甘肅馬鈴薯專家系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

趙婧 趙貴賓 熊春蓉 朱永永 陳恒

摘要：針對甘肅省馬鈴薯生產(chǎn)現(xiàn)狀及需求， 采用知識工程的方法和手段 ，利用計算機(jī)人工智能技術(shù) ，將馬鈴薯領(lǐng)域?qū)＜业闹R、經(jīng)驗和解決問題的方法系統(tǒng)化、形式化，設(shè)計出馬鈴薯專家系統(tǒng)功能模塊和數(shù)據(jù)庫，開發(fā)研制了馬鈴薯專家系統(tǒng)并進(jìn)行應(yīng)用，可快捷、方便地為基層農(nóng)業(yè)技術(shù)人員和農(nóng)業(yè)經(jīng)營者提供技術(shù)指導(dǎo)和科學(xué)管理決策參考。

關(guān)鍵詞：甘肅； 馬鈴薯； 專家系統(tǒng)； 開發(fā)與應(yīng)用

中圖分類號：TP311.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-1463（2017）07-0071-04

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2017.07.018

Abstract： Introduction experiment of 11 oil flax cultivars is carried out in Gaoping experiment stations of Pingliang Institution of Agricultural Science. The result shows that the comprehensive chavaiters is excellent， the plants grew well， the evenness of the plant are strong， and the yield components are high， which the growth stages of 3911 and 9718 are shorter than that of other cultivars， 99012 QS05 and Longya 10 are longer in the condition of open ground drilling. The growth of Tianya 10， Longyaza 14， 99012 QS05， Longya 10 are vigorous and uniform. Tianya 10 have the highest yield and achieved 9.55% increase over the CK Longya 10. The yield of Longyaza 14 is second to Tianya 10 and 6.82% increase over the CK. Longyaza 14 have the lowest plant height which may enable it a good lodging resistance. Tianya 10 and Longyaza 14 are suitable for planting in Pingliang.

Key words：Oil flax；Pingliang；Cultivars；Introduction

馬鈴薯是甘肅省三大糧食作物之一，在全省農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。全省馬鈴薯面積自2011年以來一直穩(wěn)定在67萬hm2左右，總產(chǎn)1 000萬 t左右[1 ]，2015年達(dá)到68.2萬hm2，產(chǎn)量1 126.5萬t。改革開放以來，隨著農(nóng)產(chǎn)品供求形勢的變化和市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，馬鈴薯已由解決溫飽的糧食作物轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾募Z、菜、加工等多種用途的兼用作物，由于其產(chǎn)量高、耐瘠薄、抗干旱、適應(yīng)性強(qiáng)、避災(zāi)減災(zāi)、比較效益高等特點，已成為甘肅省最具有發(fā)展前景的高產(chǎn)作物之一。尤其是隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的不斷深化，馬鈴薯也由抗旱救災(zāi)作物發(fā)展成為支持農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)民增收致富的經(jīng)濟(jì)作物，種植面積逐年擴(kuò)大。為加快推動甘肅省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，針對甘肅省馬鈴薯的生產(chǎn)現(xiàn)狀，我們將計算機(jī)技術(shù)與馬鈴薯相關(guān)的農(nóng)業(yè)知識進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，開發(fā)出了甘肅馬鈴薯專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有清晰美觀的多媒體人機(jī)交互界面和方便的查詢與搜索功能，整個系統(tǒng)操作靈活、方便，易于掌握和推廣。甘肅馬鈴薯專家系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，大大促進(jìn)了新技術(shù)、新成果的推廣，對甘肅省的馬鈴薯生產(chǎn)具有深遠(yuǎn)的意義。填補了甘肅省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)專家信息系統(tǒng)的空白。該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于馬鈴薯大田生產(chǎn)、貯藏和加工等方面，提升了甘肅省馬鈴薯種植技術(shù)的信息化水平，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 甘肅馬鈴薯專家系統(tǒng)的設(shè)計

通過對山西省馬鈴薯專家系統(tǒng)、畢節(jié)地區(qū)馬鈴薯專家系統(tǒng)、榆林基于移動互聯(lián)平臺的馬鈴薯生產(chǎn)管理專家系統(tǒng)和貴州省馬鈴薯栽培管理專家系統(tǒng)等系統(tǒng)進(jìn)行分析[2 - 6 ]，在消化吸收各地研制經(jīng)驗的基礎(chǔ)上[7 - 8 ]，針對甘肅省當(dāng)前馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的問題，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐膽?yīng)用需求，以通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)平臺為基礎(chǔ)，構(gòu)建了基于互聯(lián)網(wǎng)和移動智能終端的應(yīng)用系統(tǒng)，以滿足甘肅省廣大馬鈴薯種植戶、基層農(nóng)業(yè)技術(shù)人員在馬鈴薯種植、技術(shù)推廣方面的信息化需求。

