水利專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

何進(jìn)宇，田軍倉(cāng),2,3，馬 波,2,3

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，銀川 750021； 3.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程研究中心，銀川 750021)

0 引 言

專(zhuān)家系統(tǒng)(Expert System，ES)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類(lèi)專(zhuān)家的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法來(lái)處理該領(lǐng)域問(wèn)題。專(zhuān)家系統(tǒng)是一種模擬人類(lèi)專(zhuān)家解決領(lǐng)域問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng),也是現(xiàn)在計(jì)算機(jī)人工智能領(lǐng)域最為活躍、也是最為廣泛的領(lǐng)域之一。專(zhuān)家系統(tǒng)是F.A.費(fèi)根鮑姆等人在1968年總結(jié)通用問(wèn)題求解系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合化學(xué)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，研發(fā)出了世界上第一個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)Dendral，用以推斷化學(xué)分子結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)40年的開(kāi)發(fā)，各式各樣的專(zhuān)家系統(tǒng)已遍布各個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，并在不同研究方向開(kāi)發(fā)中得到進(jìn)一步發(fā)展。

1 專(zhuān)家系統(tǒng)的原理

1.1 定 義

所謂專(zhuān)家系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)模擬具有的特定智能的專(zhuān)家所解決問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序。專(zhuān)家系統(tǒng)的中心是知識(shí)處理，并利用特殊領(lǐng)域的知識(shí)來(lái)模擬真實(shí)的專(zhuān)家考慮和處理問(wèn)題。專(zhuān)家系統(tǒng)的用途包含具有預(yù)測(cè)能力，而可提供管理、決策的專(zhuān)門(mén)知識(shí)功能，同時(shí)可為管理者、決策者提供訓(xùn)練、試驗(yàn)、仿真手段，并且具有自我學(xué)習(xí)、自我教育的功能[1]。一個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)的構(gòu)成，一般需要將專(zhuān)家的知識(shí)通過(guò)歸納、類(lèi)比、演繹、聯(lián)結(jié)等演變成具有一定體系和熟知的問(wèn)題類(lèi)型，把所能獲取的知識(shí)、資源處理為計(jì)算機(jī)可以辨識(shí)的各種形式,從而建立特有的知識(shí)庫(kù)，進(jìn)而設(shè)計(jì)、推理、解釋系統(tǒng)以及必要的資源數(shù)據(jù)庫(kù)。由于許多問(wèn)題的解決方法并不僅僅依賴(lài)某一個(gè)或者兩個(gè)專(zhuān)家，而是依靠許多專(zhuān)家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的密切協(xié)調(diào)與合作。因此，專(zhuān)家系統(tǒng)能夠精確快捷的得出最優(yōu)解決方法以及最大限度地避免決策失誤。

1.2 專(zhuān)家系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

針對(duì)不同領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要是對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展階段、類(lèi)型劃分以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了較為詳細(xì)的探討和研究。

對(duì)于專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展階段，雷曉輝(2006年)[2]認(rèn)為專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展史可分為：孕育期(-1965年)、誕生期(1965-1972年)、開(kāi)創(chuàng)期(1972-1977年)、成長(zhǎng)期(1978-1990年)和成熟期(1990-)5個(gè)時(shí)期。在20世紀(jì)90年代以來(lái)，全世界進(jìn)入商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代，大量的專(zhuān)家系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于世界各行各業(yè)。楊興，朱大奇，桑慶兵(2007年)[3]則將專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展分為：初創(chuàng)期(-1971年)、成熟期(1972-1977年)和發(fā)展期(1978-)3個(gè)階段。

對(duì)于專(zhuān)家系統(tǒng)的類(lèi)型劃分，雷曉輝(2006年)[2]對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)分別從知識(shí)表示技術(shù)和任務(wù)類(lèi)型2個(gè)方面分類(lèi)，其中按知識(shí)表示技術(shù)可分為基于邏輯、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、規(guī)則以及框架的4類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)；而按任務(wù)類(lèi)型可分為：預(yù)測(cè)型、解釋型、調(diào)試型、診斷型、規(guī)劃型、維修型、監(jiān)護(hù)型、設(shè)計(jì)型、教育型及控制型等十類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)。楊興，朱大奇，桑慶兵(2007年)[3]將專(zhuān)家系統(tǒng)模型分為基于規(guī)則、模糊邏輯、框架、案例、D-S證據(jù)理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等7個(gè)類(lèi)型的專(zhuān)家系統(tǒng)。張煜東，吳樂(lè)南，王水花(2010年)[4]按照不同發(fā)展階段，將專(zhuān)家系統(tǒng)分為基于案例、框架、規(guī)則、模型和基于Web等五個(gè)階段，并對(duì)每個(gè)階段進(jìn)行了綜述和特征分析。進(jìn)而對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為專(zhuān)家系統(tǒng)主要可分為“技術(shù)上的突破”與“原理上的突破”兩大類(lèi)，并預(yù)測(cè)專(zhuān)家系統(tǒng)必定將成為21世紀(jì)全世界人類(lèi)進(jìn)行智能決策與管理的助手與工具。

