安徽省桑樹病蟲害預(yù)測預(yù)報與診斷系統(tǒng)的研究

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與診斷系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能、專家數(shù)據(jù)庫設(shè)計與數(shù)據(jù)庫組織模型、系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計與系統(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)測報模塊、病蟲害案例模塊和遠程診斷模塊等構(gòu)成。系統(tǒng)采用基于專家知識前向型推理與基于病蟲害案例推理相結(jié)合的模式進行預(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、專家知識庫的維護、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;診斷;系統(tǒng)

當(dāng)前，對桑樹病蟲害的預(yù)測，主要是依據(jù)桑樹病蟲害的發(fā)生規(guī)律進行的。但這些需要對病蟲害進行長期的觀察研究后才能總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗，一般只有桑樹行業(yè)專家才能做到，因此對專家的依賴性很強。為此，本系統(tǒng)采用基于專家實踐知識的提煉而形成的專家?guī)?，利用專家的?jīng)驗進行啟發(fā)式推理，系統(tǒng)的知識庫和推理機是分開實現(xiàn)的，既能維護知識庫的靈活方便，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。

因為實際發(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)是動態(tài)的，并且能隨著時間的推移而不斷更新。另外，桑樹病蟲害的發(fā)生具有很強的地域性，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)驗和知識，但是由于他們在計算機方面的知識不足而不能將其知識和經(jīng)驗納入到專家系統(tǒng)中，造成資源的很大浪費。

因此，結(jié)合桑樹病蟲害的危害特點，開發(fā)一種動態(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)驗和相關(guān)知識的整理，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)計與開發(fā)

1.1 系統(tǒng)的整體設(shè)計

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，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 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)驗和知識)進行病蟲害的預(yù)測預(yù)報，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、病蟲害預(yù)測預(yù)報結(jié)果顯示、遠程診斷系統(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)知識庫的設(shè)計

1.2.1 系統(tǒng)知識庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)知識庫采用數(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)計結(jié)構(gòu)，各表之間相互連接，達到相互包容的關(guān)系。相應(yīng)病害、蟲害及案例存放在對應(yīng)的表中，病、蟲害表中的字段包括編號、名稱、病蟲害特征、病蟲害圖片等;案例表中的字段包括編號、名稱、案例簡述、案例詳細說明等;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)知識庫的設(shè)計內(nèi)容

1.2.2 系統(tǒng)知識庫的組織模型 專家?guī)熘械臄?shù)據(jù)知識庫分為描述型(非定量)知識和數(shù)值型(定量)知識2種，描述型知識在構(gòu)建過程不需要設(shè)定具體的數(shù)值，而數(shù)值型知識需要在構(gòu)建過程中設(shè)定出現(xiàn)的臨界值。系統(tǒng)將會根據(jù)病蟲害的特點以及相關(guān)的臨界數(shù)值生成相應(yīng)的發(fā)生條件組合，由系統(tǒng)自動統(tǒng)計分析，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)推理機制的實現(xiàn)

系統(tǒng)推理機制采用專家數(shù)據(jù)庫前向型推理與病蟲害案例推理相結(jié)合的方式實現(xiàn)，推理機不斷地從數(shù)據(jù)庫中獲取相關(guān)預(yù)測條件的描述知識，并提示用戶進行選擇輸入，將用戶輸入的條件與知識庫的相關(guān)條件進行比較，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

1.4.1 知識庫模塊 知識庫管理模塊的主要功能包括病蟲害等級管理(包括病蟲害等級信息的添加、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，分別對應(yīng)知識庫中的2種模式即描述型知識和數(shù)值型知識，描述型知識的用戶輸入是或否，數(shù)值型知識的用戶需要輸入一個實際測定值，輸入完成后，由推理機完成后續(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行推理的過程，對預(yù)測模塊中確認后的病蟲害案例進行案例推理。

另外就是案例的統(tǒng)計，統(tǒng)計包括系統(tǒng)中的預(yù)測準(zhǔn)確率統(tǒng)計和各種條件的組合病蟲害實際發(fā)生情況的統(tǒng)計。這一過程實際上就是案例學(xué)習(xí)的實施過程。統(tǒng)計結(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)生的時期及部位，由系統(tǒng)知識庫進行比對檢索，得到輔助圖片診斷和文字描述說明信息，達到準(zhǔn)確診斷的效果。

2 系統(tǒng)的特點

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

2.1 開放性

系統(tǒng)是一個完全開放的系統(tǒng)，利用系統(tǒng)知識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)需要以及實際情況更新病蟲害的知識庫，擴展更多的針對桑樹出現(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。其中的案例推理實際上就是知識獲取的過程，同時也是系統(tǒng)一個自學(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，要及時總結(jié)經(jīng)驗，對現(xiàn)有系統(tǒng)進行升級維護;同時，還要加大投入，對系統(tǒng)進行擴容升級，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)，如在安徽重點蠶區(qū)的桑園布設(shè)野外數(shù)字觀測器，實時將溫度、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時掌握全省蠶桑生產(chǎn)實時情況，對病蟲害的發(fā)生進行重點布防和有效診治。

［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］.計算機與農(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，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］.計算機工程與設(shè)計，2007，28(9):41－42.

［4］汪輝進.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.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(編號 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13A0617)。

李興(1981—)，男，安徽桐城，碩士，助理研究員。

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