奶山羊疾病防治專家系統(tǒng)研究

韓 宏，李偉衛(wèi)，王玉紅，蔣 娟，史懷平

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，陜西 楊凌712100；2.富平縣畜牧獸醫(yī)局，陜西 富平711700；3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，陜西 楊凌712100)

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奶山羊疾病防治專家系統(tǒng)研究

韓 宏1，李偉衛(wèi)1，王玉紅2，蔣 娟2，史懷平3

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，陜西 楊凌712100；2.富平縣畜牧獸醫(yī)局，陜西 富平711700；3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，陜西 楊凌712100)

奶山羊疾病防治專家系統(tǒng)是奶羊網(wǎng)的重要子系統(tǒng)之一，本系統(tǒng)通過奶山羊的外在表現(xiàn)進(jìn)行推理和判斷，然后模擬臨床診斷，為養(yǎng)羊戶提供一個(gè)便捷的診療平臺(tái)，幫助養(yǎng)羊戶處理奶山羊的各種常見疾病，以期建立一套完整的奶山羊疾病防治及技術(shù)服務(wù)體系，從而全面提高奶山羊生產(chǎn)水平，增加養(yǎng)羊戶的收入。

奶山羊；疾病防治；專家系統(tǒng)

奶山羊，即乳用品種的山羊，是經(jīng)過高度選育的優(yōu)良品種，產(chǎn)奶量高。羊奶營(yíng)養(yǎng)全面，是適合飲用和現(xiàn)代乳品工業(yè)的重要原料。目前我國(guó)有薩能羊、嶗山羊、關(guān)中羊等多個(gè)品種[1]。隨著我國(guó)奶山羊飼養(yǎng)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，羊奶也逐漸走進(jìn)了千家萬戶。但奶山羊的生病率也在逐漸提高，為農(nóng)戶帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如果能夠?qū)@些疾病進(jìn)行準(zhǔn)確診斷和有效防治，將為羊奶產(chǎn)量的提高起到重要的作用。然而，由于奶羊疾病的產(chǎn)生、發(fā)展的原因非常復(fù)雜，同時(shí)受到多方面因素的影響，因此對(duì)奶羊疾病的診治需要具有專業(yè)知識(shí)的人員進(jìn)行。目前我國(guó)農(nóng)戶對(duì)奶山羊疾病的療預(yù)防、診治大致分為兩種：一是將奶山羊帶到專家處進(jìn)行診治，二是匯集多個(gè)農(nóng)戶的力量，將專家請(qǐng)回家進(jìn)行診治，這兩種方式在人、財(cái)、時(shí)間上付出的代價(jià)都比較大。如何有效解決養(yǎng)殖戶對(duì)奶山羊疾病進(jìn)行預(yù)防和診治成為一項(xiàng)迫切需要解決的課題。

專家系統(tǒng)是運(yùn)用特定領(lǐng)域的專門知識(shí)，通過推理來模擬通常由人類專家才能解決的各種復(fù)雜、具體的問題，達(dá)到與專家具有同等解決問題能力的計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)。專家系統(tǒng)作為一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有操作成本低、易于傳遞和復(fù)制、易達(dá)成一致性的特點(diǎn)，并且可以處理費(fèi)時(shí)及復(fù)雜的問題[2]。

農(nóng)業(yè)部奶山羊公益性行業(yè)專項(xiàng)旨在建立奶山羊良種繁育與標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)體系，建成由繁育中心、養(yǎng)殖基地和養(yǎng)羊?qū)I(yè)戶組成的奶山羊生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，大力提升我國(guó)奶山羊良種繁育技術(shù)水平。奶羊網(wǎng)作為該項(xiàng)目的支撐網(wǎng)站，依靠奶山羊各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜业男酆駥?shí)力，各個(gè)高校青年領(lǐng)軍人才，共同搭建了一個(gè)現(xiàn)代化的平臺(tái)。奶山羊疾病防治專家系統(tǒng)正式這個(gè)平臺(tái)的一個(gè)重要子模塊，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)垂直網(wǎng)站的短板，使養(yǎng)殖戶能夠隨時(shí)學(xué)習(xí)各種先進(jìn)的養(yǎng)殖技術(shù)，及時(shí)診斷奶山羊的常見疾病，更可以與行業(yè)專家之間無縫交流。經(jīng)過多年的發(fā)展，奶羊網(wǎng)[3]已成為行業(yè)領(lǐng)先的奶山羊技術(shù)協(xié)作和產(chǎn)業(yè)信息交流平臺(tái)，深受廣大從業(yè)者的推崇與喜愛。

