5.1 農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)也叫農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)（agriculturalintelligent-system），俗稱電腦農(nóng)業(yè)專家，是基于農(nóng)業(yè)專家知識和模仿農(nóng)業(yè)專家進行推理決策的計算機程序系統(tǒng)，是專家系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述一、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況二、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究和應(yīng)用的意義三、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的類型四、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展趨勢一、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述化合物分子結(jié)構(gòu)推斷計算機程序（首例專家系統(tǒng)，1960s中后期）70年代末期將專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，以美國的研究開始最早，當(dāng)時開發(fā)的專家系統(tǒng)主要是面向農(nóng)作物的病蟲害診斷，伊利諾斯大學(xué)開發(fā)的大豆病蟲害診斷專家系統(tǒng)PLANT/ds（1978）伊利諾斯大學(xué)開發(fā)的玉米螟蟲蟲害預(yù)測專家系統(tǒng)PLANT/cd（1982）日本千葉大學(xué)的西紅柿病蟲害診斷專家系統(tǒng)MICCS（1983）20世紀(jì)80年代中期，隨著專家系統(tǒng)技術(shù)的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究有了相當(dāng)大的進展，在數(shù)量和水平上均有了較大的起色，已從單一的病蟲害診斷轉(zhuǎn)向生產(chǎn)管理、經(jīng)濟分析決策、生態(tài)環(huán)境評價等方面，尤其以美國、日本、中國和歐洲最為突出。一、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述美國農(nóng)業(yè)部和全國棉花委員會于1986年開發(fā)研制成功著名的棉花生產(chǎn)管理專家系統(tǒng)GOSSYM/COMAX，功能十分強大，應(yīng)用十分廣泛，成為農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)的典例。加里福尼亞大學(xué)戴維斯分校研制開發(fā)的CALEX系統(tǒng)也非常成功，包括CALEX/COTTON、CALEX/PEACHES、CALEX/RICE等已廣泛的應(yīng)用于棉花、桃樹和水稻生產(chǎn)管理。目前，CALEX已演化成為專用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的專家系統(tǒng)開發(fā)工具軟件。美國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)多利用商用的開發(fā)工具如LEVELES、VP-EXPERT、INSIGHT等。一、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述日本政府對農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究重視較早，1986年就出版了《人工智能與農(nóng)業(yè)：精農(nóng)技術(shù)與尖端技術(shù)的融合》的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃此后研發(fā)了若干農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)近年來又將專家系統(tǒng)應(yīng)用于蔬菜溫室、牛奶生產(chǎn)等設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)管理中，取得了良好效果。東京大學(xué)的西紅柿栽培管理專家咨詢系統(tǒng)和培養(yǎng)液管理專家系統(tǒng)千葉大學(xué)研發(fā)的作物病害診斷專家系統(tǒng)、花卉栽培管理支持系統(tǒng)和庭院景觀評價系統(tǒng)農(nóng)業(yè)研究中心研發(fā)的耕作方式計劃支持系統(tǒng)、大豆栽培作業(yè)規(guī)劃管理系統(tǒng)、拖拉機選用決策支持系統(tǒng)、聯(lián)合收割機故障診斷系統(tǒng)等一、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述中科院合肥智能所研制的13種作物23個施肥專家系統(tǒng)中國科學(xué)院水土保持研究所的“黃土旱塬小麥生產(chǎn)綜合管理專家系統(tǒng)”中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的“品種選育專家系統(tǒng)”中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所的“粘蟲測報專家系統(tǒng)”中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所的“施肥專家系統(tǒng)”華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的“園藝專家系統(tǒng)”浙江大學(xué)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑研究所合作研制的“蠶育種專家系統(tǒng)”我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究開始于20世紀(jì)80年代初期1985年中國科學(xué)院合肥智能機械研究所和安徽農(nóng)科院合作研制成功的“砂姜黑土小麥?zhǔn)┓蕦＜蚁到y(tǒng)”，在淮北平原得到較大規(guī)模應(yīng)用，開拓了農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)在我國的發(fā)展在國家“七五”和“八五”科技攻關(guān)期間，我國又研制了一批農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)一、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述進入20世紀(jì)90年代以來，我國不少研究單位將基于案例推理技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、作物生長模擬技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等綜合集成應(yīng)用于農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究，提高了農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的技術(shù)水平。