劉忠慧

摘 要：水稻是我國主要糧食作物之一，水稻病害的防治是水稻種植過程中的主要任務(wù)，關(guān)于水稻病害診斷主要還是依靠農(nóng)業(yè)專家根據(jù)病害癥狀和癥狀部位進行人工診斷，這種診斷方式固然可靠，但需要大量的農(nóng)業(yè)專家親臨農(nóng)業(yè)生產(chǎn)第一線，但是由于植保專家的人數(shù)畢竟有限，而且工作任務(wù)比較繁忙，所以只能是在個別時間、地點才能實現(xiàn)，無法應(yīng)用到生產(chǎn)實際當(dāng)中去。

關(guān)鍵詞：病害診斷；專家系統(tǒng)；模糊綜合評價

中國是一個農(nóng)業(yè)大國，水稻是我國主要農(nóng)作物之一，水稻病害的自動診斷對農(nóng)作物的產(chǎn)量提高有著現(xiàn)實的意義。水稻病害診斷的實質(zhì)是一個故障診斷問題，但是與一般的設(shè)備故障診斷相比，由于水稻具有生命特征，其病害特征表現(xiàn)較一般設(shè)備復(fù)雜，難以用傳統(tǒng)的，確定性或統(tǒng)計性的方法對它進行直接綜合研究。在現(xiàn)階段認(rèn)識水平上，利用計算機技術(shù)，結(jié)合多學(xué)科定性定量整體結(jié)合法是解決問題的可行方法。

一、水稻病害診斷的方法技術(shù)理論研究

1. 水稻病害診斷概述

水稻是中國的主要糧食作物，種植面積和產(chǎn)量均占中國糧食的首位。60%的中國人以吃大米為主。防治水稻病害對保障糧食增產(chǎn)，具有重要的意義。據(jù)有關(guān)資料記載，全國水稻病害有四五十種。常見的病害有稻瘟病、紋枯病、惡苗病、細(xì)菌性條斑病、白葉枯病、稻曲病和稻粒黑粉病等。

農(nóng)民通過查閱水稻病害防治的書籍以及查看相關(guān)的病害圖譜，與實際發(fā)生的病害進行對照診斷。書籍上的知識和圖譜雖然科學(xué)可靠，但是農(nóng)民對書籍所描述知識的理解常常出現(xiàn)偏差，而且由于篇幅有限書中的病害圖譜也只是一些典型的癥狀，并無法隨時進行更新，從而造成誤診及延誤治療時機的狀況。

2.農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述和現(xiàn)狀分析

專家系統(tǒng)是人工智能應(yīng)用研究最活躍和最廣泛的課題之一，主要目的是要使計算機在各個領(lǐng)域中起人類專家的作用。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)是專家系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。專家系統(tǒng)是一個智能計算機程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。

目前，國內(nèi)外專家學(xué)者提出了很多專家系統(tǒng)的研究模型。其中較為流行的有基于規(guī)則的專家系統(tǒng)、基于案例的專家系統(tǒng)、基于框架的專家系統(tǒng)、基于模糊邏輯的專家系統(tǒng)、基于D一S證據(jù)理論的專家系統(tǒng)、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)和基于遺傳算法的專家系統(tǒng)等。

3.水稻病害診斷系統(tǒng)推理模型的理論研究

在自然科學(xué)或社會科學(xué)研究中，存在著許多定義不很嚴(yán)格或者說具有模糊性的概念。這里所謂的模糊性，主要是指客觀事物的差異在中間過渡中的不分明性，如某一生態(tài)條件對某種害蟲、某種作物的存活或適應(yīng)性可以評價為“有利、比較有利、不那么有利、不利”；災(zāi)害性霜凍氣候?qū)r(nóng)業(yè)產(chǎn)量的影響程度為“較重、嚴(yán)重、很嚴(yán)重”，等等。這些通常是本來就屬于模糊的概念，為處理分析這些“模糊”概念的數(shù)據(jù)，便產(chǎn)生了模糊集合論。

