李 興 范 濤 陶 偉 韓文生 張景源

(1安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑研究所，安徽合肥 2 30061;2安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處，安徽合肥 2 30061;3合肥沐駿農(nóng)業(yè)科技有限公司，安徽合肥 2 30061)

安徽省桑樹病蟲害預(yù)測預(yù)報(bào)與診斷系統(tǒng)的研究

李 興1范 濤1陶 偉2韓文生3張景源1

(1安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑研究所，安徽合肥 2 30061;2安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處，安徽合肥 2 30061;3合肥沐駿農(nóng)業(yè)科技有限公司，安徽合肥 2 30061)

介紹了桑樹病蟲害測報(bào)與診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能、專家數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)庫組織模型、系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)介紹等。系統(tǒng)主要由專家數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)推理模塊、系統(tǒng)測報(bào)模塊、病蟲害案例模塊和遠(yuǎn)程診斷模塊等構(gòu)成。系統(tǒng)采用基于專家知識(shí)前向型推理與基于病蟲害案例推理相結(jié)合的模式進(jìn)行預(yù)測推理。各模塊的界面采用提示的方式引導(dǎo)用戶完成用戶數(shù)據(jù)的輸入、專家知識(shí)庫的維護(hù)、預(yù)測結(jié)果的顯示、案例庫的管理等操作。系統(tǒng)具有開放性、自學(xué)習(xí)功能和易操作性等特性。

桑樹;病蟲害;預(yù)測預(yù)報(bào);診斷;系統(tǒng)

當(dāng)前，對(duì)桑樹病蟲害的預(yù)測，主要是依據(jù)桑樹病蟲害的發(fā)生規(guī)律進(jìn)行的。但這些需要對(duì)病蟲害進(jìn)行長期的觀察研究后才能總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，一般只有桑樹行業(yè)專家才能做到，因此對(duì)專家的依賴性很強(qiáng)。為此，本系統(tǒng)采用基于專家實(shí)踐知識(shí)的提煉而形成的專家?guī)?，利用專家的?jīng)驗(yàn)進(jìn)行啟發(fā)式推理，系統(tǒng)的知識(shí)庫和推理機(jī)是分開實(shí)現(xiàn)的，既能維護(hù)知識(shí)庫的靈活方便，而且推理的過程也是透明的，系統(tǒng)給出的結(jié)論或建議便于用戶接受。

因?yàn)閷?shí)際發(fā)生的桑樹病蟲害是隨著環(huán)境、氣候等因素的變化而不斷發(fā)展變化的，即使是同一種病蟲害在不同地區(qū)或者受不同環(huán)境等因素的影響，發(fā)生的危害特征也在不斷變化，基于此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫、模型庫的建立應(yīng)是動(dòng)態(tài)的，并且能隨著時(shí)間的推移而不斷更新。另外，桑樹病蟲害的發(fā)生具有很強(qiáng)的地域性，全省范圍內(nèi)有一些常年工作在病蟲害綜合治理第一線的工作人員積累了大量的豐富經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，但是由于他們?cè)谟?jì)算機(jī)方面的知識(shí)不足而不能將其知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)納入到專家系統(tǒng)中，造成資源的很大浪費(fèi)。

因此，結(jié)合桑樹病蟲害的危害特點(diǎn)，開發(fā)一種動(dòng)態(tài)的、開放的病蟲害預(yù)測與診斷管理系統(tǒng)是十分必要的。不同地區(qū)的專家只要關(guān)注于自身經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)知識(shí)的整理，將整理好的資料上傳到專家系統(tǒng)中即可構(gòu)成適用于本地病蟲害預(yù)測的專家系統(tǒng)，同時(shí)也適用于通用病蟲害資料的上傳而構(gòu)成通用的病蟲害預(yù)測專家系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

1.1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

1.1.1 系統(tǒng)開發(fā)的軟硬件環(huán)境 系統(tǒng)開發(fā)的硬件環(huán)境為PC機(jī)，操作系統(tǒng)為Windows XP，開發(fā)工具為visual studio 2005，數(shù)據(jù)庫管理工具為 Oracle 9i。系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為windows XP/Windows 2000/Windows 2003等，數(shù)據(jù)庫為 oracle 8i、oracle 9i和 oracle 10g等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

