水产养殖专家系统的设计与实现
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(Key Laboratory of Genetic Breeding and Aquaculture Biology of Freshwater Fishes, Ministry of Agriculture, Freshwater Fisheries Research Center, Chinese Academy of Fishery Sciences, Wuxi Jiangsu 214081)
养前准备、生长期管理和收获期管理[15]。养前准备包 括养殖场地的选择、养殖池的配套建设、养殖池的清塘 消毒、生物饵料培养；生长期管理包括鱼苗的选择与放 养、水质管理及调控、饲料投喂、巡塘检查与管理、病害 防治；收获期管理包括捕捞和运输，见图 4。 1.2.3 专家知识查询模块 系统专家知识涵盖的知识面 较广，包含有生物学基础、基础设施、养成设施、育苗设 施、产前管理、投饵管理、水质管理、施肥管理、营养饲 料、病害防治、苗种运输、加工运输、育种技术、放养技 术、养成技术、收获技术等，系统提供特定品种的专家 知识查询。 1.2.4 经济分析模块 养殖户可以根据养殖面积、养殖 品种、养殖规格、养殖密度等因素，对养殖生产的成本、 养殖产量等进行分析预测。 1.2.5 系统配置模块 系统配置模块主要包括系统通信 端口配置、数据库管理系统配置和设备配置。通信端 口配置包括端口、波特率、数据位、校验位、停止位、流
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中国农学通报 http://www.casb.org.cn
态；如果控制设备是数据库管理系统，则控制状态实际 上是对数据库访问操作的工作状态。系统设备维护见 图 7。 3 结语
水产养殖专家系统具有如下特点： (1)标准的下位机 (数据采集传感器) 通信，支持国 内外主要厂商生产的具有 RS-485 通讯协议功能的在 线测量控制仪器设备。 (2)多指标采样数据处理，支持包括水位、水温、电 导率、总盐、溶解氧、pH、氧化还原电位(ORP)、浊度、硝 酸盐、叶绿素、氯化物、钠离子、钙离子、钾离子、氟化 物、气温、湿度等指标。 (3)海量的数据记录存贮，支持包括有 mySQL、
一般情况下，控制器工作的启动方式有自动和人 工二种工作方式，在自动方式下，采样设备（下位机传 感器）按采样周期间隔读取数据，将读取数据进行智能 化计算处理，并在阈值范围内显示自动处理结果，系统 按照处理结果自动给控制设备发送控制命令。而在人 工工作方式下，系统则按照人工设定的阈值范围进行 报警处理。如果控制设备是下位机，则控制状态是设 置报警上下限值或是控制继电器断开或连通设置状
养殖池的清塘消毒 生物饵料培养
鱼苗的选择与放养 水质管理及调控
饲料投喂
巡塘检查与管理
病害防治 捕捞
图 4 水产养殖生产流程
运输
控制等信息的配置；系统支持 mySQL、MS SQL、MS Access、dBASE、Paradox、FoxPro 和 Oracle 等主流关系 型数据库管理系统，进行系统数据的交换、处理与保 存，不同的数据库管理系统在进行数据库系统配置时 对参数的要求不同，包括保存类型、服务器、端口、数据 库、用户、密码等信息；设备配置主要配置采样设备和 控制设备的信息，包括采样地址、采样指标、采样值、采 样周期、保存周期、控制方式、阈值范围、控制误差等信 息。
基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金（中国水产科学研究院淡水渔业研究中心）资助项目（2009JBFB20）；国家 863 计划项目 “集约化水产养殖数字化集成系统研究与应用”（2008AA10Z227）。 第一作者简介：张红燕，女，1978 年出生，江苏启东人，助理研究员，硕士，从事渔业经济与信息技术研究。通信地址：214081 江苏省无锡市山水东路 9 号，中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，Tel：0510-85550245，E-mail：zhanghy@ffrc.cn。 通讯作者：袁永明，男，1961 年出生，江苏常熟人，研究员，从事渔业经济与信息技术研究。通信地址：214081 江苏省无锡市山水东路 9 号，中国水产 科学研究院淡水渔业研究中心，Tel：0510-85569021，E-mail：yuan@ffrc.cn。 收稿日期：2010-07-21，修回日期：2010-08-02。
0 引言 专家系统是应用人工智能技术，根据一个或多个
专家提供的在特殊领域内用以分析和解决问题的知 识、经验和方法，总结并形成规则，用软件的方式予以 实现，然后存贮起来。这样计算机就能利用这个软件， 通过系统与用户交互对话的方式，根据用户回答程序 的询问所提供的数据、信息或事实，运用系统存贮的专 家知识和经验，进行推理判断，模拟人类专家解决问题