1 素材采集

本系統(tǒng)中的素材包括奶山羊的疾病表現(xiàn)、治療方法、疾病介紹與預(yù)防、疾病圖片等，它們組成了最基本的知識(shí)庫(kù)，也是疾病診斷、預(yù)防和治療的依據(jù)。

1.1 調(diào) 研

奶羊網(wǎng)專家團(tuán)主要由各個(gè)參與單位的教授、副教授、講師以及部分博士、碩士研究生組成。開發(fā)團(tuán)隊(duì)多次與專家團(tuán)進(jìn)行深入交流，詳細(xì)了解了我國(guó)奶山羊的主要疾病、分布區(qū)域以及需要進(jìn)一步采集的信息。

1.2 走 訪

開發(fā)團(tuán)隊(duì)多次走訪了陜西、云南、山東等地的養(yǎng)殖戶，向養(yǎng)殖戶了解所飼養(yǎng)的奶山羊最近五年來的生長(zhǎng)發(fā)育以及存在的情況，拍攝了一些正在治療中的奶山羊各個(gè)部位的圖片，得到了珍貴的一手材料。

1.3 查閱多部文獻(xiàn)

開發(fā)團(tuán)隊(duì)從各地農(nóng)業(yè)類圖書館、網(wǎng)上農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)搜集了多部文獻(xiàn)，包括奶山羊研究方面的重點(diǎn)書籍，得到并記錄了詳細(xì)的基本材料。

2 系統(tǒng)功能

優(yōu)秀的網(wǎng)站能夠讓用戶快速有效地找到所需信息，在一個(gè)功能性網(wǎng)站中尤其如此。本系統(tǒng)清晰直觀地為農(nóng)戶提供了三個(gè)功能：奶山羊疾病的診斷、疾病的預(yù)防與治療措施、養(yǎng)殖戶與專家的交流。

2.1 奶山羊疾病的診斷

系統(tǒng)的核心功能，根據(jù)奶山羊的表現(xiàn)，分為口部癥狀、頭頸部癥狀、外部表現(xiàn)癥狀和排泄物癥狀四大類，其中又分為20余個(gè)具體表現(xiàn)，用戶可以選擇這些具體表現(xiàn)的單個(gè)或組合特征進(jìn)行選擇，系統(tǒng)根據(jù)已有的知識(shí)模型，進(jìn)行試診斷，并給出不同疾病的可能概率。

2.2 疾病的預(yù)防與治療措施

當(dāng)診斷出疾病后，會(huì)為用戶提供詳盡的資料，包括病因、臨床癥狀、治療措施。在這個(gè)板塊，用戶也可以直接搜索疾病，得到這個(gè)疾病的預(yù)防措施，做到有病治病，無病防病。

2.3 養(yǎng)殖戶與專家的交流

網(wǎng)站提供了一個(gè)在線留言系統(tǒng)，養(yǎng)殖戶可以通過這個(gè)系統(tǒng)或者E-mail的方式，與奶羊網(wǎng)專家團(tuán)進(jìn)行交流，更進(jìn)一步的了解自己想要的信息，拉近了專家與農(nóng)戶的距離，為農(nóng)戶提供了更加細(xì)致的個(gè)性化服務(wù)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 技術(shù)架構(gòu)

考慮到養(yǎng)殖戶主要通過瀏覽器進(jìn)行信息的查找、疾病的診斷，因此系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，前端采用PHP語言，結(jié)合DIV+CSS進(jìn)行頁面的美化與展示，后端采用MySQL作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

3.2 疾病錄入

專家系統(tǒng)是運(yùn)用特定領(lǐng)域的專門知識(shí)，通過推理而進(jìn)行疾病的診斷，疾病錄入就是一個(gè)學(xué)習(xí)的過程，把采集來的素材拆分為最小的知識(shí)元并錄入到系統(tǒng)中。例如，奶山羊便秘的癥狀如下：表現(xiàn)精神沉郁，食欲減少或消失，腸蠕動(dòng)減弱或消失，口腔干燥。一般體溫不高，尿少色棕(棕紅色)。

這里將其拆分為表現(xiàn)和診斷兩個(gè)部分。

3.2.1 表現(xiàn) a. 精神沉郁；b. 食欲減少或消失；c. 腸蠕動(dòng)減弱或消失；d. 口腔干燥；e. 一般體溫不高；f. 尿少色棕(棕紅色)。

3.2.2 癥狀便秘 將表現(xiàn)、癥狀一一錄入系統(tǒng)中，錄入后，系統(tǒng)會(huì)將每一個(gè)表現(xiàn)進(jìn)行編號(hào)，與癥狀相對(duì)應(yīng)，將其組合為診斷信息，如圖1所示。