層次分析法是美國運籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂于上世紀(jì)70年代初，為美國國防部研究“根據(jù)各個工業(yè)部門對國家福利的貢獻(xiàn)大小而進行電力分配”課題時，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論和多目標(biāo)綜合評價方法，提出的一種層次權(quán)重決策分析方法，它合理地將定性與定量的決策結(jié)合起來，按照思維、心理的規(guī)律把決策過程層次化、數(shù)量化，這種方法的特點是在對復(fù)雜的決策問題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進行深入分析的基礎(chǔ)上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題提供簡便的決策方法，是對難于完全定量的復(fù)雜系統(tǒng)做出決策的模型和方法。

二、基于模糊推理的水稻病害診斷系統(tǒng)

1.水稻病害診斷專家知識的表示

據(jù)水稻病害診斷專家知識表示的分析，一級診斷涉及到的專家知識有水稻部位、水稻病害、每個部位出現(xiàn)的癥狀和癥狀相對于病害的權(quán)重，二級診斷以一級診斷的結(jié)果為知識，還包括部位的權(quán)重數(shù)據(jù)。這些專家知識要采取一定的形式表示和存儲，這樣才能被有效地存儲和檢索，在進行模糊推理時，才能被自動應(yīng)用于運算。

2. 水稻病害診斷系統(tǒng)推理機

水稻病害一級診斷推理機的設(shè)計主要是兩部分：專家知識的類結(jié)構(gòu)設(shè)計和推理機的類結(jié)構(gòu)設(shè)計。專家知識的類結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是水稻部位、水稻病害、水稻病害癥狀、水稻病害癥狀權(quán)重的類結(jié)構(gòu)設(shè)計。水稻病害二級診斷推理機的設(shè)計工作和一級診斷推理機的設(shè)計大致相似，仍為兩部分：專家知識的類結(jié)構(gòu)設(shè)計和推理機的類結(jié)構(gòu)設(shè)計。

三、水稻病害診斷系統(tǒng)的實現(xiàn)

基于推理模型的水稻病害診斷應(yīng)用系統(tǒng)涉及專家系統(tǒng)、水稻病害等多方面的理論和知識，系統(tǒng)的開發(fā)也涉及到軟件開發(fā)方面的多種技術(shù)。系統(tǒng)用戶管理主要管理用戶基本資料和用戶權(quán)限。為了保證系統(tǒng)資源只能由具備響應(yīng)權(quán)限的用戶來使用，本系統(tǒng)將用戶分為兩個級別，即普通用戶、管理員，只有管理員才可以對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行維護。用戶先選擇相應(yīng)的發(fā)病部位，再根據(jù)系統(tǒng)的癥狀描述，選擇相應(yīng)的癥狀。通過用戶的逐級篩選，系統(tǒng)給出診斷結(jié)果，并提供給用戶這種病害的防治方法，指出發(fā)病規(guī)律。

系統(tǒng)開發(fā)完成后在黑龍江農(nóng)墾總局友誼、軍川、八五二、八五六農(nóng)場進行了的示范推廣。通過在三個農(nóng)場專家系統(tǒng)為期一年的跟蹤示范推廣，示范區(qū)的水稻病害因防治措施恰當(dāng)合理，病害發(fā)生地塊的產(chǎn)量受到的影響明顯降低，不僅提升了稻米的品質(zhì)而且提高了生產(chǎn)資料的利用率，減少了過度使用農(nóng)藥對環(huán)境造成的污染。

四、結(jié)語

水稻是我國主要農(nóng)作物之一，水稻的產(chǎn)量在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位，水稻病害的自動診斷對農(nóng)作物的產(chǎn)量提高有著現(xiàn)實的意義，也是是農(nóng)業(yè)信息化的一個重要領(lǐng)域。論文針對水稻種植過程中病害的特點和病害診斷現(xiàn)狀，提出在水稻病害診斷中引入農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，應(yīng)用模糊理論，建立水稻病害診斷系統(tǒng)的推理模型，并在深入分析的基礎(chǔ)上，給出詳細(xì)設(shè)計和實現(xiàn)。

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