基于無線傳感網(wǎng)的蘋果精準(zhǔn)管理專家系統(tǒng)研究

王敏　張捐凈

摘要：根據(jù)蘋果種植精準(zhǔn)管理的要求，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)一套蘋果精準(zhǔn)管理專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)果園的遠(yuǎn)程監(jiān)控，圖形化顯示果園環(huán)境因子數(shù)據(jù)；結(jié)合專家知識(shí)，建立數(shù)學(xué)模型，可完成預(yù)測(cè)決策功能；進(jìn)行果園日常管理的信息維護(hù)、資料查詢，并具有良好的可擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：精準(zhǔn)管理；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；專家系統(tǒng)；蘋果

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2014）06-0039-03

目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理，已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。廣泛布置的傳感器自組成網(wǎng)，記錄作物生長(zhǎng)的各種環(huán)境參數(shù)，提供大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫，可備人們使用。如何利用這些數(shù)據(jù)來指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理，是目前需要解決的問題，而專家系統(tǒng)就可以用來分析和處理數(shù)據(jù)。

蘋果精準(zhǔn)管理專家系統(tǒng)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)而成，是網(wǎng)絡(luò)化精準(zhǔn)管理在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的生產(chǎn)指導(dǎo)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)精準(zhǔn)管理的前提是環(huán)境信息的自動(dòng)獲取和處理：底層的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)完成對(duì)設(shè)施光、溫、水、肥、氣五大環(huán)境因子的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制；上層專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的精準(zhǔn)管理。蘋果精準(zhǔn)管理專家系統(tǒng)可根據(jù)蘋果園大氣溫度，濕度、土壤溫度及濕度、光照強(qiáng)度等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，結(jié)合專家知識(shí)，進(jìn)行果園管理的預(yù)測(cè)決策，科學(xué)地指導(dǎo)果園生產(chǎn)。

1 蘋果管理需求分析

專家系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，讀取監(jiān)測(cè)得到的果園環(huán)境參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化顯示，供專家及果農(nóng)查看數(shù)據(jù)的時(shí)程曲線；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，通過氣象參數(shù)和果園立地條件參數(shù)的變化，利用計(jì)算機(jī)模擬，預(yù)測(cè)果園病蟲害發(fā)生動(dòng)態(tài)，監(jiān)控果園肥水豐缺程度，在必要情況下將預(yù)警和生產(chǎn)指導(dǎo)信息以短信方式發(fā)送到農(nóng)戶。

為了給用戶提供及時(shí)、準(zhǔn)確的管理決策，專家系統(tǒng)主要研發(fā)內(nèi)容包括：1） 準(zhǔn)確的環(huán)境因子信息查詢及圖形化顯示；2） 農(nóng)業(yè)知識(shí)的管理和推理模型的建立；3） 專家系統(tǒng)推理機(jī)制的實(shí)現(xiàn)；4） 系統(tǒng)的維護(hù)和調(diào)試及可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

從功能上劃分，蘋果精準(zhǔn)管理專家系統(tǒng)由實(shí)時(shí)監(jiān)控、果園日志、精準(zhǔn)管理、專家建議、病蟲害查詢、資料查詢、系統(tǒng)維護(hù)7個(gè)功能模塊組成（如圖1所示）。

1） 實(shí)時(shí)監(jiān)控基于地理位置進(jìn)行實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的圖形化顯示。根據(jù)查詢方式的不同，可實(shí)現(xiàn)基于地理位置網(wǎng)關(guān)信息的查詢顯示、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢及圖形化顯示、單環(huán)境因子數(shù)據(jù)的圖形化顯示、多環(huán)境因子數(shù)據(jù)的圖形化對(duì)比顯示。2） 精準(zhǔn)管理根據(jù)環(huán)境因子和專家知識(shí)進(jìn)行推理預(yù)測(cè)，產(chǎn)生預(yù)警和管理指導(dǎo)意見。3） 果園日志根據(jù)果園的立地條件，進(jìn)行果園基本信息的維護(hù)。4） 專家建議將專家的指導(dǎo)意見和預(yù)警信息發(fā)送至農(nóng)戶手機(jī)。5） 病蟲害查詢提供基于病蟲害名稱和發(fā)生時(shí)間的病蟲害信息庫查詢，提供相應(yīng)的發(fā)病特性、發(fā)生規(guī)律及預(yù)防措施。6） 資料查詢提供蘋果種植專業(yè)知識(shí)等資料信息的查詢。7） 系統(tǒng)維護(hù)是可防止突發(fā)情況下的服務(wù)器轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)庫更新等，以及方便系統(tǒng)的推廣。

