农业专家系统应用

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摘要：概述了农业专家系统的研究发展过程、结构框架和设计基础，分析了进入新世纪以来我国农业专家系统应用状况、存在的问题，并对未来的农业专家系统发展前景进行了展望。

关键词：专家系统；计算机应用；农业领域

TheApplicationofAgriculturalExpertSysteminChina

ZhaoLinFengXiongXingYao

(CollegeofHoritcultureandLandscapeArchitecture,HunanAgriculturalUniversity)

Abstract：Thispapersummarizedtheresearchhistory，frameworkanddesigningfoundationofagriculturalexpertsystemintheworld，analyzedtheapplicationofagriculturalexpertsysteminthenewcenturyinChina.

Keywords：expertsystem；computerapplication；agriculturalfield

1.前言

我国加入WTO，传统型农业面临巨大的挑战，因而必须依靠先进的科学技术，向信息化、现代化农业迈进。信息技术的广泛应用，为精确农业的发展提供了技术支持。精确农业在美国等发达国家已取得长足发展，但在我国尚处于起步阶段。精确农业代表农业的发展方向．以农业专家系统为特征，发展精确农业是我国农业信息化、现代化的一条新路[1,2]。

专家系统也可以叫智能系统，是基于知识的程序设计方法建立起来的计算机系统。[3]它能够对某一领域内大量的专家知识，应用计算机模拟专家的行为方式来实现对专家知识的获取以及对知识库与数据库的管理，并能对数据库和知识库按照一定的规则进行推理、表达，最后模仿专家能解答终端“客户”问题的计算机系统，是人工智能AI的组成部分。在农业领域中应用的专家系统称为农业专家系统，也可以叫做农业智能系统，是农业信息技术中的一项重要技术，它是将人工智能的知识工程原理应用于农业领域的一项高新技术，它是运用知识表示、推理、知识获取等技术，总结农业专家的宝贵经验、实验数据及数学模型，建造起来的计算机农业软件系统。它具有独立的知识库，智能化的分析推理。对用户所提出的的问题能给予专家水平的解答。农业专家系统可应用于农业的各个领域[4-7]。

2.农业专家系统的基本概述

2.1农业专家系统的基本结构:(1)知识库;用来存放相关领域专家提供的专门知识。包括与领域相关的书本知识、常识性知识，其中最为宝贵的是专家经多年实践而积累的经验知识.(2)综合数据库；用于存放有关问题求解的原始数据、求解状态、中间结果、假设、目标以及最终求解结果。(3)推理机；其功能是根据一定的推理策略从知识库中选取有关的知识，对用户提

赵林峰，硕士研究生，湖南农业大学园艺园林学院.410128。

*熊兴耀，博士，教授，博士生导师，湖南农业大学园艺园林学院，410128，E-mail:xiongxingyao@

供的证据进行推理，直到得出相应的结论为止。(4)知识获取模块；获取过程可以看作是一类专业知识到知识库之间的转移过程，通过对专门知识的自动获取达到系统的再学习而不断完善知识库。(5)解释接口用户；专家系统能回答用户的问题，具有解释功能。并负责对推理给出必要的解释[8]。

2.2农业专家系统应具备的基本功能(1)在产前能根据用户的生产条件、生产目的，因地制宜地为用户提供最佳或较佳的产量指标、效益指标以及达到指标的优化技术方案。[8](2)在生产中能对出现的问题，根据用户提供的信息进行推导，判断出问题出现的原因，并提供可行、有效的解决办法。[9](3)在产后能根据用户产品的数、质量和市场的需求提供合理贮、运、销、加工等的建议[10]。

2.3农业专家系统的特点(1)启发性;，能运用专家的知识和经验进行推理和判断。(2)透明性;，能解决本身的推理过程，能回答用户提出的问题。(3)灵活性;能不断地增长知识，修改原有的知识。[12](4)专一性;任何专家系统均是为某一特定领域而设计，其研究范围具有高度的专一性。(5)可靠性不受疲劳、疏忽、紧张和外部压力等主客观因素的影响[8]。

3.专家系统在农业上的应用

3.1在植物保护中的应用

3.1.1作物病虫预测预报；病虫预测预报需要的基本信息是：病虫害的生物学参数、发生环境状况和气象条件资料。这些数据往往需要通过繁琐的计算才能获得，人工操作费时费工，容易出错。专家系统可根据输入的原始资料自动选择模拟和计算方法来预测或预报目标信息，快速得出预测预报模型，以便掌握其防治时期。如谢贤元等研制的SCDPM陕西农作物病虫害计算机管理系统，全国测报总站和山东省植保站以及广西植保站已组建了粘虫、稻飞虱、稻螟、麦锈病、麦蚜、玉米螟、棉铃虫和三化螟等病虫病专家数据库[13-15]。