對(duì)于專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，劉金琨，鄧守強(qiáng)(1995年)[5]認(rèn)為隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的日新月異的發(fā)展，專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)將從單一專(zhuān)家系統(tǒng)向組合專(zhuān)家系統(tǒng)轉(zhuǎn)化并形成多專(zhuān)家系統(tǒng)間的協(xié)同化。楊興，朱大奇，桑慶兵(2007年)[3]認(rèn)為發(fā)展專(zhuān)家系統(tǒng)要通過(guò)采用各種定性的模型進(jìn)而將各種模型綜合運(yùn)用，同時(shí)運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)及人工智能的一些新技術(shù)和新思想，例如通用性專(zhuān)家系統(tǒng)、分布式專(zhuān)家系統(tǒng)以及協(xié)同式專(zhuān)家系統(tǒng)等三類(lèi)。這些都是專(zhuān)家系統(tǒng)的今后的必然發(fā)展趨勢(shì)。

2 專(zhuān)家系統(tǒng)在水利工程方面的應(yīng)用

所謂專(zhuān)家系統(tǒng)在水利方面的應(yīng)用，主要是運(yùn)用專(zhuān)家系統(tǒng)的基本原理和技術(shù)，通過(guò)匯總相關(guān)水利專(zhuān)家所掌握的工程知識(shí)以及積累的大量經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法建立各種水利模型，構(gòu)造基于水利工程基本知識(shí)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，這就構(gòu)成了水利專(zhuān)家系統(tǒng)。例如，通過(guò)總結(jié)節(jié)水灌溉專(zhuān)家所積累掌握的氣象參數(shù)、降水過(guò)程、土壤肥力、土壤質(zhì)地、土壤水分、作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律以及栽培技術(shù)等科學(xué)試驗(yàn)資料、數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件進(jìn)行分析、整理和歸類(lèi)，建立起節(jié)水灌溉專(zhuān)家系統(tǒng)，這樣就可以利用它來(lái)指導(dǎo)農(nóng)田節(jié)水灌溉和作物種植活動(dòng)。另外，專(zhuān)家系統(tǒng)還可以在水力發(fā)電、水庫(kù)調(diào)節(jié)、防洪調(diào)度、水資源管理、工程規(guī)劃、節(jié)水技術(shù)推廣以及大型灌區(qū)管理等方面大顯身手。所以，水利工程專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用前景是非常廣闊的。糜鶯英(1990年)[6]首次提出在我國(guó)把專(zhuān)家系統(tǒng)的理論方法用于水利工程的設(shè)想,闡述水利工程施工專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)用的方法、內(nèi)容及建立過(guò)程。她認(rèn)為水利工程施工具有復(fù)雜性和多樣性等特點(diǎn)，這就造成施工中需要控制的因素很多。水利工程施工的特點(diǎn)之一就是受自然條件影響大且存在一定的隨機(jī)性。不同類(lèi)型的水工建筑物，會(huì)因自然條件影響因素不同，施工制約的條件繼而不同。如果可以將水利工程分別建立多個(gè)二級(jí)子系統(tǒng)，再將這些子系統(tǒng)歸類(lèi)整理組成一個(gè)完整的基于水利工程施工的專(zhuān)家系統(tǒng)，而這個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)包含有水工建筑物和水利工程施工的規(guī)范，水利工程專(zhuān)家所掌握的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)以及已經(jīng)完成的不同類(lèi)型工程實(shí)例，其中還有工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)信息等相關(guān)資料，而這些知識(shí)可以按照施工需求，通過(guò)知識(shí)庫(kù)編輯器的選擇，按一定的知識(shí)規(guī)范方式表達(dá)，即可便于實(shí)際施工時(shí)參考和運(yùn)用。路京選(1994年)[7]建立了一種水資源系統(tǒng)管理的專(zhuān)家系統(tǒng)決策模型。這個(gè)水資源專(zhuān)家系統(tǒng)包含1個(gè)地面水庫(kù)供水系統(tǒng)、1個(gè)沼澤生態(tài)系統(tǒng)、2個(gè)城鎮(zhèn)市政供水系統(tǒng)以及3個(gè)農(nóng)區(qū)灌溉系統(tǒng)。該模型中的對(duì)策者是地面水源管理者(WAM)、市政供水管理者(PWSM)以及三組不同農(nóng)戶(Farmers)。為了使該系統(tǒng)更趨完善且更符合中國(guó)國(guó)情，又引入了一個(gè)稱(chēng)之為系統(tǒng)總管的對(duì)策者(Manager)，這個(gè)對(duì)策者主要負(fù)責(zé)該系統(tǒng)的全面運(yùn)行，監(jiān)控全系統(tǒng)的環(huán)境質(zhì)量，并解決系統(tǒng)中各對(duì)策者之間的矛盾沖突，盡可能使整個(gè)系統(tǒng)獲得最佳的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。丁國(guó)強(qiáng)(1996年)[8]通過(guò)利用現(xiàn)代安全系統(tǒng)工程方法，將水利水電領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)造了基于因果關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，可以進(jìn)行深層推理的龍羊峽大壩安全性態(tài)評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)。此系統(tǒng)通過(guò)不斷試驗(yàn)與校對(duì)驗(yàn)證，成功地解決了大壩施工的知識(shí)表示與知識(shí)獲取等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)相應(yīng)操作，還可對(duì)不同工況進(jìn)行全方位跟蹤、預(yù)測(cè)和防范處理。劉志輝，金炯球，付建萍等人(2004年)[9]在對(duì)分布式專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行大量研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)大壩安全性能特點(diǎn)的檢測(cè)，探討了分布式專(zhuān)家系統(tǒng)在大壩安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，此分布式專(zhuān)家系統(tǒng)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬人類(lèi)領(lǐng)域的專(zhuān)家群體，對(duì)可能出現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題給出專(zhuān)家級(jí)水平的解答方案。這對(duì)實(shí)現(xiàn)大壩安全的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有著極其重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和科研價(jià)值。

