第七章 農業(yè)專家系統(tǒng)

農業(yè)信息技術農學園藝學院譚筱玉

第七章農業(yè)專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)技術概述1農業(yè)專家系統(tǒng)概述2農業(yè)專家系統(tǒng)研究示例3作物管理知識模型4農業(yè)決策支持系統(tǒng)5第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述一、人工智能與專家系統(tǒng)二、專家系統(tǒng)基本原理三、專家系統(tǒng)基本結構四、知識表示技術五、推理策略六、知識獲取技術七、專家系統(tǒng)開發(fā)工具第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述一、人工智能與專家系統(tǒng)（一）人工智能的概念人工智能是用計算機模擬人的智能，通常是通過知識處理把人的各種思維和智能轉化為符號的表示、推理、搜索、學習等方式。啟發(fā)性、模糊性知識，搜索推理和不確定性推理，以及機器學習是人工智能研究的重要內容。知識表示、問題求解、自然語言理解、專家系統(tǒng)、機器學習、認知科學等是人工智能的重要研究分支。第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述一、人工智能與專家系統(tǒng)（一）人工智能的概念研制各類自然語言處理系統(tǒng)，利用計算機來分析人的自然語言表達，幫助進行翻譯和實現人機自然語言對話人工智能研究進展較大的三應用分支機器人專家系統(tǒng)自然語言理解再現人的感覺、操作和行動，從事復雜作業(yè)，可在一些有害、危險和繁重、疲勞性勞動場合來代替人去完成作業(yè)，如焊接、搬運、裝配、水下與地下作業(yè)等一個智能計算機程序系統(tǒng)，具有專業(yè)知識并能通過推理和判斷來解決問題，可代替人類專家進行疾病診斷、數學公式推導、化學結構分析等方面的復雜工作第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述一、人工智能與專家系統(tǒng)（二）專家系統(tǒng)的概念它是一個智能程序；它具有相關領域內大量的專家知識；它能應用人工智能技術模擬人類專家求解問題的思維過程進行推理，解決相關領域內的困難問題，并且達到領域專家水平。-----費根鮑姆(EdwardFeigenbaum)教授（斯坦福大學，“專家系統(tǒng)和知識工程之父”）第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述一、人工智能與專家系統(tǒng)（二）專家系統(tǒng)的概念專家系統(tǒng)（ExpertSystem，ES）就是一種在相關領域中具有與人類專家同等解決問題能力的智能程序系統(tǒng)，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來解決該領域的復雜問題。也就是說，專家系統(tǒng)是指在特定的領域內，根據某一專家或專家群體提供的知識、經驗及方法進行推理和判斷，模擬人類專家做決定的過程，來解決那些需要人類專家決定的復雜問題，提出專家水平的解決方法或決策方案的計算機程序系統(tǒng)。專家系統(tǒng)可以解決的問題一般包括解釋、預測、診斷、設計、規(guī)劃、監(jiān)視、修理、指導和控制等。第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述一、人工智能與專家系統(tǒng)（二）專家系統(tǒng)的概念在醫(yī)療診斷、機械制造、企業(yè)管理、經濟分析、環(huán)境控制、水文及地質調查、軍事指揮、農業(yè)生產等多個領域已有廣泛應用，發(fā)揮著解釋、預測、診斷、設計、計劃、監(jiān)控、調試、修理、教學和控制等方面的作用。專家系統(tǒng)來自于專家，但又高于專家，是專家技能和知識的集成和綜合。數量專家知識保留判斷分析能力獲得專家知識的時間成本應用人類專家數量稀少非永久性易受情緒和環(huán)境的影響較長較高廣泛利用受到限制專家系統(tǒng)易于復制和轉換永久性不受環(huán)境影響較短價格相對便宜很大程度上代替領域專家第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述一、人工智能與專家系統(tǒng)（三）專家系統(tǒng)的類型-----應用領域的性質和解決的問題類型不同診斷專家系統(tǒng)預測專家系統(tǒng)解釋專家系統(tǒng)設計專家系統(tǒng)規(guī)劃專家系統(tǒng)監(jiān)視專家系統(tǒng)控制專家系統(tǒng)咨詢專家系統(tǒng)教學專家系統(tǒng)調試與修理專家系統(tǒng)第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述

