位系统GPS)等单项技术在农业领域应用的日渐成熟，专家系统与各项信息技术的组合与集成成为专家系统的总发展趋势。
5．2 综合型和专业型专家系统结合农作物生产受多方面因素的影响，时空差异和变异性较大，生产稳定性和可控性差，随时可能遭受气候、气象、病虫害等的侵袭。
为此，可以通过专业型专家系统进行主要因素的分析并结合综合型专家系统进行次要因素分析，两者结合能够更加全面有效服务于生产实践。
5．3 农业专家系统重视应用与开发相结合农业专家系统不仅强调应用，而且要重视在已有专家系统模板上进行二次及多次的开发，使得用户可以根据当地的实际情况创建适合自己的知识库和模型库，扩大专家系统的应用范围。
5．4 农业领域专家和软件开发专家结合农业领域专家的知识对于农业专家系统的质量至关重要，知识库规模的大小和知识的层次标志着一个农业专家系统质量的高低。
一个农业专家系统是农业领域专家知识和计算机领域专家知识的相结合的统一体，只有两方专家的密切合作，才可能开发出高质量高智能的农业专家系统。
5．5 营造良好的农业专家系统应用的外部环境目前，我国农村计算机的普及率低，由于资金、条件和培训对象文化程度等诸多因素的限制，推广和普及计算机依然存在着许多实际困难，与经济和社会发展的要求相差甚远，远远滞后于其他行业，与发达国家相比更显不足，从而也影响了农业专家系统的更进一步推广应用。
为此，必须从计算机技术培训人手，传播和普及计算机技术，并进一步在现有的通信技术体系中，减少农村缺乏网络服务商的服务及农民文化素质低等重大障碍，改善农民的条件。
农业专家系统发展的概况与前景
作者简介孙曰波(1971-),男,山东威海人,讲师,从事园林植物栽培和设施园艺的教研工作。
收稿日期2006-06-30农业专家系统(Expert System ,简称ES)也可以叫智能系统,是基于知识的程序设计方法建立起来的计算机系统,是人类专家的一种模仿物,研制农业专家系统的目的是为了把农业专家多年积累的知识和经验,应用计算机技术,克服时空限制,在较短的时间内得以广泛的应用,使专家的知识和经验变为生产力。
专家系统应用在农业上的各个领域,涉及到作物生产管理、施肥、节水灌溉、品种选育、温室管理、病虫害防治、杂草控制、水土保持、森林环保、家畜饲养、食品加工、财务分析、农业机械选择、市场管理等方面,有些系统已成为商品进入市场。
以农业专家系统为主要内容的农业知识工程越来越为人们所认识,并有广阔的应用发展前景。
1专家系统的发展1.1产生阶段(1965~1971年)1956年人工智能产生,为专家系统的诞生奠定了基础。
1965~1968年美国Stanford 大学计算机系Feigenbaum 等根据化合物的分子式及其质谱数据,研制出帮助化学家推断分子结构的计算机程序系统DENDRAL ,获得极大的成功。
该系统解决问题的能力已达到专家水平,在某些方面甚至超过同行领域的化学家。
这标志着人工智能的一个新的研究领域———专家系统的产生。
1.2成熟阶段(1972~1977年)这一时期专家系统的观点逐渐被人们广泛接受,从而先后出现了一批卓有成效的专家系统,典型代表是1974年E .H .Shortliffe 等研制的用于治疗感染性疾病的MYCIN 系统。
在此期间,知识组织形式、系统的人机接口、解释机制、知识的获取、不确定性推理等技术得到了进一步的发展和成熟。
1.3发展阶段(1978年以后)这一时期专家系统渗透到了非常广泛的领域。
第一个农业专家系统在美国的伊利诺斯大学诞生,我国的农业专家系统研究起步较晚,但发展较快。
自20世纪80年代也开始了农业专家系统的研究。
我国农业专家系统研究进展1
我国农业专家系统研究进展*李泉1,朱凤荣2(1.河南机电高等专科学校,河南新乡453000, 2.新乡学院,河南新乡453003)摘农业专家系统ES（Expert System），也叫农业智能系统，它是运用人工智能系统技术，使用计算机来模拟专家的思维，代替农业专家进行诊断、决策与规划的一个研究领域。
典型的农业专家系统主要由知识获取工具、知识库、数据库、模型库、推理机、数据接口等6 部分组成，它通过总结、收集农业领域知识和技术、各种试验数据及数学模型，模仿人类的解题策略，对问题进行分析推理得出结论，指导农业生产。