3 專(zhuān)家系統(tǒng)在作物種植方面的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)的研究，開(kāi)始于20世紀(jì)70年代末，主要用于農(nóng)作物病蟲(chóng)害診斷方面。經(jīng)過(guò)專(zhuān)家系統(tǒng)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)有了相當(dāng)大的進(jìn)展，并從單一農(nóng)作物病蟲(chóng)害診斷方面向多種作物育種、栽培管理、施肥和植物保護(hù)等方向發(fā)展，以及灌溉與土壤管理、資源保護(hù)與耕作、土壤侵蝕預(yù)測(cè)和控制、經(jīng)濟(jì)分析決策等等方面，并已取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。趙春江，諸德輝，李鴻祥等人(1997年)[10]利用計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)，建立小麥栽培管理計(jì)算機(jī)專(zhuān)家系統(tǒng)，該系統(tǒng)將40多年小麥栽培科學(xué)所取得的研究成果和專(zhuān)家所積累的研究經(jīng)驗(yàn)集成其中，是具有綜合性和智能性的決策系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用和示范驗(yàn)證結(jié)果，由該系統(tǒng)控制的80個(gè)試點(diǎn)地塊在原有基礎(chǔ)上產(chǎn)量增加10%～15%，成本降低5%～7%，效益增加15%～20%。毛明策，上官周平，劉曉東等人(2001年)[11]利用當(dāng)?shù)靥禺a(chǎn)獼猴桃的種植，建立了獼猴桃優(yōu)質(zhì)高效管理專(zhuān)家系統(tǒng)。該系統(tǒng)由苗木繁殖技術(shù)、高接換種技術(shù)、整形修剪技術(shù)等14個(gè)子系統(tǒng)組成。通過(guò)應(yīng)用示范該系統(tǒng)，結(jié)果表明：該系統(tǒng)指導(dǎo)的66.67 hm2示范果園年增產(chǎn)值9 000 元/hm2，推廣輻射的6 700 hm2果園年增產(chǎn)值2 840 萬(wàn)元。蓋迎春，王亞軍，馮敏等人(2004年)[12]通過(guò)利用“3S”技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)相結(jié)合，形成了新型數(shù)字化農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)五層體系結(jié)構(gòu)，不但具有空間信息查詢、分析和可視化能力，并且能夠?qū)崟r(shí)、實(shí)地地對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)、灌溉以及田間管理等操作進(jìn)行詢問(wèn)和決策支持。孫妮娜，秦向陽(yáng)，楊寶祝等人(2006年)[13]通過(guò)綜述了近幾十年國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)在將軟件開(kāi)發(fā)人員與用戶之間進(jìn)行分離、提高農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率、減少了重復(fù)開(kāi)發(fā)方面取得了一定的成就，但是也存在一些問(wèn)題，諸如使用過(guò)程對(duì)用戶要求過(guò)高，開(kāi)發(fā)之前對(duì)用戶需求調(diào)研不足，平臺(tái)開(kāi)發(fā)完成之后實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化程度較低等等問(wèn)題。彭瑩瓊，王映龍，唐建軍等人(2008年)[14]采用B/S結(jié)構(gòu)，收集了江西水稻常見(jiàn)的病蟲(chóng)鼠害共25種，建立了水稻病蟲(chóng)害診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要功能有信息咨詢、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)維護(hù)、在線交流、診斷功能和預(yù)測(cè)功能。常家豪(2013年)[15]針對(duì)寧夏特產(chǎn)枸杞的產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程，采用基于網(wǎng)絡(luò)的B/S開(kāi)發(fā)構(gòu)架，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了枸杞專(zhuān)家服務(wù)系統(tǒng)，包括枸杞的栽培技術(shù)，枸杞生產(chǎn)規(guī)程以及農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)常識(shí)等知識(shí)庫(kù)，其中此系統(tǒng)的核心是涉及枸杞的配方施肥、合理灌溉、病蟲(chóng)害診斷與防治、品種推薦和園區(qū)規(guī)劃等輔助決策功能，為枸杞規(guī)范化生產(chǎn)管理提供知識(shí)查詢和技術(shù)決策服務(wù)。