浙江大學(xué)的飼料配方專家系統(tǒng)河北農(nóng)業(yè)大學(xué)的土壩事故診斷專家系統(tǒng)中科院沈陽計算研究所的水稻育種專家系統(tǒng)江蘇農(nóng)科院的水稻栽培計算機模擬優(yōu)化決策系統(tǒng)RCSODS（1994）中國農(nóng)科院棉花所研制的基于GOSSYM模型的黃淮海地區(qū)棉花生產(chǎn)管理系統(tǒng)COTMAS（1996）中科院合肥智能所研制的施肥推薦和作物栽培管理專家系統(tǒng)北京市農(nóng)林科學(xué)院作物所的小麥綜合管理專家系統(tǒng)ESWCM和玉米綜合管理專家系統(tǒng)（1998）一、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述在“九五”、“十五”期間，在國家“863”計劃支持下，北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心、中國科學(xué)院合肥智能機械研究所、吉林大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)先后開發(fā)了5個面向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)平臺，并成功地在全國20多個示范區(qū)推廣應(yīng)用，相繼開發(fā)了300多個農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，取得了較為顯著的經(jīng)濟效益和社會效益（下表）示范區(qū)名稱農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)類型北京示范區(qū)小麥、玉米、蘋果、梨、桃、葡萄、黃瓜、番茄、甜椒、西瓜、草坪、花卉、水產(chǎn)、養(yǎng)殖、畜牧云南示范區(qū)小麥、玉米、水稻、蘋果、甘蔗、烤煙兵團示范區(qū)棉花、小麥玉米、西瓜、甜瓜黑龍江示范區(qū)大豆、水稻廣西示范區(qū)荔枝、龍眼、芒果、甘蔗、玉米、水稻山東示范區(qū)小麥、玉米、花生、甘薯、蘋果、大櫻桃、桃、番茄、甜椒、黃瓜、對蝦、海帶、扇貝、魚類、郁金香、蝴蝶蘭河南示范區(qū)小麥、芝麻棉花玉米水稻重慶示范區(qū)番茄、辣椒、黃瓜、榨菜、柑橘安徽示范區(qū)棉花、水稻、油菜、養(yǎng)蟹、芝麻、養(yǎng)鵝、紅籽瓜、花生、石榴、玉米、大豆、香菇、養(yǎng)豬、碭山酥梨海南示范區(qū)香蕉、橡膠、芒果、辣椒、植保山西示范區(qū)小麥、玉米、蘋果、紅棗、蕎麥、谷子、核桃、馬鈴薯、養(yǎng)牛、蔬菜河北示范區(qū)小麥、玉米、黃瓜、辣椒、番茄、水稻、大豆、棉花、葡萄、養(yǎng)牛、養(yǎng)蟹遼寧示范區(qū)水稻、番茄、黃瓜、青椒甘肅示范區(qū)小麥、玉米、馬鈴薯、黃瓜、茄子、番茄、西瓜、辣椒、百合、特菜、葡萄、病蟲害預(yù)測預(yù)報、植保、養(yǎng)豬、水稻、抗洪救災(zāi)、蔬菜、農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)報湖南示范區(qū)玉米、水稻、小麥、黃瓜、氣象、植保、草坪天津示范區(qū)玉米、特用玉米、土肥、水稻、蔬菜、畜牧吉林示范區(qū)小麥、香菇、水稻、玉米、柑橘、烤煙、甘蔗、洋芋、蕎麥、丹參四川示范區(qū)水蜜桃、石榴楊凌示范區(qū)小麥、玉米、節(jié)水灌溉、獼猴桃、蘋果、食用菌、蔬菜“863”計劃支持下研發(fā)的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)統(tǒng)計（劉世洪，2005）一、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述從20世紀(jì)70年代至今，按照歷史發(fā)展進程，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展可歸納為目前，國內(nèi)外研制開發(fā)的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)已有數(shù)百個，廣泛應(yīng)用于作物生產(chǎn)管理、灌溉、施肥、品種選擇、病蟲害控制、溫室管理、牛奶生產(chǎn)管理、牲畜環(huán)境控制、土壤保持、食品加工、糧食儲存、環(huán)境污染控制、森林火災(zāi)控制、經(jīng)濟分析、財務(wù)分析、市場分析、農(nóng)業(yè)機械選擇、農(nóng)業(yè)機械故障檢修等眾多方面，許多系統(tǒng)已得到實際應(yīng)用，受到農(nóng)民、農(nóng)業(yè)技術(shù)人員、農(nóng)業(yè)顧問以及農(nóng)業(yè)管理機構(gòu)等各類用戶的歡迎。單功能農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)階段多功能農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)階段基于模型的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)階段智能化農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)階段系統(tǒng)名稱研究的主要內(nèi)容開發(fā)者發(fā)表時間PLANT/ds大豆病害珍斷美國Illinois大學(xué)1978灌水管理美國California大學(xué)1981PLANT/cd玉米螟危害預(yù)測美國Illinois大學(xué)1982棉花水分管理美國California大學(xué)1982人工智能用于木材采伐美國Purdue大學(xué)1983病害管理輔助決策美國Rykid等1984棉花病害綜合防治美國California大學(xué)1984農(nóng)業(yè)化學(xué)分析美國Jones等1984COMAX棉花綜合管理美國USDA-ARS1985POMMB蘋果害蟲與果園管理Roach等1985MICCS蕃茄病害診斷日本千葉大學(xué)1985油桃病害診斷美國Plant等1986PBST病害診斷及對策澳大利亞農(nóng)業(yè)部1987奶牛繁殖及診斷美國Margland大學(xué)1987CALBX農(nóng)業(yè)管理美國California大學(xué)1988世界上有代表性的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)及工具系統(tǒng)名稱研究的主要內(nèi)容開發(fā)者發(fā)表時間FARMSYS作物多熟種植美國Florida大學(xué)1988農(nóng)作制度管理決策美國Iowa大學(xué)1988SOYBUG大豆病害管理Beek等1989SBLBCT農(nóng)業(yè)管理與決策選擇英國Bdinburgh農(nóng)學(xué)院1989SMARTOSY大豆生長模擬與管理美國Geogia大學(xué)1989DHLBS奶牛營養(yǎng)診斷美國TexasA&M大學(xué)1989CIRMAN農(nóng)作物生長風(fēng)險決策美國TexasA&M大學(xué)1989CHESS母豬群的行為分析荷蘭Wageningen大學(xué)1990RAIN農(nóng)林計算機輔助決策美國Georgia大學(xué)1990砂姜黑土施肥專家系統(tǒng)中國合肥智能所1991AWFRS粘蟲測報中國農(nóng)科院1992HAISON環(huán)境工程控制加拿大David等1992ESWCM小麥綜合管理專家系統(tǒng)北京市農(nóng)林科學(xué)院1993IWCMSB小麥綜合管理美國AhmedKamel等1994BXCIS專家土地評價西臘Yialouris1995HYDRA灌溉管理意大利Jacucci等1995世界上有代表性的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)及工具續(xù)二、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究和應(yīng)用的意義農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