根據(jù)實(shí)際需求，蘋果精準(zhǔn)管理專家系統(tǒng)的核心功能是圖形化顯示果園環(huán)境數(shù)據(jù)、結(jié)合專家知識(shí)完成預(yù)測(cè)決策功能，即實(shí)時(shí)監(jiān)控和精準(zhǔn)管理模塊。這兩部分功能的實(shí)現(xiàn)都是基于環(huán)境因子數(shù)據(jù)的。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 環(huán)境因子的獲取

環(huán)境因子數(shù)據(jù)包括大氣溫度、大氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度，數(shù)據(jù)由無線傳感器從蘋果園中采集獲取。每個(gè)無線傳感器感知節(jié)點(diǎn)上集成5種傳感器，開發(fā)選用的傳感器型號(hào)如表1所示。感知節(jié)點(diǎn)以無線多跳的方式自組織成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)獲取環(huán)境因子信息。環(huán)境因子信息通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)對(duì)信息進(jìn)行解析打包等簡(jiǎn)單處理之后，利用GPRS通信方式將其發(fā)送到數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)。專家系統(tǒng)通過訪問數(shù)據(jù)庫即可得到相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2 環(huán)境因子的圖形化顯示

實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)的時(shí)程曲線顯示完成當(dāng)前果園實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)（空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照）的圖形化顯示，同時(shí)能夠查詢歷史的環(huán)境數(shù)據(jù)并顯示。按照顯示方式的不同，可以基于網(wǎng)關(guān)地理位置切換顯示；或者按照環(huán)境因子和顯示區(qū)間進(jìn)行設(shè)置，可以單環(huán)境因子數(shù)據(jù)精確顯示，也可以多環(huán)境因子數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，為用戶提供靈活的顯示效果。這樣既方便用戶觀察果園的實(shí)時(shí)環(huán)境與歷史環(huán)境情況，又可以幫助農(nóng)業(yè)專家做出科學(xué)決策。實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)的時(shí)程曲線顯示利用NI Measurement Studio的圖形顯示控件，由實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示模塊、單因子數(shù)據(jù)顯示模塊、多因子數(shù)據(jù)對(duì)比顯示模塊組成。

1） 實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示區(qū)由兩個(gè)溫度計(jì)控件、兩個(gè)濕度計(jì)控件和靜態(tài)字符顯示控件組成。兩個(gè)溫度計(jì)用于實(shí)時(shí)顯示空氣溫度和土壤溫度；兩個(gè)濕度計(jì)用于顯示空氣濕度與土壤濕度；字符控件顯示詳細(xì)的空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照強(qiáng)度5種數(shù)據(jù)，以及當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)顯示相應(yīng)錯(cuò)誤的類型，方便糾錯(cuò)。系統(tǒng)每隔5 min訪問一次實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，用來更新最新的數(shù)據(jù)信息；同時(shí)檢查遠(yuǎn)程連接的情況，如果發(fā)生錯(cuò)誤則通過字符顯示控件輸出錯(cuò)誤信息，當(dāng)發(fā)生連接錯(cuò)誤時(shí)，實(shí)時(shí)控件的顯示數(shù)據(jù)為0。系統(tǒng)每隔5 s動(dòng)態(tài)更新繪制5種數(shù)據(jù)的當(dāng)日時(shí)程曲線圖。

2） 單因子數(shù)據(jù)顯示主要完成單一環(huán)境因子數(shù)據(jù)的時(shí)程曲線繪制?？娠@示一定時(shí)間的單一環(huán)境因子數(shù)據(jù)，有很高的精度，繪圖區(qū)比較大，可以進(jìn)行相應(yīng)的圖形操作。繪圖顯示采用NI公司的Measurement Studio中的ComplexGraph控件完成，可通過編程實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的圖像交互功能，如放大、移動(dòng)坐標(biāo)、歸位等。

3） 多因子數(shù)據(jù)對(duì)比顯示可以同時(shí)顯示5種環(huán)境數(shù)據(jù)，能觀察到一段時(shí)間內(nèi)各個(gè)環(huán)境因子之間的關(guān)系，方便專家根據(jù)多項(xiàng)環(huán)境因子的對(duì)照信息，進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)。繪圖使用5個(gè)Graph控件，并且創(chuàng)建5個(gè)獨(dú)立的plot對(duì)象（即畫圖對(duì)象），可以同時(shí)顯示5種數(shù)據(jù)，但只能對(duì)Graph控件做簡(jiǎn)單的交互，如移動(dòng)橫坐標(biāo)。