4 專(zhuān)家系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉方面的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)灌溉是世界上消耗最大的用水方式之一，通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉的優(yōu)化管理，可達(dá)到大量節(jié)省水資源的目的。就我國(guó)現(xiàn)狀而言，不但水資源十分缺乏，而且存在地區(qū)分布不均的問(wèn)題，所以發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)勢(shì)在必行。近年來(lái)，我國(guó)在節(jié)水灌溉技術(shù)及理論方面進(jìn)行了廣泛而深入的研究，取得了很多成果。而結(jié)合專(zhuān)家系統(tǒng)針對(duì)節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的研究也逐步成為農(nóng)田水利科學(xué)的重要分支。這類(lèi)專(zhuān)家系統(tǒng)可以通過(guò)多樣的計(jì)算獲得諸如作物蒸發(fā)蒸騰量、土壤墑情、地下水情況及水源情況，進(jìn)而根據(jù)原始資料，自動(dòng)選擇計(jì)算方法來(lái)預(yù)報(bào)和預(yù)測(cè)目標(biāo)信息，快速確定灌溉用水計(jì)劃[16]。國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)了不少這方面的專(zhuān)家系統(tǒng)。徐建新，陳南祥，田峰巍(1999年)[17]認(rèn)為利用人工智能理論進(jìn)行灌區(qū)灌水技術(shù)選擇，可以提高灌區(qū)管理工作中的科技含量，有效地防止灌區(qū)建設(shè)中的主觀性和盲目性。軟件中的水資源優(yōu)化調(diào)度程序還可單獨(dú)用于進(jìn)行灌區(qū)優(yōu)化管理工作的，同時(shí)又是未來(lái)建立灌區(qū)自動(dòng)化控制系統(tǒng)必備軟件。灌區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)選擇專(zhuān)家系統(tǒng)僅是灌區(qū)規(guī)劃與管理專(zhuān)家系統(tǒng)中的一部分。楊寶祝，趙春江，孫想等人(2002年)[18]通過(guò)利用知識(shí)工程的技術(shù)和方法，并結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體和智能化推理等技術(shù)，將多年節(jié)水灌溉的研究成果和專(zhuān)家知識(shí)信息進(jìn)行系統(tǒng)化的集成，建立了可以面向基層用戶使用的節(jié)水灌溉專(zhuān)家決策支持系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)不但可以提供灌溉類(lèi)型選擇和系統(tǒng)布置的設(shè)計(jì)，還可以推出資源優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)核算等管理方案。多年試驗(yàn)示范結(jié)果和應(yīng)用推廣，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家決策系統(tǒng)指導(dǎo)的地塊可使水資源的生產(chǎn)效率提高8%～10%，增產(chǎn)300～625 kg/hm2，節(jié)水450～750 m3/hm2，單位生產(chǎn)成本降低5%～7%，經(jīng)濟(jì)效益提高15%以上。姜寧，張淑敏，李鐵軍(2006年)[19]通過(guò)計(jì)算機(jī)編程和數(shù)據(jù)庫(kù)等工具，并采用人機(jī)交互方式，開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的行走式節(jié)水灌溉專(zhuān)家系統(tǒng)。這是將節(jié)水灌溉技術(shù)與農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。用戶可以方便快捷地了解不同地區(qū)的具體作物在特定條件下如何選擇適宜的行走式灌溉機(jī)具，從而進(jìn)行既節(jié)水又高效的農(nóng)業(yè)作業(yè)。陳大春，雷曉云，馬英杰等人(2007年)[20]使用計(jì)算機(jī)編程組件開(kāi)發(fā)了農(nóng)業(yè)灌溉專(zhuān)家系統(tǒng)。該系統(tǒng)由用戶輸入界面、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)、CLIPS組件和用戶輸出界面五部分組成。它基本解決了將專(zhuān)家系統(tǒng)嵌入到軟件系統(tǒng)中的諸多難題，并為基于數(shù)據(jù)庫(kù)的CLIPS應(yīng)用提供了思路。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中充分利用了多種計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言的各自特性，揚(yáng)長(zhǎng)避短，從而有效地縮短了軟件開(kāi)發(fā)周期。周彩霞，汪志農(nóng)(2008年)[21]運(yùn)用中國(guó)科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所研制開(kāi)發(fā)的雄風(fēng)4.1開(kāi)發(fā)工具，結(jié)合節(jié)水灌溉相關(guān)知識(shí)，以陜西省寶雞峽灌區(qū)大同管理站所轄的五泉段20斗的降南、降中兩個(gè)村的實(shí)際資料，以冬小麥、夏玉米、油菜3種主要農(nóng)作物為研究對(duì)象而建立的農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^(guò)選擇灌溉制度，實(shí)現(xiàn)灌溉預(yù)報(bào)和灌溉決策。王宇，邵孝侯，莫建國(guó)等人(2010年)[22]通過(guò)分析不同天氣類(lèi)型下影響參考作物需水量(ET0)的多種因素，建立了不同天氣類(lèi)型下ET0實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)模型。同時(shí)，利用農(nóng)田水量平衡原理，并結(jié)合近年來(lái)烤煙節(jié)水灌溉研究的最新成果，建立了烤煙實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)決策模型，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程和農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了烤煙實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)與決策專(zhuān)家系統(tǒng)。該系統(tǒng)以立足田間、面向基層生產(chǎn)管理者為出發(fā)點(diǎn)，充分體現(xiàn)了實(shí)用性、準(zhǔn)確性和可操作性，可以為貴州省水資源短缺和時(shí)空組合差的煙區(qū)的灌溉決策提供更加有力的科技支撐。

