北京地區(qū)蔬菜病蟲害遠(yuǎn)程診治專家系統(tǒng)ＶＰＲＤＥＳ的研究

邵　剛　李志紅　王維瑞　周琪訪　閻曉軍　鄭建秋　師迎春

摘要以軟件工程原理和專家系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用I．UBAN模型和JSP編程語(yǔ)言，通過構(gòu)建農(nóng)業(yè)病蟲害輔助診治推理機(jī)，研制了北京地區(qū)蔬菜病蟲害遠(yuǎn)程診治專家系統(tǒng)VPRDES。VPRDES是一個(gè)針對(duì)北京地區(qū)140余種蔬菜常見病蟲害進(jìn)行遠(yuǎn)程輔助診治和信息查詢、管理的網(wǎng)絡(luò)型專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)推廣北京地區(qū)主要蔬菜病蟲害的無(wú)公害治理技術(shù)、促進(jìn)衣戶合理用藥、提高蔬菜產(chǎn)品的安全性等具有重要作用。

關(guān)鍵詞植物保護(hù)學(xué)；蔬菜病蟲害；專家系統(tǒng)

中圖分類號(hào)S 436．6

專家系統(tǒng)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在農(nóng)業(yè)諸多領(lǐng)域的應(yīng)用引起人們廣泛重視。國(guó)內(nèi)與蔬菜生產(chǎn)相關(guān)的專家系統(tǒng)以蔬菜栽培管理方面的居多，沒有病蟲害診斷識(shí)別功能或僅將其作為部分功能，如重慶大學(xué)2001年研制的“多媒體蔬菜栽培專家系統(tǒng)MVPES”，該系統(tǒng)涉及了番茄、辣椒、黃瓜、榨菜等4種蔬菜的栽培管理技術(shù)，又如中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)2001年研制的“黃瓜溫室栽培管理專家系統(tǒng)”，該系統(tǒng)是一個(gè)針對(duì)溫室黃瓜栽培管理、病蟲害識(shí)別與防治的汁算機(jī)輔助決策系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)與蔬菜病蟲害治理相關(guān)的專家系統(tǒng)研究報(bào)道較少，且不適于在Internet上運(yùn)行，如李忐紅1997年研制的單機(jī)版系統(tǒng)“蔬菜害蟲輔助鑒定多媒體專家系統(tǒng)PestDiag"(計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記號(hào)為980756)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了蔬菜生產(chǎn)中80種主要害蟲的輔助鑒定；又如中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)與北京市農(nóng)業(yè)局2003年合作研制的單機(jī)版系統(tǒng)“蔬菜病蟲害可持續(xù)治理專家系統(tǒng)VPSMES”(計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記號(hào)為2003SR5962)，該系統(tǒng)采用多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，建立了輔助鑒定庫(kù)，支持用戶進(jìn)一步擴(kuò)展病蟲害種類和鑒定的特征信息；再如江蘇大學(xué)2003年研制的單機(jī)版系統(tǒng)“溫室番茄病蟲害、缺素診斷與防治系統(tǒng)”，該系統(tǒng)針對(duì)溫室番茄病蟲害和缺素癥進(jìn)行診斷，輔助用戶進(jìn)行防治。國(guó)外研制的蔬菜病蟲害專家系統(tǒng)多針對(duì)一種或幾種蔬菜的病蟲害，如希臘雅典農(nóng)業(yè)大學(xué)1997年研制的“VEGES”，該系統(tǒng)針對(duì)6種溫室蔬菜常見病蟲害，U為單機(jī)版系統(tǒng)；埃及農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)中心實(shí)驗(yàn)室2000年研制的“PCEST”，該系統(tǒng)僅針對(duì)番茄病蟲害；日本子葉大學(xué)1983年研制的“番茄病蟲害診斷專家系統(tǒng)MTCCS”等。北京地區(qū)蔬菜病蟲害的種類及防治方法與其他地區(qū)的情況不盡相同，上述軟件在很大程度上不能滿足北京地區(qū)的需要。為廠幫助北京地區(qū)廣大農(nóng)民實(shí)時(shí)地了解、獲取蔬菜病蟲害診治的知識(shí)和技術(shù)。幫助農(nóng)技人員將蔬菜病蟲防治新方法、新技術(shù)迅速地推廣到農(nóng)戶。本研究以“蔬菜病蟲害町持續(xù)治理專家系統(tǒng)VPSMES”為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)、開發(fā)北京地區(qū)蔬菜病蟲害遠(yuǎn)程診治專家系統(tǒng)(Vegetable Pest Remote Diagnosis Expert Sys—tem，VPRDES)。VPRDES通過Internet為廣大農(nóng)戶提供蔬菜病蟲害科學(xué)診斷和防治服務(wù)，對(duì)實(shí)時(shí)推廣北京地區(qū)主要蔬菜病蟲害的無(wú)公害治理技術(shù)、促進(jìn)農(nóng)戶合理用藥、提高蔬菜產(chǎn)品的安全性等具有重要作用。