农业专家系统具备的主要功能有:一是在产前，能根据用户的生产条件、生产目的，因地制宜为用户提供最佳或较佳的产量指标、效益指标以及达到指标的优化技术方案;二是在生产中能对出现的问题，根据用户提供的信息进行推断，判断出问题出现的原因，并提供可行、有效的解决办法我国的农业专家系统研究始于20 世纪80 年代初，在80 年代初，浙江大学进行过的蚕育种专家系统的研究，中科院合肥智能所研制的施肥专家系统、中国农科院相断开发的品种选育专家系统，园艺专家系统，作物病虫预测专家系统等都进行了应用。
进入90 年代，我国的农业专家系统发展十分迅速，10 余年间我国先后推出5 个具有较高水平的农业专家系统开发平台，开发了156 个实用农业专家系统，涉及粮食、果树、蔬菜、畜牧等不同领域，推动了农业专家系统的发展，其中农业栽培专家系统作为发展成效最为显著的领域之一，先后出现了李旭等研制的小麦管理智能决策系统、张斌等研制的棉花综合管理专家系统、张跃彬等研制的云南省甘蔗栽培专家系统、廖桂平等研制的油菜优质高产高效栽培管理多媒体专家系统、肖冬根等研制的优质稻栽培管理专家系统、刘根深等研制的红毛丹施肥专家系统、杨燕等研制的保护地甜辣椒栽培管理专家系统。
此外，还有黄土旱源小麦生产综合管理专家系统、淮北小麦栽培专家系统、冬小麦苗情预报专家系统、小麦高产技术专家系统、花椰菜栽培专家系统，农业专家统的研究蓬勃发展。
我国农业专家系统研究应用与展望
文章编号:1001-3717(2003)03-0229-03我国农业专家系统研究应用与展望Ξ刘 滨1,位绍文2(1.青岛市市级机关东部管理中心,山东青岛266071;2.青岛市农业科学研究所)摘要:本文综合分析了近几年农业专家系统在我国的发展情况,提出了进一步发展值得关注的问题和建议。
关键词:农业;专家系统中图分类号:TP311.138 文献标识码:A 农业专家系统在我国经过十几年的跟踪、研究和开发,方兴未艾从无到有取得了相当大的进步。
有些已经直接应用于农业生产并产生了一定的经济效益和社会效益。
本文主要论述近几年我国农业专家系统研究与开发工作的进展,并对这一领域的进一步发展作出展望。
1 应用领域1.1 栽培技术应用于农作物辅助栽培的农业专家系统。
从多个角度直接或间接地服务于农业生产过程或部分环节。
农业专家系统直接应用于辅助栽培,主要是用计算机技术对农业知识、科研成果和实践经验进行整合,模拟农业专家为生产提供栽培技术指导[1]。
有的系统运用形态学方法识别作物形态性状,作为实施分类指导的依据,实现因苗管理[2]。
有的系统全方位综合栽培技术和经验知识,对栽培全过程各个环节提供指导,包括品种选用、播期决策、定植密度、轮间套作方式、合理施肥和病虫害诊断等[3～5]。
通过农业专家系统与GIS技术和数值模拟技术等手段相结合或集成能够提供更有效的辅助栽培技术支持。
顺应作物生长与环境相统一的规律,对栽培管理实施动态优化[6～9]。
1.2 植物保护农业专家系统在病虫害防治领域的应用在我国开展的较早,近几年又有一些深入的研究。
专家系统的功能从一般的病虫害诊断、防治进一步扩展到趋势预报和综合治理[10～12]。
杂草鉴别和防治的综合知识已经纳入专家系统的开发。
有的系统已经包含杂草鉴别、杂草生长特性、除草处方、农药特性等较全面的专家知识和功能[13]。
1.3 土肥水合理利用土壤适宜性评价对农业生产尤其是生产高效化非常重要,现已开发出GIS支持的土壤适宜性评价专家系统,通过推理模拟专家评价过程[14]。
专家系统在农业上的应用概况及前景
才专项基金项 目（ＲＣＺＸ一２００９一Ｏ１）） 作 者 简 介 ：石 琳 （１９８７一），女 ，山 西 大 同人 ，本 科 生 。 通讯作者 ：陈帝伊 （１９８２一），男 （满 ），河 北遵 化人 ，讲师 ，硕士 ，（Ｅ—
２０１ １年 １月
农 机 化 研 究
Hale Waihona Puke 第 １期 专 家 系 统 在 农 业 上 的 应 用 概 况 及 前 景
石 琳 ，陈帝 伊 ，马 孝义
（西北 农林 科 技 大 学 水 利 与 建筑 工 程学 院 ，陕 西 杨 凌 ７１２１００）
摘 要 ： 简 要 介 绍 了专 家 系统 的概 念 和 基本 特 征 ，并进 而提 出农 业 专 家 系统 的 概念 、结 构 和开 发 方 式 ，分 析 概 括
１ 农业专家 系统的概念和结构
１．１ 农 业专 家 系统 的概 念 农 业 专家 系统 是 应 用人 工 智 能技 术 ，根 据 农 业 领