5 存在的問(wèn)題

(1)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)升級(jí)的脫節(jié)。我國(guó)現(xiàn)有開(kāi)發(fā)的一些農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)只是強(qiáng)調(diào)如何應(yīng)用，卻并沒(méi)有提供二次開(kāi)發(fā)和升級(jí)擴(kuò)充的工具，不能繼續(xù)更新和二次開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，限制了專(zhuān)家系統(tǒng)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用。其中有一些農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)雖然提供了二次開(kāi)發(fā)的工具，但缺少通用的開(kāi)發(fā)模板和模型，而且模板和模型開(kāi)發(fā)基于一定的計(jì)算機(jī)平臺(tái)，這就要求使用者必須具備一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，遂縮小了專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，不具有普遍性。

(2)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的不同。因?yàn)檗r(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題大多是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題，而這些問(wèn)題大多屬于動(dòng)態(tài)因素，這就要求農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)以及模型庫(kù)的資料必須是動(dòng)態(tài)的，能隨著時(shí)間的推移而不斷更新。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)多屬靜態(tài)、時(shí)效性差的實(shí)用性報(bào)告。

(3)信息來(lái)源困難。我國(guó)農(nóng)業(yè)信息資源極其豐富，農(nóng)業(yè)形態(tài)多種多樣，但農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)和農(nóng)業(yè)信息資源庫(kù)的建設(shè)嚴(yán)重滯后，缺乏有效的管理和維護(hù)，致使利用困難，所以導(dǎo)致農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)信息來(lái)源較為單一，都屬農(nóng)業(yè)專(zhuān)家的研究成果和試驗(yàn)結(jié)果及分析，使得農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)不具有普遍利用性。