疾病管理

圖1 疾病錄入結(jié)果
Fig.1 Disease entry results

這樣，疾病診斷的原始信息就在系統(tǒng)中記錄下來并寫入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.3 疾病診斷

推理機(jī)是專家系統(tǒng)進(jìn)行疾病診斷的控制模塊，本系統(tǒng)采用癥狀匹配的方法進(jìn)行推理[4]。在初始狀態(tài)，頁面展示系統(tǒng)中所存在的所有疾病癥狀，按照羊的部位進(jìn)行分類，并提供給用戶，這樣做有兩個(gè)目的：一是一個(gè)表現(xiàn)可以用多種語言、不同的詞語進(jìn)行描述，若農(nóng)戶的描述與系統(tǒng)差別較大，可能就會(huì)出現(xiàn)診斷不準(zhǔn)的情況。這樣可以清晰直觀的為客戶提供專業(yè)的術(shù)語，客戶只需選擇即可；二是減少客戶輸入的時(shí)間，降低診斷的誤判率，在一定程度上提升用戶的體驗(yàn)。

疾病診斷的交互接口如圖2所示：

圖2 疾病診斷交互接口

用戶選擇最接近當(dāng)前羊的表現(xiàn)后，點(diǎn)擊提交按鈕，即交由系統(tǒng)進(jìn)行診斷。由于疾病的元數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)表的形式存在于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，因此這里使用SQL語句進(jìn)行匹配，從而檢索出符合要求的結(jié)果集。

假設(shè)一只病羊表現(xiàn)疼痛呻吟，口渴。用戶提交后，后臺(tái)執(zhí)行SQL語句如下：

(1)SELECT * FROM JIBING_TABLE WHERE JIBING_SHOW =“表現(xiàn)疼痛呻吟” OR JIBING_SHOW=“口渴”

這樣會(huì)匹配到“創(chuàng)傷性網(wǎng)胃炎和心包炎”和“前胃弛緩”兩種疾病，此時(shí)再遍歷一下這兩種疾病的具體表現(xiàn)：

(2)SELECT * FROM JIBING_TABLE WHERE JIBING_NAME =“創(chuàng)傷性網(wǎng)胃炎和心包炎”

(3)SELECT * FROM JIBING_TABLE WHERE JIBING_NAME=“前胃弛緩”

結(jié)果中，創(chuàng)傷性網(wǎng)胃炎和心包炎有三種癥狀，其中一條是“疼痛呻吟”，那說明該癥狀符合了便秘的33%的癥狀表現(xiàn)，同理可以計(jì)算出“口渴”符合了“前胃遲緩”16.7%的癥狀，此時(shí)把結(jié)果按照由高到低進(jìn)行排序后返回給客戶即可，如圖3所示。

圖3 疾病診斷結(jié)果

這種基于SQL語言的診斷方式可以最大限度地利用數(shù)據(jù)庫(kù)本身的優(yōu)點(diǎn)，通過普通的檢索語句就可以實(shí)現(xiàn)推理，而不必專門開發(fā)基于IF-THEN的推理機(jī)[6]。若出現(xiàn)多個(gè)診斷結(jié)果的情況，可以在其中進(jìn)一步進(jìn)行人工診斷，以期達(dá)到精確診斷的效果。

3.4 疾病預(yù)防與治療

疾病預(yù)防與治療即為搜集來的詳細(xì)資料，是該系統(tǒng)的最終落地點(diǎn)，采用兩種方式提供給用戶：一是用戶診斷出疾病結(jié)果后，最后面顯示“查看治療方案”，鏈接到治療措施頁面；二是為用戶提供一個(gè)搜索框，用戶若想看某種疾病，在框內(nèi)輸入疾病名稱后，直接跳轉(zhuǎn)到該疾病的治療措施頁面，如圖4所示。

3.5 養(yǎng)殖戶與專家交流

若用戶在系統(tǒng)內(nèi)還有無法解決的問題，可以直接到交流系統(tǒng)中與專家進(jìn)行一對(duì)一的交流。這個(gè)系統(tǒng)采用了開源留言本系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行了二次開發(fā)，增加了回復(fù)、匿名提問等功能，更加靈活、方便地架起了交流系統(tǒng)，如圖5所示。

圖4 手動(dòng)搜索疾病

圖5 養(yǎng)殖戶與專家的交流系統(tǒng)

奶羊網(wǎng)運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)與奶羊網(wǎng)專家團(tuán)保持緊密合作，指定專人進(jìn)行問題的監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)網(wǎng)友提問及時(shí)轉(zhuǎn)交給專家團(tuán)，一般常見的問題在一天內(nèi)都會(huì)有響應(yīng)，較為復(fù)雜的問題會(huì)在專家團(tuán)進(jìn)行討論后，三天內(nèi)給出響應(yīng)。