1研究方法

本研究以軟件工程理論為指導(dǎo)思想、以LU—BAN模型為基本方法，以JSP--MSSQl。Server為軟件開發(fā)技術(shù)，結(jié)合北京地區(qū)蔬菜病蟲害的特點(diǎn)，進(jìn)行北京地區(qū)蔬菜病蟲害遠(yuǎn)程診治專家系統(tǒng)的研制。研究步驟包括6個(gè)階段，即需求分析階段、系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段、知識(shí)獲取與信息處理階段、原型開發(fā)與測(cè)試階段、診治庫(kù)和信息庫(kù)求精階段、系統(tǒng)集成應(yīng)用階段。

本研究所需要的主要軟件包括Sqi。Server2000(后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù))、Tomcat(JSP運(yùn)行引擎)、Win—dows2000 AdvancedServer(JSP運(yùn)行環(huán)境)、Dream—weaverMX(JSP開發(fā)環(huán)境、HTMI。頁(yè)面瀏覽軟件)、Photoshop6．0(圖像處理系統(tǒng))、Flash5．0(動(dòng)畫制作軟件)。

2系統(tǒng)研制與初步應(yīng)用

2．1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

北京地區(qū)蔬菜病蟲害遠(yuǎn)程診治專家系統(tǒng)是一個(gè)針對(duì)北京地區(qū)蔬菜常見病蟲害進(jìn)行遠(yuǎn)程輔助診治和信息查詢、管理的網(wǎng)絡(luò)型專家系統(tǒng)。VPRDES能夠?yàn)楦黝愑脩籼峁┯嘘P(guān)蔬菜病蟲害診治的遠(yuǎn)程服務(wù)，主要功能包括用戶管理、病蟲害信息查詢、病蟲害信息瀏覽、病蟲害輔助診治、病蟲害信息管理以及診治知識(shí)管理等。VPRDES包括140余種北京地區(qū)蔬菜生產(chǎn)中常見病蟲害的基礎(chǔ)信息，內(nèi)容涉及病蟲害名稱、寄主植物、危害特征、生活習(xí)性(發(fā)病規(guī)律)、尢公害防治措施以及形態(tài)特征(癥狀)等。

根據(jù)系統(tǒng)定義和用戶需求，對(duì)VPRDES總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。VPRDES后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)包括用戶庫(kù)、蔬菜病蟲信息庫(kù)、蔬菜病蟲診治庫(kù)、留言庫(kù)和公告庫(kù)。功能模塊由管理員端和客戶端模塊組成?？蛻舳斯δ苣K包括病蟲害瀏覽模塊、病蟲害查詢模塊、病蟲害診治模塊、咨詢發(fā)布模塊和公告瀏覽模塊。病蟲害瀏覽模塊通過調(diào)用蔬菜病蟲信息庫(kù)，支持用戶瀏覽所有病蟲害信息；病蟲害查詢模塊通過瀏覽子模塊直接調(diào)用信息瀏覽模塊，針對(duì)蔬菜病蟲信息庫(kù)，快速查詢所需的病蟲害信息；管理員端功能模塊包括用戶管理模塊、病蟲害信息管理模塊、病蟲害診治管理模塊、咨詢管理模塊和公告管理模塊，其中管理員端用戶管理模塊針對(duì)用戶庫(kù)直接控制所有管理員用戶信息記錄．病蟲害診治管理模塊針對(duì)蔬菜病蟲診治庫(kù)中所有記錄，對(duì)病蟲害診治過程中的病蟲鑒定特征信息進(jìn)行管理。

2．2推理機(jī)的實(shí)現(xiàn)

2．2．1知識(shí)獲取與知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建

VPRDES知識(shí)獲取的主要內(nèi)容是通過知識(shí)工程師和領(lǐng)域?qū)＜业膮f(xié)作將對(duì)分式病蟲檢索表轉(zhuǎn)化為病蟲診治知識(shí)庫(kù)表。本研究采用白板技術(shù)針對(duì)北京地區(qū)主要蔬菜病蟲害進(jìn)行輔助診治的知識(shí)獲取，首先整理、制作出蔬菜病蟲害對(duì)分式檢索表，然后根據(jù)對(duì)分式檢索表與知識(shí)庫(kù)結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將分類檢索表整理成知識(shí)庫(kù)表。

害蟲診治知識(shí)庫(kù)表包括中文名稱、特征描述、圖像名稱、肯定號(hào)碼、否定號(hào)碼、肯定結(jié)果、否定結(jié)果等字段(表1)。

現(xiàn)以害蟲輔助診治庫(kù)小4種蚜蟲的診治過程為例，說(shuō)明檢索表和知識(shí)庫(kù)表的對(duì)應(yīng)關(guān)系和轉(zhuǎn)化過程(表2、表3、表4)。

2．2．2推理機(jī)的實(shí)現(xiàn)和診斷結(jié)果的瀏覽

本系統(tǒng)采用5QI。浯言編碼操作診治知識(shí)庫(kù)通過推理機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)鑒定有害生物的過程。本系統(tǒng)的推理過程主要采用嵌套選擇結(jié)構(gòu)的方式，通過用戶對(duì)有害生物的特征逐步地進(jìn)行選擇判斷．直至得到鑒定結(jié)果(圖1)。