1.2.6 在线帮助模块 在线帮助模块是对整个系统的使 用帮助，有助于使用者尽快掌握软件的使用方法，解决 系统使用中出现的疑难问题。 2 系统实现
此系统采用可视化软件开发工具 Visual C++；动 态链接库、ADO 及 ODBC 等多种数据库访问技术；LP、 NLP、GM、ANN 等多种模型方法初步实现了系统功 能，系统提供了特定品种养殖全过程专家知识库，用户 只要给出十分简单的问题，就可以找到所需要的问题
张红燕等：水产养殖专家系统的设计与实现
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图 5 专家知识查询
图 6 系统设备管理
答案，见图 5。 系统监控设备包括采样设备和控制设备，采样设
备通常是监测设备（传感器）或第三方监测系统，控制 设备可以是具有控制诸如增氧机、投饵机、水泵等功能 的下位机，通常具有继电功能。系统设备管理见图 6。
摘 要：为了提高水产养殖现代化管理水平，实现水产养殖自动化管理和控制，采用可视化软件开发工具
Visual C++，动态连接库、神经网络模型等技术，设计并实现了水产养殖专家系统。该系统包括水质环
境监控、养殖生产管理、专家知识查询、经济分析、系统设置和在线帮助等模块。系统能自动进行养殖环
境水质数据采集和数据记录，并根据不同的养殖对象、环境、方式和状况实时进行专业化智能数据分析
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监测区 1
传感 设备
控制 设备
监测区 2
传感 设备
控制 设备
……
RS-485 RS-485 集线器
RS-485 水质监控中心 图 3 水质环境监控模块结构
数据库管理系统
养前准备 生长期管理 收获期管理
养殖场地的选择
养殖池的配套建设
水产养殖专家系统主要有知识库、数据库管理系统、 解释器、推理机、人机交换界面组成，系统结构见图1。 1.2 系统功能模块
水产养殖专家系统主要分为水质环境监控模块、 养殖生产管理模块、专家知识查询模块、经济分析模
专家
人机交换界面
知识获取
知识库 图 1 专家系统结构
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用户
解释器 推理机
水产养殖专家系统
张红燕等：水产养殖专家系统的设计与实现
水产领域专家系统起步于 20 世纪 90 年代初，在水产养 殖、疾病诊断、渔业资源评估等方面研发了一些专家系 统[5]，如网络化淡水虾养殖专家系统[6-7]，鲟鱼养殖专家 系统[8]，鱼病诊断与防治专家系统[9-11]，渔业资源评估专 家系统[12-13]，在系统的功能，交互性，可操作性等方面取 得了一些进展。此系统是一个水产养殖经营者用于进 行生产计划、养殖管理和经济分析的计算机处理系统。 1 系统设计 1.1 系统结构
Abstract: In order to improve the aquaculture modern management and carry out the aquaculture automatic management and control, expert system for aquaculture was designed and implemented by using Visual C++, dynamic link library and neural network model and so on. The system included water quality monitoring, aquaculture production management, expert knowledge query, economic analysis, system settings, and online help and other modules. The system could acquire and record data on water quality of aquaculture environment automatically, and the received data were real-time analyzed and processed based on the different cultivation species, environment, farming system and condition. Finally, the system will send signal either for manual or automatic control according to the results of processing. Key words: aquaculture; expert system; database management system; knowledge base
水
养
专
经
系
在
质
殖
家
济
统
线
环
生
知
分
配
帮
境
产
识
析
置
助
监
管
查
模
模
模
控
理Biblioteka Baidu
询
块
块
块
模
模
模
块
块
块
图 2 系统功能模块