3.3 精準(zhǔn)管理

精準(zhǔn)管理根據(jù)果園的環(huán)境因子及作物的生長(zhǎng)情況，通過專家給定的預(yù)測(cè)模型（如花期預(yù)測(cè)模型、蘋果黑星病預(yù)測(cè)模型）進(jìn)行推理預(yù)測(cè)、產(chǎn)生預(yù)警和管理指導(dǎo)意見。此部分包括果園灌水管理、施肥管理、病蟲害管理、黑星病預(yù)測(cè)、花期預(yù)測(cè)，以及花期凍害、斑點(diǎn)落葉病、輪紋病、桃小食心蟲預(yù)警。系統(tǒng)將預(yù)警信息和管理指導(dǎo)意見以短信形式發(fā)送給農(nóng)戶，以便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)管理。

專家系統(tǒng)的推理需要豐富的專家知識(shí)，系統(tǒng)所使用的所有模型均來源于農(nóng)業(yè)專家提供的文獻(xiàn)資料和種植經(jīng)驗(yàn)。以蘋果黑星病的預(yù)測(cè)為例，說明精準(zhǔn)管理預(yù)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)。

蘋果黑星病預(yù)測(cè)模型是利用渭北旱塬的溫度、相對(duì)濕度、降雨量和蘋果黑星病流行程度等資料，采用逐步回歸分析法分析渭北旱塬蘋果黑星病流行的氣象因子，求得最優(yōu)回歸子集，并用前5年的資料建立多元線性回歸模型，見公式（1）。該模型只需要4月份的降雨量和前1年12月份的平均相對(duì)濕度就可進(jìn)行預(yù)測(cè)。由預(yù)測(cè)模型的來源可知，4月份的降雨量對(duì)蘋果黑星病的影響程度最大，因此蘋果黑星病預(yù)測(cè)系統(tǒng)設(shè)定在每年5月初進(jìn)行預(yù)測(cè)。該回歸模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率高，對(duì)渭北旱塬蘋果黑星病的防治具有一定的指導(dǎo)作用。

Y=3.077 20-0.054 96RH12+0.651 83R4 （1）

式中：Y為蘋果黑星病流行程度值；R4為該年4月份的降雨量，mm，R4∈[1.2，7.4]；RH12為前1年12月份的平均相對(duì)濕度，%，RH12∈[50.2，70.0]。

通過預(yù)測(cè)模型計(jì)算，得出流行程度級(jí)別值，再根據(jù)蘋果黑星病流行程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（見表2）進(jìn)行判斷，得出預(yù)測(cè)結(jié)果。

用戶在系統(tǒng)界面輸入當(dāng)年4月份的降雨量和前1年12月份的平均飽和濕度值，系統(tǒng)從遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫中讀取前1年12月份的平均空氣濕度，先求得12月份的相對(duì)濕度值，再通過預(yù)測(cè)模型計(jì)算，得出在殘差范圍內(nèi)的流行程度值，然后對(duì)照黑星病流行程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表即可得出最終預(yù)測(cè)結(jié)果。由此自動(dòng)生成的預(yù)測(cè)決策信息，以專家建議形式，自動(dòng)發(fā)送到農(nóng)戶手機(jī)。其他信息如果園灌水量、施肥量、病蟲害預(yù)測(cè)、花期預(yù)測(cè)等的預(yù)測(cè)功能也如此實(shí)現(xiàn)。

3.4 系統(tǒng)維護(hù)與擴(kuò)展

為了防止服務(wù)器轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)庫更新等突發(fā)情況，并方便系統(tǒng)的推廣，蘋果精準(zhǔn)管理專家系統(tǒng)設(shè)置了系統(tǒng)擴(kuò)展功能。具體包括：1） 服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫配置信息的修改。包括SQL Server服務(wù)器的名稱或IP地址、Database（數(shù)據(jù)庫）、用于向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器驗(yàn)證身份的UID（用戶ID）和PWD（密碼）。當(dāng)服務(wù)器轉(zhuǎn)移或更換、數(shù)據(jù)庫更新時(shí)，只需修改該配置信息，即可實(shí)現(xiàn)即時(shí)更新。2） 網(wǎng)關(guān)信息的維護(hù)。網(wǎng)關(guān)信息維護(hù)主要提供網(wǎng)關(guān)信息的添加、刪除、修改功能。信息包括網(wǎng)關(guān)名稱和網(wǎng)關(guān)所屬區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)。當(dāng)網(wǎng)關(guān)所屬區(qū)域的節(jié)點(diǎn)失效或者更換后，可以通過該接口，方便地進(jìn)行系統(tǒng)更新維護(hù)；系統(tǒng)推廣也只需要修改網(wǎng)關(guān)信息即可實(shí)現(xiàn)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