根據(jù)表3中的知識(shí)庫(kù)表。以害蟲輔助診治庫(kù)中瓜蚜的診治過程為例，說(shuō)明推理機(jī)的實(shí)現(xiàn)過程如下：

(前置號(hào)碼)＝1＼推理起點(diǎn)

汀(該類蚜蟲在十字花科蔬菜上危害，不在瓜類或豆類或茄子、菠菜等蔬菜上危害。)then

(旨定號(hào)碼)＝2＼符合該鑒定特征的推理路線

else

(否定號(hào)碼)＝3＼不符合該鑒定特征的推理路線

在害蟲輔助診治頁(yè)面(圖2)上，根據(jù)該鑒定特征的特征描述和特征圖像，由用戶判斷叮知瓜蚜不符合該鑒定特征，因此用戶將選擇“不具備本特征”，則推理機(jī)按照不符合該鑒定特征的路線進(jìn)診斷。

selectxfrom(輔助診治知識(shí)庫(kù)表)where(前置號(hào)碼)＝(否定號(hào)碼)＝3＼搜索下一級(jí)推理的起點(diǎn)；

(前置號(hào)碼)＝3＼下一級(jí)推理起點(diǎn)；

if(該蟲具有下述特征：該種蚜蟲帶有光澤，即有翅胎生雌蚜黑綠色帶有光澤，無(wú)翅胎生雌蚜黑色或紫黑色帶光澤；主要危害豆類蔬菜。該蟲不具有下述特征：該種蚜蟲不帶光澤，且蟲體顏色隨季節(jié)變化，夏季黃綠色，春秋墨綠色；主要危害瓜類和豆類蔬菜。)then

(肯定結(jié)果)＝(豆蚜)＼符合該鑒定特征的推理

終點(diǎn)else；

(否定結(jié)果)＝(瓜蚜)＼不符合該鑒定特征的推

理終點(diǎn)；

根據(jù)下一級(jí)推理鑒定特征的特征描述和特征圖像，由用戶判斷可知瓜蚜不符合該鑒定特征，因此用戶將再次選擇“不具備本特征”，則推理機(jī)按照不符合該鑒定特征的路線到達(dá)推理終點(diǎn)，診斷結(jié)果為瓜蚜。

用戶可以點(diǎn)擊病蟲害輔助診治頁(yè)面“瀏覽結(jié)果”進(jìn)入結(jié)果瀏覽頁(yè)面(圖3)來(lái)瀏覽瓜蚜的詳細(xì)信息。蟲害信息主要包括包括8項(xiàng)內(nèi)容，即中文名稱、英文名稱、寄主植物、特征圖像、生活習(xí)性、形態(tài)特征、危害特征和無(wú)公害防治措施。

2．3系統(tǒng)運(yùn)行與初步應(yīng)用

VPRDES已申請(qǐng)國(guó)家版權(quán)局計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記(登記號(hào)為2004SR06033)。目前本系統(tǒng)已經(jīng)投人初步應(yīng)用，運(yùn)行于北京市農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)子網(wǎng)中。在客戶端，普通農(nóng)戶可通過Internet對(duì)北京地區(qū)蔬菜常見病蟲害進(jìn)行信息查詢和遠(yuǎn)程診治；在服務(wù)器端，系統(tǒng)管理員對(duì)病蟲害后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)(信息庫(kù)和診治庫(kù))以及其他信息進(jìn)行管理。本系統(tǒng)客戶端訪問網(wǎng)址為：http：／／www．bjagri．gov．cn：8000／vprdes／in—dex．jsp。

3討論

3．1系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)問題

VPRDES最終目的是為北京地區(qū)廣大農(nóng)產(chǎn)提供蔬菜病蟲害信息查詢和輔助診治的服務(wù)。目前，該系統(tǒng)已在外網(wǎng)發(fā)布。在其運(yùn)行過程中，應(yīng)注意該系統(tǒng)的維護(hù)工作，特別是蔬菜病蟲害的最新動(dòng)態(tài)信息，如無(wú)公害防治方法等，應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行補(bǔ)充。因此，依托相關(guān)專家，并由專人負(fù)責(zé)病蟲害信息的收集、整理、錄入是該系統(tǒng)可持續(xù)運(yùn)行的保障。

3．2系統(tǒng)推廣應(yīng)用問題

VPRDES的應(yīng)用尚處于起步階段，為了發(fā)揮其最終服務(wù)農(nóng)戶的作用，應(yīng)關(guān)注、加強(qiáng)該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用工作。在推廣過程中，一要重視利用各種途徑對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行宣傳，使廣大用戶對(duì)其認(rèn)知度得到加強(qiáng)；二要重視系統(tǒng)應(yīng)用的培訓(xùn)工作，使廣大用戶真正掌握該系統(tǒng)的使用方法和技巧。