4 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)

專家系統(tǒng)是奶羊網(wǎng)運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，每隔一段時(shí)間都會(huì)搜集一些新的案例、病例加入到專家系統(tǒng)中，并且修復(fù)在以往運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的問題，使其不斷完善，逐步成為一個(gè)專業(yè)、專注、全面的奶山羊疾病防治系統(tǒng)。

交流系統(tǒng)方面，奶羊網(wǎng)專家團(tuán)的專家會(huì)輪流值班，在線解答網(wǎng)友提出的各種問題，在線留言上線至今，已為200多為農(nóng)戶解決各種各樣的疑難雜癥，獲得了農(nóng)戶們的廣泛好評(píng)，以后也會(huì)更加積極、詳盡的為網(wǎng)友解決更多的問題。

5 未來計(jì)劃

5.1 由于系統(tǒng)的一期建設(shè)注重功能的實(shí)現(xiàn)，并沒有將所有疾病都錄入到系統(tǒng)中，后面會(huì)繼續(xù)錄入疾病信息，以便能診斷更多的疾病。

5.2 利用采集功能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，從互聯(lián)網(wǎng)的開放信息中搜集最新的奶山羊疾病信息，智能學(xué)習(xí)并建立高效的診斷模型，使“采集-錄入-診斷”這一過程流更加智能化。

5.3 目前留言本的功能還是比較單一，后面會(huì)增加論壇系統(tǒng)，以便讓更多的人參與到討論當(dāng)中。

6 小 結(jié)

在農(nóng)業(yè)部奶山羊公益性行業(yè)專項(xiàng)項(xiàng)目組的支持下，經(jīng)過三年多的發(fā)展，奶山羊疾病防治專家系統(tǒng)研究已成長(zhǎng)為集疾病診斷、信息發(fā)布、技術(shù)交流、專家互動(dòng)與一體的綜合性平臺(tái)，未來奶羊網(wǎng)開發(fā)團(tuán)隊(duì)會(huì)繼續(xù)發(fā)揮其負(fù)責(zé)任、走前沿、現(xiàn)代化的運(yùn)營(yíng)理念，汲取各個(gè)承擔(dān)單位的技術(shù)沉淀，向國(guó)內(nèi)一流的奶山羊垂直網(wǎng)站的目標(biāo)不斷奮斗，更好地為農(nóng)業(yè)部奶山羊公益性行業(yè)專項(xiàng)項(xiàng)目提供有力支撐，以期為奶山羊養(yǎng)殖戶們提供更大的幫助，為我國(guó)的奶山羊產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)力量。

[1] 賀向陽,繩賀軍,王海濱,等. 陜西富平縣關(guān)中奶山羊生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展對(duì)策分析[J].家畜生態(tài)學(xué)報(bào),2006,27(1):109-112.

[2] 段金榮,張紅燕,劉凱,等.基于WebGIS水產(chǎn)動(dòng)物疾病專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào),2008,10(5):99-103.

[3] 彭 龑,趙義英. 羊疾病防治專家系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)和方法[J].四川輕化工學(xué)院學(xué)報(bào),2002,15(3):15-18.

[4] 彭瑩瓊,王映龍,唐建軍,等.B/S模式的水稻病蟲害診斷專家系統(tǒng)研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,30(6):1 157-1 160.

Research on Dairy Goat Disease Prevention and Control Expert System

HAN Hong1，LI Wei-wei1，WANG Yu-hong2，JIANG Juan2， SHI Huai-ping3

(1.CollegeofInformationEngineering,NorthwestA&FUniversity,YanglingShaanxi712100,China; 2.FupingcountryBureauofanimalhusbandryandveterinarymedicine,FupingShaanxi711700,China; 3.CollegeofAnimalScienceandTechnology,NorthwestA&FUniversity,YanglingShaanxi712100)

Dairy goat disease prevention and control expert system is an important subsystem of Dairy Goat Net. This paper judged the external symptoms of dairy goat, simulated decision-making and diagnosis, provided a convenient diagnosis platform to help the farm to treat common diseases,and established a complete set of dairy goat disease prevention and technical service system so as to improve the overall level of dairy goat production and the income of farmers.

Dairy Goat Net；disease prevention and control；expert system

2014-08-10，

2014-09-10

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201103038)； 陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目(2013KTZB02-02-03)；廣西家畜遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(2014GXKLLGI-10)

韓 宏(1965-)，男，陜西武功人，副教授，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。E-mail：honghan@nwsuaf.edu.cn

S811.6

A

1005-5228(2015)04-0065-04