1.1 構(gòu)建專家知識庫

構(gòu)建專家知識庫的主要目的就是把馬鈴薯專家的經(jīng)驗知識、理論知識采用信息化的方式進(jìn)行表達(dá)和推理，通過現(xiàn)代化的通訊技術(shù)，遠(yuǎn)程為馬鈴薯種植戶、基層農(nóng)業(yè)技術(shù)人員和馬鈴薯生產(chǎn)加工企業(yè)提供專家級的知識服務(wù)，解決馬鈴薯種植或生產(chǎn)過程中遇到的問題，提高馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)。甘肅馬鈴薯專家系統(tǒng)將馬鈴薯栽培技術(shù)、病蟲草害防治技術(shù)、加工技術(shù)所涉及的各類專業(yè)知識分門別類的整理，根據(jù)每類知識的特點，依據(jù)關(guān)鍵主題詞、特征、業(yè)務(wù)規(guī)則建立知識表達(dá)邏輯，并通過判定樹進(jìn)行知識推理機(jī)制，建立了整地、品種選擇、播種、施肥、田間管理、病蟲草害防治、收獲、儲藏、加工等知識庫。依據(jù)推理機(jī)制對外部輸入的條件進(jìn)行知識推理，獲取所需的專業(yè)知識。

1.2 開發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的專家應(yīng)用系統(tǒng)

甘肅馬鈴薯專家系統(tǒng)涉眾群體包括全省馬鈴薯種植戶、全省基層農(nóng)技人員、全省馬鈴薯生產(chǎn)加工企業(yè)等眾多群體。由于涉眾群體種類多，每個人員的應(yīng)用需求、應(yīng)用環(huán)境不同，為了滿足不同人員的應(yīng)用需求，本系統(tǒng)利用互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能等技術(shù)構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)+馬鈴薯專家服務(wù)的模式，開發(fā)出單機(jī)版本、網(wǎng)絡(luò)版本和手機(jī)APP版本共3個版本，用戶可以通過PC終端、手機(jī)終端很便捷的使用本系統(tǒng)，隨時、隨地的獲取專家級的技術(shù)指導(dǎo)。

2 甘肅馬鈴薯專家系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計

本項目在.net平臺下開發(fā)，整體架構(gòu)設(shè)計采用REST面向資源的架構(gòu)體系，構(gòu)建分布式應(yīng)用系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有很好的可擴(kuò)展性和伸縮性。

系統(tǒng)采用REST面向資源架構(gòu)體系，按架構(gòu)各部分完成的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行分層設(shè)計，各層之間的功能相互獨立，保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性。

系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯采用分層架構(gòu)設(shè)計模式，根據(jù)實際需求，將本系統(tǒng)分為業(yè)務(wù)應(yīng)用層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層4層結(jié)構(gòu)。每層之間相互獨立，完成各自的功能，層和層之間自上而下交互。業(yè)務(wù)應(yīng)用層直接面向用戶，接受用戶輸入的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用請求，并將接收的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用請求轉(zhuǎn)發(fā)給業(yè)務(wù)服務(wù)層。業(yè)務(wù)服務(wù)層接受到服務(wù)請求后，調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層相應(yīng)的業(yè)務(wù)功能模塊完成服務(wù)請求。業(yè)務(wù)邏輯層根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用請求調(diào)用相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理邏輯模塊處理用戶的業(yè)務(wù)服務(wù)請求，并將處理結(jié)果返回到業(yè)務(wù)服務(wù)層，當(dāng)業(yè)務(wù)邏輯組件需要訪問數(shù)庫資源時，通過數(shù)據(jù)訪問層的持久化對象獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)資源。數(shù)據(jù)訪問層負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問。

2.1 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要和用戶交互，接收用戶輸入的請求，并將請求的結(jié)果顯示給用戶。系統(tǒng)提供了基于PC終端的業(yè)務(wù)應(yīng)用和移動終端的業(yè)務(wù)應(yīng)用，用戶可以通過電腦和手機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2.2 業(yè)務(wù)服務(wù)層

業(yè)務(wù)服務(wù)層完成系統(tǒng)的服務(wù)功能，本系統(tǒng)提供以下業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)。

2.2.1 信息檢索服務(wù) 可以檢索到整地、起壟覆膜、種子處理、催芽、拌種、田間管理、收獲、儲藏和加工等方面的技術(shù)信息。

2.2.2 查詢服務(wù) 可以做到行政區(qū)劃信息查詢、品種信息查詢、病害信息查詢、蟲害信息查詢和生產(chǎn)企業(yè)信息查詢。

2.2.3 決策服務(wù) 提供品種選擇決策、播期決策、病害診斷、蟲害診斷、合理密植決策和施肥決策。

2.2.4 交流服務(wù) 提供了視頻播放、資料下載服務(wù)、用戶咨詢服務(wù)、用戶信息管理服務(wù)和新品發(fā)布服務(wù)。

2.3 業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層主要響應(yīng)服務(wù)層傳遞過來的服務(wù)請求，根據(jù)服務(wù)請求調(diào)用相應(yīng)的業(yè)務(wù)功能邏輯模塊，并將處理的結(jié)果返回到服務(wù)層，本系統(tǒng)將業(yè)務(wù)邏輯處理模塊分為以下幾大類。