块、系统设置模块和在线帮助模块，见图 2。 1.2.1 水质环境监控模块 水质环境监控模块由支持 RS-485 协议的传感器、控制器、关系型数据库管理系 统、系统主控程序以及连接这些设备的集线器和通信 转换器组成，系统结构见图 3。RS-485 通信协议是由 美国电子工业协会（EIA）制订并发布的串口标准，它 是在 RS-422 基础上制定的，它允许多个发送器和接收 器 连 接 到 同 一 条 总 线 上 ，且 可 以 进 行 双 向 通 信 。 [14] RS-485 接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离 和多站能力等优点。系统通过传感设备能够实时收集 养殖环境水质数据，包括水温、pH、溶解氧、氨氮、水位 等指标，并能够自动控制渔用设备，包括增氧机、投饵 机、水泵等。用户可以根据不同厂商设备的性能价格 选择传感设备和控制设备，通过设备接口驱动和数据 库管理系统完成这些设备与系统主控程序之间的数据 采集、传送、处理及存储工作。 1.2.2 养殖生产管理模块 水产养殖生产流程一般分为
形成决策的过程，最后得出结论，给出建议，同时给出 该结论的可信度，以供用户决策参考[1-2]。它可以解决 那些需要专家才能解决的复杂问题，提出专家水平的 解决方案或决策，从而大大提高各类事物的管理和决 策水平，向着人类期望的高水平的系统目标迈进。
自从 Stanford 大学于 1968 年开发出第一个专家系 统 Dendral[3-4]，用于解决化学质谱分析问题以来，经过 40 多年的发展，专家系统已被运用到各个行业。中国
中国农学通报 2011,27(01):436-440 Chinese Agricultural Science Bulletin
水产养殖专家系统的设计与实现
张红燕，袁永明，贺艳辉，龚赟翀，王红卫
（中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，农业部淡水鱼类遗传育种和养殖生物学重点开放实验室，江苏无锡 214081)
处理，最后将处理结果及时输出作报警人工处理或全自动控制。
关键词：水产养殖；专家系统；数据库管理系统；知识库
中图分类号：TP182
文献标志码：A
论文编号：2010-2230
Design and Implementation of Expert System for Aquaculture Zhang Hongyan, Yuan Yongming, He Yanhui, Gong Yunchong, Wang Hongwei
养前准备、生长期管理和收获期管理[15]。养前准备包 括养殖场地的选择、养殖池的配套建设、养殖池的清塘 消毒、生物饵料培养；生长期管理包括鱼苗的选择与放 养、水质管理及调控、饲料投喂、巡塘检查与管理、病害 防治；收获期管理包括捕捞和运输，见图 4。 1.2.3 专家知识查询模块 系统专家知识涵盖的知识面 较广，包含有生物学基础、基础设施、养成设施、育苗设 施、产前管理、投饵管理、水质管理、施肥管理、营养饲 料、病害防治、苗种运输、加工运输、育种技术、放养技 术、养成技术、收获技术等，系统提供特定品种的专家 知识查询。 1.2.4 经济分析模块 养殖户可以根据养殖面积、养殖 品种、养殖规格、养殖密度等因素，对养殖生产的成本、 养殖产量等进行分析预测。 1.2.5 系统配置模块 系统配置模块主要包括系统通信 端口配置、数据库管理系统配置和设备配置。通信端 口配置包括端口、波特率、数据位、校验位、停止位、流
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态；如果控制设备是数据库管理系统，则控制状态实际 上是对数据库访问操作的工作状态。系统设备维护见 图 7。 3 结语
水产养殖专家系统具有如下特点： (1)标准的下位机 (数据采集传感器) 通信，支持国 内外主要厂商生产的具有 RS-485 通讯协议功能的在 线测量控制仪器设备。 (2)多指标采样数据处理，支持包括水位、水温、电 导率、总盐、溶解氧、pH、氧化还原电位(ORP)、浊度、硝 酸盐、叶绿素、氯化物、钠离子、钙离子、钾离子、氟化 物、气温、湿度等指标。 (3)海量的数据记录存贮，支持包括有 mySQL、
一般情况下，控制器工作的启动方式有自动和人 工二种工作方式，在自动方式下，采样设备（下位机传 感器）按采样周期间隔读取数据，将读取数据进行智能 化计算处理，并在阈值范围内显示自动处理结果，系统 按照处理结果自动给控制设备发送控制命令。而在人 工工作方式下，系统则按照人工设定的阈值范围进行 报警处理。如果控制设备是下位机，则控制状态是设 置报警上下限值或是控制继电器断开或连通设置状
养殖池的清塘消毒 生物饵料培养
鱼苗的选择与放养 水质管理及调控
饲料投喂
巡塘检查与管理
病害防治 捕捞
图 4 水产养殖生产流程
运输