述（一）農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究的必要性生產(chǎn)的復(fù)雜性和經(jīng)營的綜合性由多個學(xué)科組成的專家群體解決問題長期的實踐過程中通過不斷探索、研究和總結(jié)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識的整體性、系統(tǒng)性、綜合性以及可操作性和應(yīng)變性不夠強農(nóng)業(yè)科技發(fā)展局限性專家系統(tǒng)“長期蹲點”整理、歸納綜合集成二、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究和應(yīng)用的意義農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述（二）農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的特點農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)比一般計算機信息系統(tǒng)更突出專門農(nóng)業(yè)知識與推理判斷的作用，具有針對性更強的決策咨詢能力，比人類農(nóng)業(yè)專家擁有綜合性知識和高速的知識處理本領(lǐng)，不受時間、空間的限制和人類情感的影響。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)具有智能性、繼承性、集成性、復(fù)制性和便捷性。二、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究和應(yīng)用的意義農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述（三）農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的作用匯集高水平的農(nóng)業(yè)知識，克服農(nóng)村地區(qū)交通信息不便的障礙，實地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，緩解農(nóng)技人員不足以及水平參差不齊的矛盾。匯集當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)知識，搶救、固化農(nóng)學(xué)專家和種田能手的寶貴經(jīng)驗，使其逐漸積累豐富，構(gòu)成本地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)庫集和農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)庫集。推廣演示軟件采用多媒體技術(shù)既有文字，又有聲音、圖像，內(nèi)容詳盡，針對性、操作性強，易于被農(nóng)民理解、接受，并付之以實踐。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時效性很強，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)隨時解答農(nóng)民生產(chǎn)中遇到的問題，大大減少了解決問題的時滯。三、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的類型農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述（一）按功能和結(jié)構(gòu)特征劃分啟發(fā)式專家系統(tǒng)（HeuristicExpertSystem）實時控制專家系統(tǒng)(Real－timeControlExpertSystem)基于模型的專家系統(tǒng)(Model－basedExpertSystem)專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(ExpertDatabase)專家系統(tǒng)開發(fā)工具(Problem－specificShell)三、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的類型農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述（二）按涉及學(xué)科領(lǐng)域劃分作物栽培專家系統(tǒng)農(nóng)田施肥專家系統(tǒng)植物保護專家系統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)新品種選育專家系統(tǒng)畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖專家系統(tǒng)水利灌溉專家系統(tǒng)其它學(xué)科領(lǐng)域的專家系統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理農(nóng)機具優(yōu)化設(shè)計與選擇農(nóng)業(yè)經(jīng)濟分析農(nóng)產(chǎn)品評價水土保持三、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的類型農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述（三）按照系統(tǒng)運行環(huán)境劃分桌面版農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)版農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)嵌入式版農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)多媒體版農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)智能設(shè)備智能語音驅(qū)鳥設(shè)備溫室娃娃變量施肥機智能傳感器變量農(nóng)藥噴灑機掌上電腦（AHPC）和掌中寶（PDA）四、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展趨勢農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)概述（一）農(nóng)業(yè)專家研究和應(yīng)用中存在的問題1.農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究水平偏低，專家系統(tǒng)性能較差開發(fā)的歷史較短，研究力量相對單薄，計算機技術(shù)人員與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)＜医Y(jié)合較差，和世界先進水平相比，在技術(shù)水平和應(yīng)用效果上都有很大差距。目前我國AES開發(fā)中，知識庫的知識數(shù)量較少且質(zhì)量較差與農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)、優(yōu)化模型、決策支持系統(tǒng)、多媒體技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等結(jié)合不夠推理機制簡單，解釋性能較差，用戶界面不友好先進性和實用性不夠，尚未達到真正領(lǐng)域?qū)＜业乃剑鸩坏健皩＜摇钡淖饔?，限制了農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。四、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展趨勢農(nóng)業(yè)專家系