3.1.2作物病虫杂草的分类、检索、识别、诊断鉴定；分类鉴定和检索诊断基本信息是：寄主作物、发生时期、地理区域及生物本身的宏观特征。如人工开具病虫处方，要求工作人员要有牢固的植物保护基础知识和丰富的实践经验，由于工作效率低，查询大量资料的难度大，植物医生无法及时满足农户的需要。专家系统把这些资料编制成简单的程序，来达到迅速确定目标信息的目的，从而得到最佳防治时期和方案[16]。

3.2在作物育种中的应用

新品种选育是相当复杂的长期过程，由于作物生长周期长，许多遗传、变异规律还不清楚，因此，优良品种的选育相当困难，育种成功率较低。农业专家系统软件可以用计算机模拟知名水稻专家的育种思想和预测、决策过程。把专家的育种经验同作物遗传规律有机地结合在一起，增强了水稻育种工作的预见性，提高了育种效率，加速了育种进程，能够促进遗传育种研究理论水平的提高，推动农业生产的发展。

3.3在作物栽培中的应用

3.3.1预测与动态调控；预测是通过模拟模型得以实现。但它必须引入专家知识，也就是说在模型系统之上耦合包含知识的专家系统，使之系统形成以模型为基础，以专家知识为准的“专家曲线”。系统以“专家曲线”和一些高产栽培原则及生育指标为标准，当预测的作物生长发育偏离时，系统分析原因，推荐一个适宜的调控措施(和调控时期)。当系统预测的结果明显偏离曲线时，用户可以人为修正，输入作物生育状况，以提高下一阶段的预测性。系统最后输出决策的技术措施及预测的作物生育动态。

3.3.2方案设计；运用专家系统可进行方便的设计，如作物栽培方案可根据决策地点的常年生态条件、用户的产量目标制定一套合理的栽培方案。北京示范区的小麦等实用专家系统等系统，可根据产生的气象资料和当地常年土壤情况以及品种、播期、密度、肥料运筹、理想的产量结构、茎蘖动态等来设计一套合理的栽培方案。

3.3.3专家咨询；专家系统可帮助用户分析和解决具体问题。根据生产水平确定合适的产量目标；考虑品种的早熟性、抗寒性、发育特性类型、抗病虫性等进行品种选择；根据产量水平、栽培调控方式确定播种量；根据积温模式确定播期；根据茬口情况选用合适的播种技术；根据当年的苗情与往年比较，进行苗情分析；根据生产水平，确定合适的施肥量、基肥、追肥的比例及施用的时间等。同时专家系统，采用多媒体技术——视频影像、视频图象、图形、音频、文本等媒体相结合的形式分别，根据用户不同的使用要求，分别由相应的条件触发相应的动作，提供计算机专家咨询服务，实现模拟专家咨询的过程。

3.4在灌溉管理中的应用

3.4.1灌溉用水计划；确定灌溉用水计划需要的基本信息是：土壤墒情、作物蒸发蒸腾量、地下水情况、水源情况等。这些数据往往需要根据已获得的气象、土壤等资料，通过繁琐的计算才能获得。专家系统可根据输入的原始资料自动选择计算方法来预测或预报目标信息，快速确定灌溉用水计划，并且可以随时总结用水情况；专家系统处理时间短，而且准确，适用于大型灌区及农场。专家系统常被用来确定作物蒸发蒸腾量、灌溉日期、灌溉水量及土壤墒情。

3.4.2灌溉系统辅助设计；由于各灌区的地理、气候、土壤条件不同，采用的渠系布置和灌溉方式均不相同，因而有不同的灌溉系统设计方法。人工很难设计出尽善尽美的灌溉系统，而专家系统通过内部的知识库，利用丰富的知识可以解决规划设计中的复杂问题，应用专家系统进行灌溉系统辅助设计，可以进行渠系优化布置，为灌溉管理提供各种咨询服务，对于情况复杂的灌区很有帮助[17]。

4.结束语

随着中国城市化进程的加快，农业人均耕地面积减少，这就要求农业能以小面积的土地生产大量的农产品来满足我国生产，生活的需要。同时随着经济全球化发展，优质，高产，无公害，绿色食品将在竞争中处于主导地位。因此我国必将从传统农业向现代化农业转变。农业专家系统的研制、开发、推广、应用将是传统农业向现代化农业转变的重要标志，是科教兴农的重大突破。同时对缓解农业专家的不足及加快科技成果的转化具有重要的意义。

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