域 的专 家 知识 、技 术 、实 验 数据 和数 学 模 型 ，模 拟 农业 专 家就 某 一复 杂农 业 问题进 行 启 发 式 推 理 、判 断 以及 决 策 的智 能 型计算 机 系统 。
了农 业 专 家 系统 在 国 内尤 其 是在 国 外 的应 用及 其 发 展 状 况 ，体 现 了农 业 专 家 系统 发 展 的快 速 性 、应 用 的广 泛性
和灵 活 性 以及 系 统 的可 扩 充性 ，并 结 合信 息 技 术 的 发 展 、计 算 机 不 断 普 及 等 方 面对 农 业 专 家 系统 的 发展 前 景进
农业专家系统发展现状
国际上农业专家系统的研究最早始于20 世纪70 年代末期的美国。
世界上第一个农业专家统就是由美国伊利诺斯( Illinois) 大学的植物病理学家和计算机专家共同开发的Plant/ DS(大豆病害诊断专家系统) 。
接着, 1983 年日本千叶大学研制出MTCCS(番茄病虫害诊断专家系统) 。
到了20 世纪80 年代中期,随着专家系统技术的迅速发展,农业专家系统也有了相当的发展,在水平和数量上都有了较大的提高。
农业专家系统也不再是单一的病害诊断系统,美国、日本、中国和许多欧洲国家都相继转向开发涉及生产管理、经济分析与决策、生态环境等方面的农业专家系统。
国外已经开发出不少成功的农业专家系统。
已见报道的有Mackinion 的COMAX/ GOSSYM(棉花生产管理) ,Roach 的POMME(苹果园管理) 和Fermanian 的DIES(用于乳牛管理)等(龙腾芳等,2003) 。
到1996 年为止,国际上的农业专家系统有近100 个,广泛应用于作物生产管理、灌溉、施肥、品种选择、病虫害控制、温室管理、牛奶生产管理、畜牧环境控制、土壤保持等方面,几乎包括了农业的各个方面。
许多系统已经得到应用,一部分已成为商品进入市场。
中国农业专家系统的研究,始于20 世纪80 年代初期,是国际上开展农业专家系统研究和应用比较早的国家之一。
中国于1989 年10 月研制成功了“砂姜黑土小麦施肥专家咨询系统”。
该系统由中国科学院合肥智能机械研究所与安徽省农科院土壤肥料研究所合作研制,在安徽省淮北10 多个县得到较大规模的应用。
随后,合肥智能研究所的“施肥专家系统”在全国推广到100 多个县,节约化肥30万t 以上,增产粮食50 万t ;中国农科院土肥所研制的“禹城小麦、玉米施肥专家系统”已推广了7 500hm2 ,增产小麦2 000 t 以上。
作为智能化农业信息技术的重要手段,农业专家系统在中国正在迅速发展,并将成为中国21 世纪农业现代化的重要内容。
农业专家系统研究展望
国 际 上 农 业 专 家 系 统 的 研 究
９ ２年 在 我 部 分 出 版 了 《 工 智 能 与 农 业 ： 农 药 数 据 库 检 索 数 据 。１ ９ 人
并 垒 砗 叶．－ 刊 ｔ ｒ 、 鼍 荔 署 霸 眉 室
始于 ２ ０世 纪 ７ ０年 代 末 ， ９ ８年 美 精 农 技 术 与 尖 端 技 术 》一 书 并 提 出 国 黄 山 举 行 的 国 际 农 业 专 家 系 统 １７ 国 伊 利 诺 大 学 开 发 出 大 豆 病 虫 害 全 面 实 施 计 划 ，基 于 这 个 计 划 日 本 会 议 上 ， 来 自 １ 个 国 家 的 代 表 介 ４ 诊 断 系 统 Ｐ Ａ ／ ｄ ，它 是 世 界 上 研 制 出 了 若 干 农 业 专 家 系 统 ，如 东 绍 了 各 国 的 农 业 专 家 系 统 ， 如 美 Ｌ ＮＴ ｓ 例 最 早 的 农 业 专 家 系 统 ， 早 期 开 发 京 大 学 西 红 柿 栽 培 管 理 专 家 咨 询 国 农 业 部 农 业 研 究 中 心 的 ＣＯ Ａ— 的 农 业 专 家 系 统 主 要 是 用 于 农 作 系 统 、 培 养 液 管 理 专 家 系 统 ； 千 叶 ＭＡ 系 统 改 进 版 ， 伦 比 亚 大 学 的 Ｘ 哥 物 的 病 虫 害 诊 断 。 如 １８ ９ ２年 开 发 大 学 利 用 原 ＭＩ Ｃ 工 具 开 发 了 茄 梯 田 专 家 系 统 ， 日 本 的 温 室 控 制 专 Ｃ Ｓ 的 玉 米 螟 虫 虫 害 预 测 专 家 系 统 子 等 几 种 作 物 的 病 害 诊 断 专 家 系 家 系 统 ，英 国 Ｅ Ｐ Ｔ 支 持 下 的 水 Ｓ ＲＩ Ｐ ￣ ／ｃ １ ８ Ｌ－ Ｔ Ｎ ｄ， ９ ３年 日 本 千 叶 大 学 统 、 花 卉 栽 培 管 理 支 持 系 统 、 庭 院 果 保 鲜 系 统 ，德 国 的 草 地 管 理 专 家 的西 红 柿 病 虫 害 诊 断 专 家 系 统 。 景 观 评 价 系 统 ；农 业 研 究 中 心 利 用 决 策 支 持 系 统 ，埃 及 农 垦 部 支 持 的