(4)解決問(wèn)題的深度和廣度不夠。多數(shù)農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)只是向使用者提供了基本的和常識(shí)性的解釋和判斷，無(wú)法準(zhǔn)確地、詳盡的解決用戶提出的實(shí)際問(wèn)題。有些農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)由于模型和數(shù)據(jù)庫(kù)管理的限制，使得系統(tǒng)的功能受限。

6 未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)與展望

(1)傳統(tǒng)的專(zhuān)家系統(tǒng)與新興的科技相結(jié)合，針對(duì)同一類(lèi)型或?qū)I(yè)方向的農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)，采用通用的模型結(jié)構(gòu)，從而將已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和模型構(gòu)架同多媒體等技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)家系統(tǒng)自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)等更高級(jí)的農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)。

(2)功能多元化集成。未來(lái)的專(zhuān)家系統(tǒng)將從單一學(xué)科、單一功能、專(zhuān)業(yè)性的小型農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)向多學(xué)科、多功能、綜合性的大型農(nóng)業(yè)知識(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)發(fā)展。結(jié)合多媒體、超媒體的新技術(shù)，將我國(guó)農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)發(fā)展成為人機(jī)智能對(duì)接、界面圖文并茂的新型專(zhuān)家系統(tǒng)。

(3)利用“3S”技術(shù)為核心，以解決我國(guó)的農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)信息來(lái)源單一、困難的問(wèn)題，為農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)以及模型構(gòu)架提供數(shù)據(jù)支持，以待將我國(guó)農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)發(fā)展成為擁有大型數(shù)據(jù)庫(kù)、全面、動(dòng)態(tài)、可更新的新型農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)，使其具有強(qiáng)大的生命力。

(4)開(kāi)發(fā)設(shè)施栽培農(nóng)業(yè)的專(zhuān)家系統(tǒng)。設(shè)施栽培是一種高投入伴隨高產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)方式，所以在農(nóng)業(yè)管理上尤其較高，我國(guó)現(xiàn)有農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)多數(shù)針對(duì)大田農(nóng)作，而設(shè)施栽培屬于小環(huán)境，小氣候條件下，可控性比大田農(nóng)作要強(qiáng)，自然環(huán)境的不良因素影響便可以通過(guò)一定的設(shè)施手段來(lái)彌補(bǔ)，所以設(shè)施栽培農(nóng)業(yè)更適宜開(kāi)發(fā)專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制和管理。

7 總 結(jié)

水是一切生命的源泉，是人類(lèi)生活和生產(chǎn)活動(dòng)中必不可少的物質(zhì)。在人類(lèi)社會(huì)的生存和發(fā)展中，需要不斷地適應(yīng)、利用、改造和保護(hù)水環(huán)境。水利事業(yè)隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展而不斷發(fā)展，并成為人類(lèi)社會(huì)文明和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)已面臨巨大的挑戰(zhàn)。所以依靠現(xiàn)代高新技術(shù)，結(jié)合我國(guó)具體國(guó)情，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水利現(xiàn)代化和信息化，發(fā)展水利專(zhuān)家系統(tǒng)是一條嶄新的路，也是一條必經(jīng)之路。而現(xiàn)如今，我國(guó)農(nóng)村的生產(chǎn)力發(fā)展水平還是相對(duì)比較低、尤其信息缺乏嚴(yán)重、技術(shù)相對(duì)落后，尤其農(nóng)業(yè)管理水平低下。開(kāi)發(fā)研究水利專(zhuān)家系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)以專(zhuān)家的水平對(duì)水利水電工程和農(nóng)田水利工程中生產(chǎn)和管理進(jìn)行指導(dǎo)，從而使水利建設(shè)的成本降低，便可大幅度的提高農(nóng)民收益。由于在農(nóng)作物種植生產(chǎn)的多個(gè)環(huán)節(jié)中都可以用到水利專(zhuān)家系統(tǒng)，所以，有針對(duì)性地發(fā)展不同類(lèi)型的水利專(zhuān)家系統(tǒng)，將為普及農(nóng)業(yè)水利知識(shí)和技術(shù)，改善農(nóng)業(yè)水資源管理和決策創(chuàng)造良好條件。展望未來(lái)，水利專(zhuān)家系統(tǒng)的研究和應(yīng)用將更加活躍，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著更為廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 耿戈軍.大力發(fā)展水利專(zhuān)家系統(tǒng)[J].中國(guó)水利，1998,(12)：45-46.

[2] 雷曉輝.專(zhuān)家系統(tǒng)研究綜述[J].科教文匯，2006,(3)：54-55.