2.3.1 查詢模塊 處理用戶發(fā)送的所有信息查詢請求，信息查詢處理模塊提供多指標(biāo)、多條件的查詢接口，滿足用戶多種多樣的查詢方式。

2.3.2 檢索模塊 該業(yè)務(wù)模塊主要對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，資料數(shù)據(jù)如整地、起壟覆膜、視頻資料等進(jìn)行檢索。

2.3.3 數(shù)據(jù)維護(hù)管理 對基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和維護(hù)，包括數(shù)據(jù)的增、刪、改、查功能，并提供多種數(shù)據(jù)錄入方式，提高數(shù)據(jù)錄入的效率。

2.3.4 推理模塊 完成接收決策服務(wù)請求，完成專家推理功能，獲取決策的結(jié)果并返回到?jīng)Q策服務(wù)。

2.4 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的持久化存儲。本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)層存儲的數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、資料數(shù)據(jù)及專家知識庫。數(shù)據(jù)層除了完成數(shù)據(jù)持久化存儲外，還為業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)支撐，業(yè)務(wù)邏輯層通過數(shù)據(jù)層的持久化對象訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

3 馬鈴薯專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容

3.1 基本介紹

主要介紹甘肅省馬鈴薯生產(chǎn)狀況，馬鈴薯形態(tài)特征以及馬鈴薯生長發(fā)育的相關(guān)知識。

3.2 知識角

介紹了營養(yǎng)元素對馬鈴薯生長發(fā)育的影響，土、肥、水、氣對馬鈴薯產(chǎn)量的影響和雜草的防治知識。

3.3 脫毒薯生產(chǎn)技術(shù)

系統(tǒng)介紹了脫毒苗繁育技術(shù)、脫毒微型種薯的生產(chǎn)技術(shù)和脫毒原種高產(chǎn)栽培技術(shù)。

3.4 播前技術(shù)

介紹了整地、起壟覆膜相關(guān)知識，并能進(jìn)行品種選擇決策。輸入所在地（市）縣（區(qū)）以及品種用途等因素，系統(tǒng)自動推薦出適宜當(dāng)?shù)卦耘嗟母弋a(chǎn)、抗病品種，用戶可進(jìn)一步根據(jù)當(dāng)?shù)伛R鈴薯的適宜播期和用途來選擇需要的品種。

3.5 播種技術(shù)

介紹了種薯處理技術(shù)，并能對播期和密度進(jìn)行決策。一是輸入所在縣（區(qū)）以及田地類型等因素，系統(tǒng)結(jié)合所輸入的因素能推理出適宜播期，使馬鈴薯的生育期進(jìn)程與當(dāng)?shù)貧夂驐l件相適應(yīng)，充分發(fā)揮馬鈴薯的生產(chǎn)潛力。二是通過輸入所在縣（區(qū)）、田地類型、土壤肥料和品種用途可以決策出適宜的種植密度，避免用戶根據(jù)經(jīng)驗來判斷株行距造成播種密度過大或者過小的問題。同時也對用種量提供依據(jù)。

3.6 田間管理

主要介紹了水地和旱地的馬鈴薯不同生育時期的田間管理措施。

3.7 施肥決策

依據(jù)土壤中氮肥、磷肥、鉀肥的肥力水平，建立相應(yīng)的知識庫，預(yù)計產(chǎn)量以及給出合適的施肥方式和建議。避免了用戶因過量施肥或者施肥不均而造成肥料浪費或者減產(chǎn)的問題，幫助用戶獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.8 病蟲害防治

通過對馬鈴薯病害外在的表現(xiàn)、蟲害成蟲或幼蟲的體型特征以及相關(guān)的圖片進(jìn)行分析，系統(tǒng)自動決策出病蟲害名稱，并鏈接有圖片和病害癥狀、發(fā)病規(guī)律以及防治方法的詳細(xì)資料。用戶可以將受害植株與圖片加以對比，提高決策的準(zhǔn)確度。

3.9 收獲

主要介紹了收獲時間、除秧技術(shù)和收獲方式。

3.10 貯藏加工

對貯藏條件、貯藏方法、馬鈴薯淀粉和馬鈴薯全粉等信息做了介紹。

3.11 相關(guān)企業(yè)介紹

介紹了甘肅省馬鈴薯種薯企業(yè)、加工企業(yè)、農(nóng)機(jī)企業(yè)和農(nóng)藥企業(yè)。

3.12 互動交流平臺

互動交流平臺是甘肅馬鈴薯專家系統(tǒng)的主要創(chuàng)新點。通過互動交流平臺用戶可以和專家通過網(wǎng)絡(luò)交流，能更加便捷、高效的解決馬鈴薯生產(chǎn)上的實際問題，提高工作效率。

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（本文責(zé)編：陳 珩）