將蘋果精準(zhǔn)管理專家系統(tǒng)應(yīng)用于洛川蘋果示范園的監(jiān)控和精準(zhǔn)管理，長(zhǎng)期的良好運(yùn)行證明了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)應(yīng)用之后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蘋果園的全天候環(huán)境監(jiān)控，方便了異地農(nóng)業(yè)專家對(duì)果園的遠(yuǎn)程監(jiān)控，并且可以將自動(dòng)生成的生產(chǎn)建議以短信方式發(fā)送給果農(nóng)，進(jìn)行精準(zhǔn)管理。相對(duì)于傳統(tǒng)的人工測(cè)量，該系統(tǒng)大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，具有很強(qiáng)的應(yīng)用推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚偉瀚，王衛(wèi)星，肖國(guó)坤，等.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的茶園信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2010（7）：95-98.

[2] 楊愛潔，沈焱鑫，金丹娜，等.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的果園數(shù)字信息采集與管理系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程，2011（5）：37-41.

[3] 李美榮，杜繼穩(wěn)，李星敏，等.陜西果區(qū)蘋果始花期預(yù)測(cè)模型[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2009，30（3）：417-420.

[4] 胡小平，田雪亮，李隨院，等.渭北旱塬蘋果黑星病流行程度預(yù)測(cè)[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，35（10）：151-158.

3.3 精準(zhǔn)管理

精準(zhǔn)管理根據(jù)果園的環(huán)境因子及作物的生長(zhǎng)情況，通過專家給定的預(yù)測(cè)模型（如花期預(yù)測(cè)模型、蘋果黑星病預(yù)測(cè)模型）進(jìn)行推理預(yù)測(cè)、產(chǎn)生預(yù)警和管理指導(dǎo)意見。此部分包括果園灌水管理、施肥管理、病蟲害管理、黑星病預(yù)測(cè)、花期預(yù)測(cè)，以及花期凍害、斑點(diǎn)落葉病、輪紋病、桃小食心蟲預(yù)警。系統(tǒng)將預(yù)警信息和管理指導(dǎo)意見以短信形式發(fā)送給農(nóng)戶，以便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)管理。

專家系統(tǒng)的推理需要豐富的專家知識(shí)，系統(tǒng)所使用的所有模型均來源于農(nóng)業(yè)專家提供的文獻(xiàn)資料和種植經(jīng)驗(yàn)。以蘋果黑星病的預(yù)測(cè)為例，說明精準(zhǔn)管理預(yù)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)。

蘋果黑星病預(yù)測(cè)模型是利用渭北旱塬的溫度、相對(duì)濕度、降雨量和蘋果黑星病流行程度等資料，采用逐步回歸分析法分析渭北旱塬蘋果黑星病流行的氣象因子，求得最優(yōu)回歸子集，并用前5年的資料建立多元線性回歸模型，見公式（1）。該模型只需要4月份的降雨量和前1年12月份的平均相對(duì)濕度就可進(jìn)行預(yù)測(cè)。由預(yù)測(cè)模型的來源可知，4月份的降雨量對(duì)蘋果黑星病的影響程度最大，因此蘋果黑星病預(yù)測(cè)系統(tǒng)設(shè)定在每年5月初進(jìn)行預(yù)測(cè)。該回歸模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率高，對(duì)渭北旱塬蘋果黑星病的防治具有一定的指導(dǎo)作用。

Y=3.077 20-0.054 96RH12+0.651 83R4 （1）

式中：Y為蘋果黑星病流行程度值；R4為該年4月份的降雨量，mm，R4∈[1.2，7.4]；RH12為前1年12月份的平均相對(duì)濕度，%，RH12∈[50.2，70.0]。

通過預(yù)測(cè)模型計(jì)算，得出流行程度級(jí)別值，再根據(jù)蘋果黑星病流行程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（見表2）進(jìn)行判斷，得出預(yù)測(cè)結(jié)果。

