農(nóng)業(yè)害蟲專家系統(tǒng)信息化平臺(tái)的構(gòu)建

趙路歡,張玉波

(安順學(xué)院/貴州昆蟲信息系統(tǒng)與資源利用開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州安順 561000)

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農(nóng)業(yè)害蟲專家系統(tǒng)信息化平臺(tái)的構(gòu)建

趙路歡,張玉波*

(安順學(xué)院/貴州昆蟲信息系統(tǒng)與資源利用開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州安順 561000)

摘要在總結(jié)農(nóng)業(yè)害蟲知識(shí)和專家經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了建立基于網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)業(yè)害蟲專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。該平臺(tái)主體為農(nóng)業(yè)害蟲診斷數(shù)據(jù)庫和農(nóng)業(yè)害蟲防治措施數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了農(nóng)業(yè)害蟲識(shí)別、查詢、防治和用藥指導(dǎo)等較為完整功能體系，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)害蟲的網(wǎng)絡(luò)診斷和查詢功能，可以提供科學(xué)防治措施和綜合治理農(nóng)業(yè)害蟲的專家決策體系。

關(guān)鍵詞農(nóng)業(yè)害蟲；專家系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫；生物信息學(xué)

目前，我國農(nóng)業(yè)正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要時(shí)期[1-2]。農(nóng)業(yè)要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，必須大力發(fā)展信息技術(shù)這一管理和傳播手段。專家系統(tǒng)(Expert System，簡稱ES)是通過調(diào)用知識(shí)庫和推理機(jī)來解決必需有一定領(lǐng)域?qū)＜也拍芙鉀Q的問題的信息化系統(tǒng)，而完成這個(gè)過程需要的知識(shí)庫和推理機(jī)，可以看作是該領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)模型[3]。我國專家系統(tǒng)的研究開始于20世紀(jì)80年代，1985年10月建成的砂姜黑土小麥專家施肥咨詢系統(tǒng)開創(chuàng)了農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)在我國應(yīng)用的先河。目前專家系統(tǒng)已應(yīng)用于我國農(nóng)業(yè)的諸多領(lǐng)域，特別是在農(nóng)業(yè)田間管理[4]、動(dòng)植物病蟲害診斷[5-9]、地震預(yù)測、氣象預(yù)報(bào)等方面開發(fā)的專家系統(tǒng)，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[10]。

我國幅員遼闊，受地理位置和氣候環(huán)境等多種因素的影響，各地農(nóng)業(yè)害蟲發(fā)生的頻率和范圍及種類各不相同，每年農(nóng)業(yè)害蟲的發(fā)生都給農(nóng)業(yè)造成了巨大損失。因此，農(nóng)業(yè)害蟲的防治與管理就顯得尤為重要。但由于農(nóng)業(yè)害蟲種類較多，大部分農(nóng)業(yè)技術(shù)人員難以掌握如此多的病蟲害資料，不能及時(shí)對農(nóng)業(yè)害蟲做出及時(shí)正確診斷及防治措施，僅僅依據(jù)其危害癥狀和粗略的識(shí)別就進(jìn)行防治很難達(dá)到理想的效果。因此，急需建立一套具有服務(wù)范圍廣、診斷準(zhǔn)確、防治措施有效且反應(yīng)快速的網(wǎng)絡(luò)化專家系統(tǒng)平臺(tái)。筆者在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了農(nóng)業(yè)害蟲專家系統(tǒng)信息化平臺(tái)的構(gòu)建思路，為更好地進(jìn)行農(nóng)業(yè)害蟲防治提供參考，也為農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1平臺(tái)設(shè)計(jì)思路

農(nóng)業(yè)害蟲專家系統(tǒng)信息化平臺(tái)主體應(yīng)該包括農(nóng)業(yè)害蟲診斷數(shù)據(jù)庫和農(nóng)業(yè)害蟲的防治措施數(shù)據(jù)庫。主要建設(shè)步驟包括元數(shù)據(jù)獲取、標(biāo)本數(shù)字化表達(dá)、開發(fā)害蟲診斷系統(tǒng)、錄入數(shù)據(jù)形成農(nóng)業(yè)害蟲診斷數(shù)據(jù)庫；獲取防治措施、防治措施數(shù)字化、錄入數(shù)據(jù)形成農(nóng)業(yè)害蟲防治措施數(shù)據(jù)庫。