人工智能的概念

專家系統(tǒng)的概念

人類專家與專家系統(tǒng)的區(qū)別4.專家系統(tǒng)的類型第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述二、專家系統(tǒng)基本原理（一）專家系統(tǒng)與知識工程專家系統(tǒng)的知識表示技術問題求解技術推理知識人工智能的兩大要素技術基礎專家系統(tǒng)與一般人工智能系統(tǒng)又有所區(qū)別。其最重要的特征是它的研究對象不是普通人的智能，而是某個領域具有技術特長的專家在解決問題時的本領。第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述二、專家系統(tǒng)基本原理（一）專家系統(tǒng)與知識工程專家系統(tǒng)的核心是知識，所以專家系統(tǒng)又被稱為基于知識的系統(tǒng)（Knowledge-BasedSystem）。在專家系統(tǒng)中，把通常的數據、公式、方法、經驗以及信息等均看作知識。通常把所選擇的專家稱為領域專家。把建造專家系統(tǒng)的計算機技術人員稱為知識工程師。專家系統(tǒng)的建造過程通常稱為知識工程。第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述二、專家系統(tǒng)基本原理（一）專家系統(tǒng)與知識工程專家系統(tǒng)的關鍵技術知識獲取知識表示知識運用研究如何從領域專家的口述或文字、書本資料或數據實例中抽取出該專家系統(tǒng)所需要的知識是研究如何將領域知識和專家經驗等有效地表示成計算機能夠工作和運行的形式研究如何對存放在知識庫中的知識進行控制和操作，即問題求解，通常采用的方法是搜索和推理第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述二、專家系統(tǒng)基本原理（二）專家系統(tǒng)基本特征具有專家水平的專門知識能進行有效的推理具有獲取知識的能力具有靈活性具有透明性具有交互性具有實用性具有一定的復雜性及難度第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述二、專家系統(tǒng)基本原理（三）專家系統(tǒng)與計算機程序的區(qū)別常規(guī)的計算機程序專家系統(tǒng)基本情況常規(guī)程序＝數據結構十算法專家系統(tǒng)＝知識十推理知識組織兩級：數據級和程序級三級：數據級、知識庫級和控制級求取問題方法查找或計算，面向數值計算和數據處理，問題求解過程中先做什么及后做什么都是由程序規(guī)定的推理，面向符號處理，其推理過程隨著情況的變化而變化，具有不確定性及靈活性處理的數據多是精確的，對數據的檢索是基于模式的布爾匹配大多是不精確的、模糊的，知識的模式匹配也多不精確（設定閾值）解釋功能一般不具有具有，可對自己的行為做出解釋體系結構不同第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述三、專家系統(tǒng)基本結構專家系統(tǒng)的一般結構第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述三、專家系統(tǒng)基本結構專家系統(tǒng)的一般結構系統(tǒng)通過它輸出運行結果、回答用戶的詢問或者向用戶索取進一步的事實由一組程序及相應的硬件組成，用于完成輸入輸出工作。通過它輸入知識，更新、完善知識庫通過它輸入欲求解的問題、已知事實以及向系統(tǒng)提出詢問第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述三、專家系統(tǒng)基本結構專家系統(tǒng)的一般結構由一組程序組成，基本任務是把知識輸入到知識庫中，并負責維持知識的一致性及完整性，建立起性能良好的知識庫。第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述三、專家系統(tǒng)基本結構專家系統(tǒng)的一般結構存儲領域內的原理性知識、專家的經驗性知識以及有關的事實等負責對知識庫中的知識進行組織、檢索、維護等第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述三、專家系統(tǒng)基本結構專家系統(tǒng)的一般結構推理機是專家系統(tǒng)的“思維”機構（核心）。任務是模擬領域專家的思維過程，控制并執(zhí)行對問題的求解。能根據當前已知事實，利用知識庫中的知識，按一定的推理方法和控制策略進行推理，求得問題的答案或證明某個假設的正確性。第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述三、專家系統(tǒng)基本結構專家系統(tǒng)的一般結構用于存放用戶提供的初始事實、問題描述以及系統(tǒng)運行過程中得到的中間結果、最終結果、運行信息等的工作存儲器數據庫又稱為“黑板”、“綜合數據庫”。第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述三、專家系統(tǒng)基本結構專家系統(tǒng)的一般結構對自己的行為做出解釋，回答用戶提出的“為什么？”、“結論是如何得出的？”等問題第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述四、知識表示技術知識是專家系統(tǒng)的核心，將人的知識轉換為知識庫能夠表達和操作運用的知識，表示技術則是專家系統(tǒng)的核心技術。人類之間互相交往都是用自然語言形式描述和表達。要讓計算機來理解和推理，就必須將自然語言知識形式化，變成計算機能使用的形式。所謂知識表示即如何形式化的表示知識。