用戶在系統(tǒng)界面輸入當(dāng)年4月份的降雨量和前1年12月份的平均飽和濕度值，系統(tǒng)從遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫中讀取前1年12月份的平均空氣濕度，先求得12月份的相對(duì)濕度值，再通過預(yù)測(cè)模型計(jì)算，得出在殘差范圍內(nèi)的流行程度值，然后對(duì)照黑星病流行程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表即可得出最終預(yù)測(cè)結(jié)果。由此自動(dòng)生成的預(yù)測(cè)決策信息，以專家建議形式，自動(dòng)發(fā)送到農(nóng)戶手機(jī)。其他信息如果園灌水量、施肥量、病蟲害預(yù)測(cè)、花期預(yù)測(cè)等的預(yù)測(cè)功能也如此實(shí)現(xiàn)。

3.4 系統(tǒng)維護(hù)與擴(kuò)展

為了防止服務(wù)器轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)庫更新等突發(fā)情況，并方便系統(tǒng)的推廣，蘋果精準(zhǔn)管理專家系統(tǒng)設(shè)置了系統(tǒng)擴(kuò)展功能。具體包括：1） 服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫配置信息的修改。包括SQL Server服務(wù)器的名稱或IP地址、Database（數(shù)據(jù)庫）、用于向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器驗(yàn)證身份的UID（用戶ID）和PWD（密碼）。當(dāng)服務(wù)器轉(zhuǎn)移或更換、數(shù)據(jù)庫更新時(shí)，只需修改該配置信息，即可實(shí)現(xiàn)即時(shí)更新。2） 網(wǎng)關(guān)信息的維護(hù)。網(wǎng)關(guān)信息維護(hù)主要提供網(wǎng)關(guān)信息的添加、刪除、修改功能。信息包括網(wǎng)關(guān)名稱和網(wǎng)關(guān)所屬區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)。當(dāng)網(wǎng)關(guān)所屬區(qū)域的節(jié)點(diǎn)失效或者更換后，可以通過該接口，方便地進(jìn)行系統(tǒng)更新維護(hù)；系統(tǒng)推廣也只需要修改網(wǎng)關(guān)信息即可實(shí)現(xiàn)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

將蘋果精準(zhǔn)管理專家系統(tǒng)應(yīng)用于洛川蘋果示范園的監(jiān)控和精準(zhǔn)管理，長(zhǎng)期的良好運(yùn)行證明了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)應(yīng)用之后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蘋果園的全天候環(huán)境監(jiān)控，方便了異地農(nóng)業(yè)專家對(duì)果園的遠(yuǎn)程監(jiān)控，并且可以將自動(dòng)生成的生產(chǎn)建議以短信方式發(fā)送給果農(nóng)，進(jìn)行精準(zhǔn)管理。相對(duì)于傳統(tǒng)的人工測(cè)量，該系統(tǒng)大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，具有很強(qiáng)的應(yīng)用推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚偉瀚，王衛(wèi)星，肖國(guó)坤，等.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的茶園信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2010（7）：95-98.

[2] 楊愛潔，沈焱鑫，金丹娜，等.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的果園數(shù)字信息采集與管理系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程，2011（5）：37-41.

[3] 李美榮，杜繼穩(wěn)，李星敏，等.陜西果區(qū)蘋果始花期預(yù)測(cè)模型[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2009，30（3）：417-420.

[4] 胡小平，田雪亮，李隨院，等.渭北旱塬蘋果黑星病流行程度預(yù)測(cè)[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，35（10）：151-158.

3.3 精準(zhǔn)管理

精準(zhǔn)管理根據(jù)果園的環(huán)境因子及作物的生長(zhǎng)情況，通過專家給定的預(yù)測(cè)模型（如花期預(yù)測(cè)模型、蘋果黑星病預(yù)測(cè)模型）進(jìn)行推理預(yù)測(cè)、產(chǎn)生預(yù)警和管理指導(dǎo)意見。此部分包括果園灌水管理、施肥管理、病蟲害管理、黑星病預(yù)測(cè)、花期預(yù)測(cè)，以及花期凍害、斑點(diǎn)落葉病、輪紋病、桃小食心蟲預(yù)警。系統(tǒng)將預(yù)警信息和管理指導(dǎo)意見以短信形式發(fā)送給農(nóng)戶，以便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)管理。

專家系統(tǒng)的推理需要豐富的專家知識(shí)，系統(tǒng)所使用的所有模型均來源于農(nóng)業(yè)專家提供的文獻(xiàn)資料和種植經(jīng)驗(yàn)。以蘋果黑星病的預(yù)測(cè)為例，說明精準(zhǔn)管理預(yù)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)。