农业技术的发展现状与未来趋势研究
农业技术的发展现状与未来趋势研究近年来，随着科技的不断进步，农业技术也呈现出日新月异的发展趋势。
这一系列的技术创新不仅提高了农业生产效率，提供了更多的粮食和农产品，还推动了农村经济的发展。
本文将就农业技术的发展现状以及未来的趋势进行探讨。
首先，近年来农业技术的发展可以总结为四个方面：机械化、智能化、数字化和生态化。
机械化是农业技术发展的重要方向之一。
随着农业机械化的推广，传统的人工劳动被机械操作所替代，种植、收割、运输等环节的效率大大提高。
同时，新一代的农业机械设备也不断涌现，如智能化的播种机、喷药机等，使农民在农业生产过程中得到了更多的便利和效益。
智能化是农业技术发展的另一个重要方向。
随着信息技术的不断发展，人工智能、大数据等技术已经开始应用于农业领域。
通过无人机、遥感技术等，可以对农田进行精准监测，实现农作物的自动浇灌、施肥和病虫害防治等。
智能化的农业技术不仅提高了农作物的产量和质量，还减少了人工投入，减轻了农民的劳动负担。
数字化是农业技术发展的重要驱动力。
通过将农业数据进行数字化处理和分析，可以更好地了解土壤状况、气象变化等因素对农作物产量的影响。
同时，数字化还推动了农产品的溯源和安全保障，通过追溯技术，可以准确追踪到农产品的生产、加工和销售环节，确保农产品的质量和安全。
生态化是农业技术发展的必然趋势。
随着社会对生态环境的关注日益增加，农业生产也越来越注重节约资源、保护环境。
绿色种植、有机农业等生态化农业模式得到了广泛推广和应用。
此外，生态化还推动了生物技术的发展，如基因编辑技术的应用，可以提高农作物的抗病虫害能力，改善农作物的产量和质量。
展望未来，农业技术的发展将继续朝着智能化、数字化、生态化的方向前进。
首先，随着人工智能、大数据等技术的不断成熟和应用，智能农业将成为未来的发展趋势。
农业将更加依赖人工智能的决策支持系统，实现农作物的全程自动管理和监控。
其次，随着物联网、云计算等技术的发展，数字化农业将得到进一步提升和拓展。
农业专家系统研究
第一章前言1998年10月召开的中国共产党第十五届三中全会通过的《中共中央关于农业和农村工作若干重大问题的决定》明确指出，“推进农业科技革命，要在广泛运用农业机械、化肥、农膜等工业技术成果的基础上，依靠生物工程、信息技术，使我国农业科技和生产力实现质的飞跃，逐步建立起科技创新体系”。
新的农业科技革命以生物技术和信息技术为重要突破口。
计算机和信息技术的出现将大大改变农业高度分散、生产规模小、时空变异大、量化规模化程度差、稳定性和可控程度低等行业性弱点。
21世纪农业将是信息农业的时代，这一点已成为人们的共识。
计算机和信息技术以及与其相关的遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）技术对传统农业的现代化改造将产生深刻的影响，支撑着现代农业的发展。
在众多的农业信息技术中，以专家系统为代表的智能化农业信息技术的作用最为突出。
所谓农业专家系统，即是把分散的、局部的单项农业技术综合集成起来，经过智能化信息处理，它可针对不同的土壤和气候等环境条件，给出系统性和应变性强的各类农业问题的解决方案。
因而农业专家系统是一种高层次、多方面农业专家知识，并能模仿人类的推理过程，在计算机上以形象、直观的方式向使用者提供各种农业问题决策咨询服务的实用软件系统。
这是一支“永远不离开农村的专家队伍”。
由于农业专家系统的这些特点，使得农业专家系统在各国农业的信息化和产业化的过程中得到了广泛的应用。
世界上应用最早的农业专家系统是70年代美国Illinois大学开发成功的大豆病害诊断专家系统（Plant/ds）。
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。