控制等信息的配置；系统支持 mySQL、MS SQL、MS Access、dBASE、Paradox、FoxPro 和 Oracle 等主流关系 型数据库管理系统，进行系统数据的交换、处理与保 存，不同的数据库管理系统在进行数据库系统配置时 对参数的要求不同，包括保存类型、服务器、端口、数据 库、用户、密码等信息；设备配置主要配置采样设备和 控制设备的信息，包括采样地址、采样指标、采样值、采 样周期、保存周期、控制方式、阈值范围、控制误差等信 息。
基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金（中国水产科学研究院淡水渔业研究中心）资助项目（2009JBFB20）；国家 863 计划项目 “集约化水产养殖数字化集成系统研究与应用”（2008AA10Z227）。 第一作者简介：张红燕，女，1978 年出生，江苏启东人，助理研究员，硕士，从事渔业经济与信息技术研究。通信地址：214081 江苏省无锡市山水东路 9 号，中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，Tel：0510-85550245，E-mail：zhanghy@ffrc.cn。 通讯作者：袁永明，男，1961 年出生，江苏常熟人，研究员，从事渔业经济与信息技术研究。通信地址：214081 江苏省无锡市山水东路 9 号，中国水产 科学研究院淡水渔业研究中心，Tel：0510-85569021，E-mail：yuan@ffrc.cn。 收稿日期：2010-07-21，修回日期：2010-08-02。
0 引言 专家系统是应用人工智能技术，根据一个或多个
专家提供的在特殊领域内用以分析和解决问题的知 识、经验和方法，总结并形成规则，用软件的方式予以 实现，然后存贮起来。这样计算机就能利用这个软件， 通过系统与用户交互对话的方式，根据用户回答程序 的询问所提供的数据、信息或事实，运用系统存贮的专 家知识和经验，进行推理判断，模拟人类专家解决问题
1.2.6 在线帮助模块 在线帮助模块是对整个系统的使 用帮助，有助于使用者尽快掌握软件的使用方法，解决 系统使用中出现的疑难问题。 2 系统实现
此系统采用可视化软件开发工具 Visual C++；动 态链接库、ADO 及 ODBC 等多种数据库访问技术；LP、 NLP、GM、ANN 等多种模型方法初步实现了系统功 能，系统提供了特定品种养殖全过程专家知识库，用户 只要给出十分简单的问题，就可以找到所需要的问题
张红燕等：水产养殖专家系统的设计与实现
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图 5 专家知识查询
图 6 系统设备管理
答案，见图 5。 系统监控设备包括采样设备和控制设备，采样设
备通常是监测设备（传感器）或第三方监测系统，控制 设备可以是具有控制诸如增氧机、投饵机、水泵等功能 的下位机，通常具有继电功能。系统设备管理见图 6。
摘 要：为了提高水产养殖现代化管理水平，实现水产养殖自动化管理和控制，采用可视化软件开发工具
Visual C++，动态连接库、神经网络模型等技术，设计并实现了水产养殖专家系统。该系统包括水质环
境监控、养殖生产管理、专家知识查询、经济分析、系统设置和在线帮助等模块。系统能自动进行养殖环
境水质数据采集和数据记录，并根据不同的养殖对象、环境、方式和状况实时进行专业化智能数据分析
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中国农学通报 http://www.casb.org.cn
监测区 1
传感 设备
控制 设备
监测区 2
传感 设备
控制 设备
……
RS-485 RS-485 集线器
RS-485 水质监控中心 图 3 水质环境监控模块结构
数据库管理系统
养前准备 生长期管理 收获期管理
养殖场地的选择
养殖池的配套建设
水产养殖专家系统主要有知识库、数据库管理系统、 解释器、推理机、人机交换界面组成，系统结构见图1。 1.2 系统功能模块
水产养殖专家系统主要分为水质环境监控模块、 养殖生产管理模块、专家知识查询模块、经济分析模
专家
人机交换界面
知识获取
知识库 图 1 专家系统结构
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用户
解释器 推理机
水产养殖专家系统
张红燕等：水产养殖专家系统的设计与实现
水产领域专家系统起步于 20 世纪 90 年代初，在水产养 殖、疾病诊断、渔业资源评估等方面研发了一些专家系 统[5]，如网络化淡水虾养殖专家系统[6-7]，鲟鱼养殖专家 系统[8]，鱼病诊断与防治专家系统[9-11]，渔业资源评估专 家系统[12-13]，在系统的功能，交互性，可操作性等方面取 得了一些进展。此系统是一个水产养殖经营者用于进 行生产计划、养殖管理和经济分析的计算机处理系统。 1 系统设计 1.1 系统结构