1.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)開發(fā)需求分析，本系統(tǒng)主要是利用構(gòu)建的專家數(shù)據(jù)庫(包含不同地區(qū)專家提供的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí))進(jìn)行病蟲害的預(yù)測預(yù)報(bào)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是典型的專家系統(tǒng)，包括病蟲害信息庫、病蟲害預(yù)測預(yù)報(bào)模塊、病蟲害診斷模塊、病蟲害案例分析模塊和綜合防治技術(shù)管理等;系統(tǒng)功能包括數(shù)據(jù)庫維護(hù)、病蟲害預(yù)測預(yù)報(bào)結(jié)果顯示、遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)、用戶管理等(圖1)。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框架圖

1.2 系統(tǒng)知識(shí)庫的設(shè)計(jì)

1.2.1 系統(tǒng)知識(shí)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)知識(shí)庫采用數(shù)據(jù)庫和圖片庫文件夾2種模式保存。數(shù)據(jù)庫通過oracle 9i工具，并使用數(shù)據(jù)庫多表設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，各表之間相互連接，達(dá)到相互包容的關(guān)系。相應(yīng)病害、蟲害及案例存放在對(duì)應(yīng)的表中，病、蟲害表中的字段包括編號(hào)、名稱、病蟲害特征、病蟲害圖片等;案例表中的字段包括編號(hào)、名稱、案例簡述、案例詳細(xì)說明等;推廣表中的字段包括防治方法的類別、防治技術(shù)概述等(表1)。

表1 系統(tǒng)知識(shí)庫的設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.2.2 系統(tǒng)知識(shí)庫的組織模型 專家?guī)熘械臄?shù)據(jù)知識(shí)庫分為描述型(非定量)知識(shí)和數(shù)值型(定量)知識(shí)2種，描述型知識(shí)在構(gòu)建過程不需要設(shè)定具體的數(shù)值，而數(shù)值型知識(shí)需要在構(gòu)建過程中設(shè)定出現(xiàn)的臨界值。系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)病蟲害的特點(diǎn)以及相關(guān)的臨界數(shù)值生成相應(yīng)的發(fā)生條件組合，由系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析，得出相關(guān)病蟲害發(fā)生的概率和可能性，并顯示出來。

1.3 系統(tǒng)推理機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)推理機(jī)制采用專家數(shù)據(jù)庫前向型推理與病蟲害案例推理相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)，推理機(jī)不斷地從數(shù)據(jù)庫中獲取相關(guān)預(yù)測條件的描述知識(shí)，并提示用戶進(jìn)行選擇輸入，將用戶輸入的條件與知識(shí)庫的相關(guān)條件進(jìn)行比較，系統(tǒng)選擇出與數(shù)據(jù)庫中最為匹配的或者說概率最大的結(jié)果輸出，并顯示出來(圖2)。

圖2 系統(tǒng)推理流程圖

1.4 系統(tǒng)主要功能模塊的設(shè)計(jì)

1.4.1 知識(shí)庫模塊 知識(shí)庫管理模塊的主要功能包括病蟲害等級(jí)管理(包括病蟲害等級(jí)信息的添加、修改、刪除等功能)，添加條件的信息、描述的臨界值、預(yù)測預(yù)報(bào)條件描述及相應(yīng)的概率。

1.4.2 病蟲害預(yù)測模塊 該模塊的主要功能是為用戶提供輸入條件的接口、預(yù)測結(jié)果的顯示和案例庫的輸入等。用戶數(shù)據(jù)輸入接口是引導(dǎo)用戶完成數(shù)據(jù)條件的輸入，提供2種模式輸入，分別對(duì)應(yīng)知識(shí)庫中的2種模式即描述型知識(shí)和數(shù)值型知識(shí)，描述型知識(shí)的用戶輸入是或否，數(shù)值型知識(shí)的用戶需要輸入一個(gè)實(shí)際測定值，輸入完成后，由推理機(jī)完成后續(xù)推理工作。

1.4.3 病蟲害預(yù)測案例管理模塊 系統(tǒng)病蟲害預(yù)測案例主要是基于案例庫進(jìn)行推理的過程，對(duì)預(yù)測模塊中確認(rèn)后的病蟲害案例進(jìn)行案例推理。