蘋果黑星病預(yù)測(cè)模型是利用渭北旱塬的溫度、相對(duì)濕度、降雨量和蘋果黑星病流行程度等資料，采用逐步回歸分析法分析渭北旱塬蘋果黑星病流行的氣象因子，求得最優(yōu)回歸子集，并用前5年的資料建立多元線性回歸模型，見公式（1）。該模型只需要4月份的降雨量和前1年12月份的平均相對(duì)濕度就可進(jìn)行預(yù)測(cè)。由預(yù)測(cè)模型的來源可知，4月份的降雨量對(duì)蘋果黑星病的影響程度最大，因此蘋果黑星病預(yù)測(cè)系統(tǒng)設(shè)定在每年5月初進(jìn)行預(yù)測(cè)。該回歸模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率高，對(duì)渭北旱塬蘋果黑星病的防治具有一定的指導(dǎo)作用。

Y=3.077 20-0.054 96RH12+0.651 83R4 （1）

式中：Y為蘋果黑星病流行程度值；R4為該年4月份的降雨量，mm，R4∈[1.2，7.4]；RH12為前1年12月份的平均相對(duì)濕度，%，RH12∈[50.2，70.0]。

通過預(yù)測(cè)模型計(jì)算，得出流行程度級(jí)別值，再根據(jù)蘋果黑星病流行程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（見表2）進(jìn)行判斷，得出預(yù)測(cè)結(jié)果。

用戶在系統(tǒng)界面輸入當(dāng)年4月份的降雨量和前1年12月份的平均飽和濕度值，系統(tǒng)從遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫中讀取前1年12月份的平均空氣濕度，先求得12月份的相對(duì)濕度值，再通過預(yù)測(cè)模型計(jì)算，得出在殘差范圍內(nèi)的流行程度值，然后對(duì)照黑星病流行程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表即可得出最終預(yù)測(cè)結(jié)果。由此自動(dòng)生成的預(yù)測(cè)決策信息，以專家建議形式，自動(dòng)發(fā)送到農(nóng)戶手機(jī)。其他信息如果園灌水量、施肥量、病蟲害預(yù)測(cè)、花期預(yù)測(cè)等的預(yù)測(cè)功能也如此實(shí)現(xiàn)。

3.4 系統(tǒng)維護(hù)與擴(kuò)展

為了防止服務(wù)器轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)庫更新等突發(fā)情況，并方便系統(tǒng)的推廣，蘋果精準(zhǔn)管理專家系統(tǒng)設(shè)置了系統(tǒng)擴(kuò)展功能。具體包括：1） 服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫配置信息的修改。包括SQL Server服務(wù)器的名稱或IP地址、Database（數(shù)據(jù)庫）、用于向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器驗(yàn)證身份的UID（用戶ID）和PWD（密碼）。當(dāng)服務(wù)器轉(zhuǎn)移或更換、數(shù)據(jù)庫更新時(shí)，只需修改該配置信息，即可實(shí)現(xiàn)即時(shí)更新。2） 網(wǎng)關(guān)信息的維護(hù)。網(wǎng)關(guān)信息維護(hù)主要提供網(wǎng)關(guān)信息的添加、刪除、修改功能。信息包括網(wǎng)關(guān)名稱和網(wǎng)關(guān)所屬區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)號(hào)。當(dāng)網(wǎng)關(guān)所屬區(qū)域的節(jié)點(diǎn)失效或者更換后，可以通過該接口，方便地進(jìn)行系統(tǒng)更新維護(hù)；系統(tǒng)推廣也只需要修改網(wǎng)關(guān)信息即可實(shí)現(xiàn)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

將蘋果精準(zhǔn)管理專家系統(tǒng)應(yīng)用于洛川蘋果示范園的監(jiān)控和精準(zhǔn)管理，長(zhǎng)期的良好運(yùn)行證明了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)應(yīng)用之后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蘋果園的全天候環(huán)境監(jiān)控，方便了異地農(nóng)業(yè)專家對(duì)果園的遠(yuǎn)程監(jiān)控，并且可以將自動(dòng)生成的生產(chǎn)建議以短信方式發(fā)送給果農(nóng)，進(jìn)行精準(zhǔn)管理。相對(duì)于傳統(tǒng)的人工測(cè)量，該系統(tǒng)大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，具有很強(qiáng)的應(yīng)用推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚偉瀚，王衛(wèi)星，肖國(guó)坤，等.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的茶園信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2010（7）：95-98.

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