Abstract: In order to improve the aquaculture modern management and carry out the aquaculture automatic management and control, expert system for aquaculture was designed and implemented by using Visual C++, dynamic link library and neural network model and so on. The system included water quality monitoring, aquaculture production management, expert knowledge query, economic analysis, system settings, and online help and other modules. The system could acquire and record data on water quality of aquaculture environment automatically, and the received data were real-time analyzed and processed based on the different cultivation species, environment, farming system and condition. Finally, the system will send signal either for manual or automatic control according to the results of processing. Key words: aquaculture; expert system; database management system; knowledge base
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专
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殖
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析
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查
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理Biblioteka Baidu
询
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图 2 系统功能模块
块、系统设置模块和在线帮助模块，见图 2。 1.2.1 水质环境监控模块 水质环境监控模块由支持 RS-485 协议的传感器、控制器、关系型数据库管理系 统、系统主控程序以及连接这些设备的集线器和通信 转换器组成，系统结构见图 3。RS-485 通信协议是由 美国电子工业协会（EIA）制订并发布的串口标准，它 是在 RS-422 基础上制定的，它允许多个发送器和接收 器 连 接 到 同 一 条 总 线 上 ，且 可 以 进 行 双 向 通 信 。 [14] RS-485 接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离 和多站能力等优点。系统通过传感设备能够实时收集 养殖环境水质数据，包括水温、pH、溶解氧、氨氮、水位 等指标，并能够自动控制渔用设备，包括增氧机、投饵 机、水泵等。用户可以根据不同厂商设备的性能价格 选择传感设备和控制设备，通过设备接口驱动和数据 库管理系统完成这些设备与系统主控程序之间的数据 采集、传送、处理及存储工作。 1.2.2 养殖生产管理模块 水产养殖生产流程一般分为
形成决策的过程，最后得出结论，给出建议，同时给出 该结论的可信度，以供用户决策参考[1-2]。它可以解决 那些需要专家才能解决的复杂问题，提出专家水平的 解决方案或决策，从而大大提高各类事物的管理和决 策水平，向着人类期望的高水平的系统目标迈进。
自从 Stanford 大学于 1968 年开发出第一个专家系 统 Dendral[3-4]，用于解决化学质谱分析问题以来，经过 40 多年的发展，专家系统已被运用到各个行业。中国
中国农学通报 2011,27(01):436-440 Chinese Agricultural Science Bulletin
水产养殖专家系统的设计与实现
张红燕，袁永明，贺艳辉，龚赟翀，王红卫
（中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，农业部淡水鱼类遗传育种和养殖生物学重点开放实验室，江苏无锡 214081)
处理，最后将处理结果及时输出作报警人工处理或全自动控制。
关键词：水产养殖；专家系统；数据库管理系统；知识库
中图分类号：TP182
文献标志码：A
论文编号：2010-2230
Design and Implementation of Expert System for Aquaculture Zhang Hongyan, Yuan Yongming, He Yanhui, Gong Yunchong, Wang Hongwei