2平臺(tái)建設(shè)步驟

2.1構(gòu)建農(nóng)業(yè)害蟲診斷數(shù)據(jù)庫

2.1.1農(nóng)業(yè)害蟲診斷數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)獲取。 在平臺(tái)中應(yīng)錄入以下元數(shù)據(jù)。

(1)害蟲調(diào)查。調(diào)查農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)主要害蟲及相應(yīng)天敵種類，采集農(nóng)業(yè)害蟲及天敵標(biāo)本進(jìn)行分類鑒定；整理相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)并數(shù)字化以備錄入農(nóng)業(yè)害蟲專家系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，形成農(nóng)業(yè)害蟲信息數(shù)據(jù)庫。

(2)害蟲診斷。首先由昆蟲分類專家完成種類鑒定工作，完成后對標(biāo)本進(jìn)行圖像記錄，拍攝害蟲整體及主要鑒別特征圖片，編制物種檢索表，將標(biāo)本進(jìn)行數(shù)字化處理，為農(nóng)業(yè)害蟲專家系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中害蟲診斷中多媒體圖像查詢、檢索表式查詢等多種查詢方式提供相關(guān)資料和檢索依據(jù)，并實(shí)現(xiàn)正反雙向檢索。

2.1.2農(nóng)業(yè)害蟲診斷數(shù)據(jù)庫標(biāo)本的數(shù)字化表達(dá)。對害蟲種類進(jìn)行鑒定后，確保物種鑒定和數(shù)據(jù)來源準(zhǔn)確、信息完整齊備，信息錄入規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)；對采集到的標(biāo)本進(jìn)行數(shù)字圖像采集(尤其是鑒別特征數(shù)字圖像的采集)；進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)字段包括害蟲名稱，引發(fā)病癥的生物物種名稱，害蟲種類所在綱、目、科、屬、種，害蟲的鑒別特征，對農(nóng)業(yè)的危害部位、危害時(shí)期，形成危害的害蟲發(fā)育期，害蟲生態(tài)圖片等；并編制病害蟲分類信息檢索表及圖像鑒定體系，以備錄入形成農(nóng)業(yè)害蟲診斷數(shù)據(jù)庫，供害蟲診斷使用。農(nóng)業(yè)害蟲診斷數(shù)據(jù)庫擬數(shù)字化表達(dá)的內(nèi)容字段見圖1。

2.1.3主要農(nóng)業(yè)害蟲的診斷系統(tǒng)的工作模式。對“農(nóng)業(yè)害蟲數(shù)據(jù)庫”的主要字段進(jìn)行檢索，實(shí)現(xiàn)害蟲的診斷。為保證診斷效果，要實(shí)現(xiàn)單一與多條件2種檢索模式，并要形成由現(xiàn)象到病癥和由病癥到現(xiàn)象的雙向診斷模式。主要診斷途徑設(shè)計(jì)見圖2。

2.2農(nóng)業(yè)害蟲防治措施數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

2.2.1防治措施獲取。防治措施的獲取主要通過以下途徑：①知識(shí)積累。對國內(nèi)外發(fā)表的相關(guān)害蟲防治文獻(xiàn)進(jìn)行歸納、整理和總結(jié)，將有關(guān)知識(shí)抽提并精練，形成規(guī)范化的系統(tǒng)知識(shí)。②專家經(jīng)驗(yàn)。通過對相關(guān)害蟲防治專家及各級(jí)害蟲防治技術(shù)人員咨詢，將專家在長期的實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)和解決特定問題的推理路線整合，總結(jié)一套合理的防治措施。③田間試驗(yàn)。對常見易發(fā)害蟲的防治技術(shù)進(jìn)行田間試驗(yàn)，進(jìn)行多種防治方法防治效果及產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益進(jìn)行對比，優(yōu)選出害蟲防治的較佳措施，針對不同發(fā)育時(shí)期的不同害蟲提出及時(shí)有效的防治措施。