农业专家系统的问题与发展
农业专家系统的问题与发展摘要：本文分析了进入新世纪以来我国农业专家系统应用状况、存在的问题，并对未来的农业专家系统发展前景进行了展望。
关键词：专家系统；计算机应用Abstract：This paper analyzed the applications and open questions of agricultural expert system in the new century in China，finally，had all expectation of the development prospect for the future agricultural expert system．Key words：expert system ；computer application我国加入了WTO，传统型农业面临巨大的挑战，因而必须依靠先进的科学技术，向信息化、现代化农业迈进。
而信息技术的广泛应用，为农业的发展提供了技术支持。
农业信息技术是21世纪高新技术应用于农业的关键技术之一，近二十年来在世界各国得以迅速发展。
农业专家系统是农业信息技术的一个重要组成部分，它是我国农业信息技术发展的突破口，对我国农业发展有着深远的影响。
农业专家系统也可叫农业智能系统，是一个具有大量农业专门知识与经验的计算机系统它应用人工智能技术，依据一个或多个农业专家提供的特殊领域知识、经验进行推理和判断，模拟农业专家就某一复杂农业问题进行决策。
目前国际上有近百个农业专家系统．广泛应用于作物生产管理、灌溉、施肥、品种选择、病虫害控制、温室管理、畜禽饲料配方、水土保持、食品加工、财务分析、农业机械选择等方面，有些系统已成为商品进入市场。
1.农业专家系统的演变国际上对农业专家系统的研究是从70年代末期开始的，当时仅用于诊断作物病虫害。
如1978年美国伊利诺斯大学开发的大豆病虫害诊断专家系统Plant／DS。
进入80年代以后，开发出了许多农业专家系统，如1982年美国伊利诺斯大学开发的玉米螟虫害预测专家系统Plant／OD，1983年日本千叶大学开发的MICCS-西红柿病虫害诊断专家系统，1986年美国农业部开发的COMAX／GOSSYM，Plant 等开发的农业管理专家决策支持系统CALEX，Lemmon 等开发了棉花生产管理专家系统，Zhu，Xin X等开发的作物生产过程中的水分处理专家系统等。
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农业专家系统研究进展及发展方向武向良1,2，高聚林1，赵于东2 ，裴喜春3，张春芳3（1内蒙古农业大学农学院，呼和浩特010010；2 内蒙古农牧业厅信息中心，呼和浩特010010；3内蒙古农业大学，呼和浩特010010）摘要：概括了国内外农业专家系统的发展过程，提出了专家系统发展的四个阶段，分别为单功能农业专家系统、多功能农业专家系统、基于模型的农业专家系统、智能农业专家系统。
根据分析，在今后的专家系统发展过程中，“3S”技术、虚拟作物技术、数据挖掘技术将会给农业专家系统发展注入新的活力。
同时基于数据挖掘的农业专家系统比较适合我国的国情，应成为我国农业专家系统的主要发展方向。
关键词：专家系统；数据挖掘；“3S”技术；虚拟技术Agricultuer expert system research progress and development directionwuxiangliang1,2gaojulin1zhaoyudong2peixichun3zhangchunfang3(1 Agricultural institute of Inner Mongolian Agriculture University,huhhot 010010,China; 2 Inner Mongolian animal husbandry hall information center ; 3 Inner Mongolian Agriculture University ) Abstract: Summarized the domestic and foreign agronomist system developing process, proposed the expert system development four