另外就是案例的統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)包括系統(tǒng)中的預(yù)測準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)和各種條件的組合病蟲害實(shí)際發(fā)生情況的統(tǒng)計(jì)。這一過程實(shí)際上就是案例學(xué)習(xí)的實(shí)施過程。統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為未來案例預(yù)測的依據(jù)。

1.4.4 病蟲害診斷管理模塊 該模塊提供病蟲害發(fā)生的時(shí)期及部位，由系統(tǒng)知識(shí)庫進(jìn)行比對(duì)檢索，得到輔助圖片診斷和文字描述說明信息，達(dá)到準(zhǔn)確診斷的效果。

2 系統(tǒng)的特點(diǎn)

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)、推理機(jī)制及系統(tǒng)專家知識(shí)組織情況，該系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

2.1 開放性

系統(tǒng)是一個(gè)完全開放的系統(tǒng)，利用系統(tǒng)知識(shí)庫管理模塊可以定制適合于不同地區(qū)的病蟲害預(yù)測系統(tǒng)，并可根據(jù)需要以及實(shí)際情況更新病蟲害的知識(shí)庫，擴(kuò)展更多的針對(duì)桑樹出現(xiàn)的新的病蟲害預(yù)測。

2.2 自學(xué)習(xí)功能

系統(tǒng)采用了基于專家知識(shí)的前向型推理和基于案例推理相結(jié)合的方式構(gòu)建推理機(jī)。其中的案例推理實(shí)際上就是知識(shí)獲取的過程，同時(shí)也是系統(tǒng)一個(gè)自學(xué)習(xí)的過程，隨著案例數(shù)的增加，案例的預(yù)測數(shù)據(jù)更可靠，系統(tǒng)對(duì)病蟲害的預(yù)測準(zhǔn)確率就更高。

2.3 易操作性

系統(tǒng)采用提示性模式輸入相應(yīng)的病蟲害條件，從而方便用戶更加便捷、更加高效地掌握系統(tǒng)的使用，為系統(tǒng)的普及使用提供了便利。

3 結(jié)語

桑樹病蟲害預(yù)測診斷系統(tǒng)的有效應(yīng)用，將極大地提高安徽省桑園實(shí)際管理水平，完善桑樹病蟲害的預(yù)測診斷方式，極大地提高桑樹病蟲害的防治率。但是，隨著系統(tǒng)應(yīng)用的推廣深入，要及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)維護(hù);同時(shí)，還要加大投入，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容升級(jí)，構(gòu)建現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)模式的蠶桑專家預(yù)測診斷病蟲害系統(tǒng)，如在安徽重點(diǎn)蠶區(qū)的桑園布設(shè)野外數(shù)字觀測器，實(shí)時(shí)將溫度、濕度、天氣情況、土壤肥力等數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)上來，專家在辦公室即可實(shí)時(shí)掌握全省蠶桑生產(chǎn)實(shí)時(shí)情況，對(duì)病蟲害的發(fā)生進(jìn)行重點(diǎn)布防和有效診治。

［1］劉莉，宣洋，李紹穩(wěn)，等.農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)在作物病蟲害預(yù)防中的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)與農(nóng)業(yè)，2003，(5):11－14.

［2］張古豐，朱葉芹，翟保平.基于WebGIS的農(nóng)作物病蟲害預(yù)警系統(tǒng)［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23(2):176－181.

［3］杜雅剛，祿琳，王艷艷.基于模糊技術(shù)的大豆病蟲害診斷專家系統(tǒng)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007，28(9):41－42.

［4］汪輝進(jìn).茶樹病蟲害智能化防治專家系統(tǒng)研究與應(yīng)用［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(23):14 410－14 411 .

［5］姜中強(qiáng).基于Web的江西水稻病蟲害防治專家系統(tǒng)［D］.南昌:江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

S888.7

B

1007－0982(2014)02－0066－03

2014－01－15;

2014－03－07

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(編號(hào) CARS－22);安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院學(xué)科建設(shè)與宏觀農(nóng)業(yè)研究資金(編號(hào)13A0617)。

李興(1981—)，男，安徽桐城，碩士，助理研究員。

Tel:0551－62826593，E-mail:ahcss@sohu.com