2.2.2防治措施數(shù)字化。將獲取后的防治措施按如下條目進(jìn)行整理歸納，錄入農(nóng)業(yè)害蟲專家系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，形成農(nóng)業(yè)害蟲防治措施數(shù)據(jù)庫，通過“害蟲名稱”字段與農(nóng)業(yè)害蟲數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)對接，實(shí)現(xiàn)診斷—防治一體化服務(wù)體系。

2.3兩數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)形成專家系統(tǒng)平臺(tái)將農(nóng)業(yè)害蟲診斷數(shù)據(jù)庫和農(nóng)業(yè)害蟲的防治措施數(shù)據(jù)庫通過診斷模式聯(lián)動(dòng)，形成信息、診斷、防治于一體的農(nóng)業(yè)害蟲專家系統(tǒng)信息化平臺(tái)。其主要工作模式見圖3。

圖1　農(nóng)業(yè)害蟲專家系統(tǒng)需數(shù)字化表達(dá)字段Fig.1　Digital expression of agricultural pests expert system

圖2　農(nóng)業(yè)害蟲專家系統(tǒng)診斷途徑Fig.2　Diagnosis approach of agricultural pests expert system

3結(jié)語

農(nóng)業(yè)害蟲診斷的目的無疑是快速、科學(xué)、準(zhǔn)確地給出診斷結(jié)果。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)害蟲診斷的設(shè)計(jì)思路大多是首先讓用戶選擇害蟲所屬的目、科、屬，這種設(shè)計(jì)思路從本質(zhì)上就是本末倒置的；而另一種設(shè)計(jì)思路是根據(jù)害蟲的形態(tài)特征，如通過害蟲的觸角形狀、體色、翅型、翅色、足型等特征來診斷害蟲[11-12]。筆者認(rèn)為，設(shè)計(jì)害蟲專家系統(tǒng)時(shí)采用后一種思路，采用多種害蟲診斷方式，結(jié)合農(nóng)民的認(rèn)知方式，設(shè)計(jì)出害蟲診斷系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)、知識(shí)庫構(gòu)成和推理機(jī)，操作方便簡單，更有利于基層人員的使用，也有效地提高了害蟲診斷的準(zhǔn)確性。建立一套具有專家級(jí)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)害蟲專家防治系統(tǒng)，對農(nóng)業(yè)害蟲進(jìn)行科學(xué)診斷，并實(shí)施有效的防治措施，方便農(nóng)民及從事農(nóng)業(yè)害蟲防治的技術(shù)人員能準(zhǔn)確、快速地推理、診斷農(nóng)業(yè)害蟲及查找自己所需要的信息，使農(nóng)民能及時(shí)得到專家的指導(dǎo)信息，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中害蟲防治技術(shù)不到位的問題，使農(nóng)業(yè)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)得到有效地推廣和應(yīng)用，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平將會(huì)提高一大步，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

圖3　農(nóng)業(yè)害蟲專家系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)主要工作流程Fig.3　Main workflow of agricultural pests expert system platform

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基金項(xiàng)目貴州省教育廳項(xiàng)目(黔教合KY字[2014]271，黔教合人才團(tuán)隊(duì)字[2015]71)。

作者簡介趙路歡(1994- )，女，貴州遵義人，本科生，專業(yè)：農(nóng)學(xué)。*通訊作者，副教授，在讀博士，從事昆蟲學(xué)研究。

收稿日期2016-04-06

中圖分類號(hào)S 126

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)15-255-02

Construction of Expert System Information Platform of Agricultural Pests

ZHAO Lu-huan,ZHANG Yu-bo*

(Anshun Universtiy/Guizhou Province Key Laboratory for Insect Information System and Resource Development &Utilization,Anshun,Guizhou 561000)

AbstractBased on the summarization of agricultural pests knowledge and the experience of experts,the design thought was put forward for the establishment of agricultural pests consulting expert system based on the network.The main bodies of this platform were agricultural pests diagnosis database and agricultural pests control measure database.This system designed a relatively complete system function of identification, enquiry, prevention,cure and medical instruction of agriculture pests,which realized the network diagnosis and inquiry function of agricultural pests,and provided expert decision-making system of the scientific prevention and control measures and the comprehensive control of agricultural pests.

Key wordsAgricultural pests; Expert system; Database; Bioinformatics