stages, respectively be single purpose agriculture expert system, multi-purpose agriculture expert system, based on model agronomist system, intelligence agriculture expert system. According to the analysis, in the next expert system developing process, “3S” technical, the hypothesized crops technology, the data mining technology will be able to give the agriculture expert system development to pour into the new vigor. Meanwhile based on the data mining agronomist system quite suitable our country's national condition, should become our country agriculture expert system the main development direction.Key word: Expert system; Data mining; “3S” technology; Hypothesized technology0 引言人工智能(Artificial Intelligence)被誉为20世纪的三大科学技术成就之一。
20世纪60年代中期诞生了第一代专家系统(Expert System)，使得人工智能的研究从实验室走向了现实世界[1]。
国际上农业专家系统的研究是在70年代末期开始的[3]，以美国为最早。
经过近30年的发展，结合先进的信息技术呈现出智能化的发展趋势。
1 农业专家系统的研究进展20世纪80年代以来，随着信息技术的迅速发展，农业专家系统在国际上有了较大发展。
从分布区域看，美国占绝大部分，几乎占80%；从应用领域看，涉及到作物栽培、施肥、病虫害防治、杂草控制、森林环保、家畜饲养、农业经济效益分析、储存管理、市场管理等方面。
农业专家系统是农业专家知识和信息技术相结合的产物，随着信息技术的发展农业专家系统发展呈现四个阶段。
第一阶段，单功能农业专家系统(SPAES)该阶段是农业专家系统的起始阶段，时间是70年代末到80年代初。
当时CPU主频低（1978年6月，处理器68020的主频仅为16MHz），数据处理能力低,关系数据库也刚刚起步[2，4],因此该阶段农业专家系统功能单一，只相当于某一领域专家，解决特定问题，如病虫害防治、灌水管理、危害预测等。
如1978年美国伊利诺斯大学(Illinois University)开发的大豆病虫害诊断专家系统,是世界上应用最早的农业专家系统；美国California大学1981年开发的灌水管理专家系统。
1作者简介：武向良(1979-)，男，内蒙古农业大学农学院博士生，研究方向：作物优化栽培及决策系统。
E_mail:wxler@ 通讯作者：高聚林（1964-），男，教授，博士生导师，内蒙古农业大学农学院，研究方向：作物优化栽培及决策系统。
E_mail:gaojulin@第二阶段，多功能农业专家系统（MPAES）到了20世纪80年代中期，计算机的处理器性能有所提高(1989年4月，处理器486DX4/100主频达到100MHz)，关系数据也有较大发展[2，4]，此时专家系统在功能上已从解决单一问题的病虫害诊断等转向解决农业生产管理、经济分析、辅助决策、环境控制等综合问题。
该阶段专家系统能实现多功能，相当于多领域专家的结合，解决多个领域的复杂问题。
如东京大学的西红柿栽培管理专家咨询系统,温室黄瓜栽培管理专家系统[5],6种温室蔬菜病、虫和营养失调诊断专家系统。
第三阶段，基于模型的农业专家系统（MBAES）20世纪60年代开始了作物生长模拟模型研究。
80年代，随着模拟模型技术的逐渐成熟，计算机处理性能和数据库技术进一步发展，形成了以作物生长模拟模型为核心，将模拟与优化相结合并与有关领域专家知识融合，形成基于模型的专家系统。