[3] 楊 興，朱大奇，桑慶兵.專(zhuān)家系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與展望[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2007，24(5)：4-9.

[4] 張煜東，吳樂(lè)南，王水花.專(zhuān)家系統(tǒng)發(fā)展綜述[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2010，46(19)：43-47.

[5] 劉金琨，鄧守強(qiáng).專(zhuān)家系統(tǒng)發(fā)展的歷史及趨勢(shì)[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，1995，(5)：20-21.

[6] 糜鶯英.展望專(zhuān)家系統(tǒng)在水利工程施工中的應(yīng)用[J].武漢水利電力學(xué)院學(xué)報(bào)，1990，23(4)：73-76.

[7] 路京選.多目標(biāo)、多水源和多用戶水資源系統(tǒng)管理的專(zhuān)家系統(tǒng)決策模型[J].自然資源學(xué)報(bào)，1994，9(2)：164-174.

[8] 丁國(guó)強(qiáng).高拱壩安全監(jiān)控及安全評(píng)價(jià)-龍羊峽大壩安全性態(tài)評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)[J].水力發(fā)電，1996，(8)：9-12.

[9] 劉志輝，金炯球，付建萍，等.分布式專(zhuān)家系統(tǒng)在大壩安全管理中的應(yīng)用研究[J].物探與化探，2004，28(1)：76-78.

[10] 趙春江，諸德輝，李鴻祥，等.小麥栽培管理計(jì)算機(jī)專(zhuān)家系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，1997，30(5)：42-49.

[11] 毛明策，上官周平，劉曉東，等.獼猴桃優(yōu)質(zhì)高效管理專(zhuān)家系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2001，29(5)：75-78.

[12] 蓋迎春，王亞軍，馮 敏，等.Internet下的數(shù)字化農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)研究[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2004，19(5)：386-391.

[13] 孫妮娜，秦向陽(yáng)，楊寶祝，等.農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].農(nóng)業(yè)信息科學(xué)，2006，22(6)：436-440.

[14] 彭瑩瓊，王映龍，唐建軍，等.B/S模式的水稻病蟲(chóng)害診斷專(zhuān)家系統(tǒng)研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,30(6)：1 157-1 159.

[15] 常家豪.基于網(wǎng)絡(luò)的枸杞專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].設(shè)計(jì)與應(yīng)用，2013，(17)：121-122.

[16] 李佐華，李萍萍.專(zhuān)家系統(tǒng)及其在作物生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，24(2)：23-27.

[17] 徐建新，陳南祥，田峰巍.專(zhuān)家系統(tǒng)在灌區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)選擇中的應(yīng)用[J].灌溉排水，1999，18(3)：39-41.

[18] 楊寶祝，趙春江，孫 想，等.節(jié)水灌溉專(zhuān)家決策系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].節(jié)水灌溉，2002，(2)：21-23.

[19] 姜 寧，張淑敏，李鐵軍.基于地理?xiàng)l件的行走式節(jié)水灌溉專(zhuān)家系統(tǒng)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2006，(12)：73-75.

[20] 陳大春，雷曉云，馬英杰，等.基于CLIPS的農(nóng)業(yè)灌溉專(zhuān)家系統(tǒng)研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2007，(1)：41-42，47.

[21] 周彩霞，汪志農(nóng).田間節(jié)水灌溉管理決策支持系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(3)：1 271-1 272.

[22] 王 宇，邵孝侯，莫建國(guó)，等.烤煙實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)與決策專(zhuān)家系統(tǒng)[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，38(1)：58-62.

[23] D A Swayne，C W Wang，John Storey，et al. An expert system for assessing safety and security of heterogeneous public water sources[J]. Environmental Monitoring and Assessment 1992，23：57-70.

[24] M anera C，Di Renzo GC，Dam iani P.Expert systems for greenhouse management[J]. Culture Protested. 1991， 20(3)：CLIV-CLX.

[25] Yialouris C P，Passam H C，Sideridis A B，et al. VEGESA-multilingual expert system for the diagnosis of pests，diseases and nutritional disorders of six greenhouse vegetables[J].Computers and Electronics in Agriculture，1997,(2)：55-67.

[26] Delen D，Sharda R，Kumar P.Movie forecast Guru：A Web-based DSS for Hollywood managers[J].Decision Support Systems，2007，(43)：1 151-1 170.

[27] 趙競(jìng)成，王洪旭.節(jié)水灌溉工程選型專(zhuān)家系統(tǒng)[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2003,22(4)：1-5.

[28] 高美玲，欒非時(shí)，寇勝利.作物專(zhuān)家系統(tǒng)發(fā)展概況與趨勢(shì)[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，34(1)：105-108.

[29] GlennH Sullivan, William J Ooms, Gerald E Wilcox. An expert system for integrated production management in muskmelon[J].HORTSCIENCE,1992，27(4)：305-307.

[30] Shipp L,ClarkeND, JarvisWR.Expert system for integrated crop management of greenhouse cucumber[J]. Bulletin-OILBSROP,1992，16(2)：149-152.

[31] Yialouris C P,Passam H C, Sideridis A B.VEGES-A multilingual expert system for the diagnosis of pests, diseases and nutritional disorders of six greenhouse vegetables[J].Computers and Electronics in Agriculture,1997，19(1)：55-67.

[32] EhlerN，Karlsen P. OPTICO-amodel based realtime expert system for dynamic optimization of CO2enrichment of greenhouse vegetable crops[J]. Journal of Horticultural Science,1993，68(4)：485-494.

[33] Manera C，Di Renzo GC，Damiani P. Expert systems for greenhouse management[J].Colture-Protette,1991，20(3)：CLIV-CLX.

[34] 廖桂平，官春云，陳社員.油菜栽培管理多媒體專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與農(nóng)業(yè)，2001,1(10)：9-13.

[35] 吳 璽，譚 宏，夏建國(guó).試論我國(guó)農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展[J].計(jì)算機(jī)與農(nóng)業(yè)，2000，1(8)：1-4.

[36] 高明亮，王雪珍.農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)存在的問(wèn)題與對(duì)策[J].洛陽(yáng)農(nóng)業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2001，21(6)：88-90.

[37] 李玉平，汪志農(nóng)，尚虎君.節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].人民黃河，2006，28(6)：46-48.

[38] 高靈旺，陳繼光，于新文，等.農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)專(zhuān)家系統(tǒng)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006,22(10)：154-158.

[39] 柳小妮，蔣文蘭，劉曉靜.甘肅省草地蝗蟲(chóng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2004，13(6)：26-33.

[40] LesovoiM, Smelyanets V, A ifaoui A, et al. Logical simulation of processes at forming of winter wheat germplasm with complex resistance to insect pests and pathogens Simulation of breeding process of winter wheat[J]. Archives of Phytopathology and Plant Protection，1994，29(2)：153-164.

[41] 趙士熙，吳中孚，余小玲.福建省稻飛虱預(yù)測(cè)與防治專(zhuān)家系統(tǒng)[J].福建農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1994，23(1)：40-45.

[42] GoodellP B, Plant R E, Kerby T A, et al. CALEX/Cotton: an integrated expert system for cotton production and management[J].California Agriculture，1990，44(5)：18-21.

[43] 張 克.計(jì)算機(jī)在果樹(shù)生產(chǎn)管理上的應(yīng)用[J].寧夏農(nóng)業(yè)科技，1994，(6)：24-27.

[44] 茆 智，李遠(yuǎn)華.實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)[J].中國(guó)工程科學(xué)，2002，4(5)：24-33.

[45] Wang Yibao. Expert systems in agriculture[J]. Acta Agriculture Shanghai，1990，6(l)：85-96.

[46] 李遠(yuǎn)華.實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)的方法及應(yīng)用[J].水利學(xué)報(bào)，1994，(2)：46-51.

[47] 郭士國(guó)，李曉艷.實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)計(jì)算機(jī)模型的建立[J].黑龍江水專(zhuān)學(xué)報(bào)，2003,30(2)：90-92.

[48] 彭世彰，邊立明，朱成立.作物水分生產(chǎn)函數(shù)的研究與發(fā)展[J].水利水電科技進(jìn)展，2000，20(1)：17-20.

[49] 吳玉柏，王學(xué)秀.水稻動(dòng)態(tài)灌溉技術(shù)在皂河灌區(qū)的推廣[J].水利水電科技進(jìn)展，1998，18(1)：55-58.

[50] 齊桂花，李玉平.專(zhuān)家系統(tǒng)在節(jié)水灌溉中的應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2006,12(7)：478-480.

[51] 周正朝，毛明策.旱作農(nóng)業(yè)區(qū)劃節(jié)水專(zhuān)家系統(tǒng)的研制[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2003，21(2)：41-44.

[52] 汪志農(nóng)，尚虎軍.節(jié)水灌溉預(yù)報(bào)、管理與決策專(zhuān)家系統(tǒng)研究[J].水土保持研究，2002，9(2)：102-109.