该阶段专家系统很好的利用了计算机技术结合作物模拟模型，增强了专家系统的机理性和决策功能，充分体现了数据库、模拟模型、知识库、推理机的有机结合[6]。
具有解释能力强、应用面宽、考虑的影响因子多和易于控制等优点，其功能主要是提供目标、动态、定量与优化决策[7]。
具有代表性的是80年代美国农业部推出的棉花综合管理专家系统(COMMAX/GOSSYM)。
它是一个机理性很强的棉花生长模型，它依据植株碳氮平衡、热量和水分平衡等原理，将温、光、降水等气象要素作为驱动变量，将土壤理化性状和肥水供应能力视为初变条件，对棉株的生长发育和产量形成进行动态分析，最终可模拟在不同气候、土壤条件下棉花的生育期和产量。
为棉花管理提供咨询,用于确定灌溉、施肥、施用脱叶剂和棉桃开裂剂的最佳方案[8，9]。
第四阶段，智能化农业专家系统（IAES）90年代以来，随着计算机技术、人工智能技术、数据库技术、3S技术以及自动化控制技术高速发展,农业信息技术进入了一个新的发展时期,开发出智能化农业专家系统。
智能化专家系统主要是各种智能技术在专家系统领域的集成，如人工神经网络、WEB技术、智能温室、“3S”技术，利用现代数据处理手段，对数据进行新的处理，很好的丰富了农业专家内涵，提高了专家系统精确度、智能化和实用性。
如1994年该系统在Windows环境下发展为AEGIS/Win；U.Singh等人运用CERES(CropEnvironmentResourceSynthesis)作物模拟模型与GIS相结合,建立了印度半干旱地区决策模式；温室自动控制系统和专家系统相结合的专家管理系统,能够及时为用户提供温室各种作物在不同时期生长所需要的最佳气候参数及栽培技术和措施,自动生成合理的控制方案,实现了人造气候的智能化管理[10,11]。
我国专家系统的研究起始于20世纪80年代初期。
由于发展较晚，赶上信息技术和计算机技术的迅猛发展，因此我国的专家系统发展阶段划分不是很明显，各种功能各领域专家系统交错出现，到90年代,我国农业专家系统的研究蓬勃发展，研制出了大量的智能化程度较高的专家系统。
如1980年，浙江大学与中国农科院蚕桑所合作,开发研究育种专家系统；1992年，中国农科院作物所赵双宁等研制开发的“冬小麦新品种选育专家系统”,应用于70年代亲本材料进行测试，所显示的结果与当年实际组配的杂交组合极为相似[13]；1998年，南京农业大学研发的小麦管理智能决策系统[15]；2002年，上海精准农业技术有限公司，精准农业管理决策支持系统的设计与实现[23]；2003年，郑向群，高怀友等利用数据挖掘技术对农业环境信息数据分析[20]；现今农业专家系统已触及我国农业领域的各个方面,为发展高产、优质、高效农业做出了贡献。
2 农业专家系统的发展方向由于农业生产过程及环境因子复杂，导致大部分农业专家系统的实用性和普及性较差。
主要原因如下：数据的采集不规范，没有统一标准；生产周期较长，采集多年数据需要较长周期；影响因素复杂，数据具有一定的偶然性。
农业专家系统在数据采集标准、方式和数据处理方面的研究尤为重要。
2.1 以“3s”技术为核心的精准农作专家系统美国20世纪80年代初提出精准农业的概念和设想。
90年代进入生产实际应用,部分技术和设备已经成熟和成型，目前处在研究发展阶段。
精准农业是要响应农田内作物生产条件的时空差异性,基于农田内小区土壤、作物、环境等的时空差异性信息,实施精细化定位农作管理[16]。
如施肥应根据农田内部各处的土壤肥力状况不同而不同，土壤养分较差的地方应该多施肥。
精准农业与传统农业相比，精准农业的主要特点是精确预测各生产单元所需生产要素的量与投入时间，在数字水平上对农业生产可视化表达和智能化控制，解决传统耕作方法的不足，实现变量投入，以减少投入，增大产出，减轻环境污染，实现农业生产效益的最佳化[17,18]，是实现农业可持续发展的重要途径之一。
精准农业将是今后农业集约化、持续化的发展方向，因此配套的专家系统研究尤为必要。
但精准农业需要完整的配套设备，技术和资金投入量大，而我国目前机械化和集约化水平不高，信息技术及其装备薄弱，农民素质不高，土地分散。
因此，精准农作专家系统在我国将是局部尝试性和科研性工作，大面积推广无论是在技术还是资金都将有一定困难。
2.2 虚拟作物专家系统20世纪60年代中期，开始了植物生长的计算机模拟研究。