第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述四、知識表示技術知識具體描述事實知識以“…是…”形式描述有關事物屬性的靜態(tài)知識規(guī)則知識以“如果…那么…”形式描述事物因果關系的動態(tài)知識控制知識有關問題求解步驟的技巧知識元知識有關知識的知識，包括怎樣使用規(guī)則、解釋規(guī)則、校驗規(guī)則、解釋程序結構等知識從知識庫觀點看，知識是某論域中所涉及的各有關方面、狀態(tài)的一種符號表示。知識可從范圍、目的、有效性三方面加以三維描述。其中知識的范圍是由具體到一般知識的目的是由說明到指定知識的有效性是由確定到不確定第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述四、知識表示技術知識表示是研究利用計算機表示知識的可行性、有效性的一般方法，是一種數據結構與控制結構的統(tǒng)一體，既考慮知識的存儲又考慮知識的使用。知識表示可看成是一組描述事物的約定，以便把人類知識表示成計算機能夠處理的數據結構。知識表示的方法十分重要，通常一個專家系統(tǒng)是基于某種類型的知識表示方法設計的，同時一個專家系統(tǒng)表達知識的方式影響著系統(tǒng)的開發(fā)、效率、速度和維護。每一種知識表示方法都有其適用性。當前已提出的知識表示技術方法有上百種，包括產生式規(guī)則、語義網絡、框架、腳本以及知識表示語言等。第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述四、知識表示技術產生式規(guī)則法“框架”表示法語義網絡法面向對象表示法面向智能體表示法“規(guī)則架＋規(guī)則體”規(guī)則組法綜合知識體法加權模糊邏輯產生式規(guī)則法人工智能語言第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述五、推理策略推理機是專家系統(tǒng)的控制部分，也稱為控制程序。而它的控制方式是推理策略或者叫推理機制。每個專家系統(tǒng)實際上有一個完備的推理網絡圖。推理網絡圖由若干節(jié)點和這些節(jié)點之間相連結的弧線組成。在一個推理網絡圖中，節(jié)點分為目標節(jié)點、葉節(jié)點和中間節(jié)點。目標節(jié)點是該系統(tǒng)的最終的求解目標葉節(jié)點是向用戶提問的因素中間節(jié)點是在葉節(jié)點向目標節(jié)點推理路上反映有關關系的節(jié)點第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述五、推理策略反向推理正向推理混合推理不確定性推理非單調推理定性推理常識推理基于案例推理“假設-測試”的策略（目標節(jié)點→葉節(jié)點）以事實或數據驅動（葉節(jié)點→目標節(jié)點）正向推理與反向推理配合進行概率推理、模糊推理等第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述六、知識獲取技術（一）知識獲取的任務抽取知識知識的轉換知識的輸入知識的檢測第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述六、知識獲取技術（二）知識獲取方式非自動知識獲取自動知識獲取第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述七、專家系統(tǒng)開發(fā)工具語言型開發(fā)工具骨架型開發(fā)工具構造輔助工具支撐環(huán)境專家系統(tǒng)語言，如Prolog、CLIPS等普通的編程語言，如LISP、C和C++

借用開發(fā)好的專家系統(tǒng)，只保留其獨立于問題領域知識的推理機部分設計輔助工具（設計正在構造的專家系統(tǒng)的結構）知識獲取輔助工具（獲得和表達領域專家的知識）調試輔助工具輸入輸出設備解釋設備知識庫編輯器

附帶的軟件包------典型組件第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述七、專家系統(tǒng)開發(fā)工具國內外業(yè)已研制出了多種專家系統(tǒng)開發(fā)工具，可作為專家系統(tǒng)開發(fā)平臺。如國外著名的專家系統(tǒng)開發(fā)工具有CALLEX、SELECT、PALMS、MICCS、INSIGHT2+、LEVEL5、VP-Expert、AQ15、AE15等；基于Windows平臺和網絡環(huán)境運行開發(fā)平臺EXSYS，是運用最廣泛的專家系統(tǒng)開發(fā)工具。北京農業(yè)信息技術研究中心研發(fā)的可定制、可組裝的構件化通用農業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)平臺PAID，包括單機版、網絡版、英文版、多媒體版、跨平臺版和嵌入式版等6種版本，有效地支持了100多種應用框架和300多個專家系統(tǒng)開發(fā)，在全國28個省市區(qū)和東南亞部分國家得到推廣應用。第一節(jié)專家系統(tǒng)技術概述七、專家系統(tǒng)開發(fā)工具中國科學院合肥智能機械研究所開發(fā)研制的基于軟結構的專家系統(tǒng)開發(fā)平臺——雄風6.0，其結構由知識庫檢驗、知識庫運行、ODBC數據庫服務、網絡信息獲取等軟構件組成。專家系統(tǒng)開發(fā)平臺——雄風6.0基本結構框圖第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述農業(yè)專家系統(tǒng)也叫農業(yè)智能系統(tǒng)（agriculturalintelligent-system），俗稱電腦農業(yè)專家，是基于農業(yè)專家知識和模仿農業(yè)專家進行推理決策的計算機程序系統(tǒng)，是專家系統(tǒng)在農業(yè)領域中的具體應用。第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述一、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況二、農業(yè)專家系統(tǒng)研究和應用的意義三、農業(yè)專家系統(tǒng)的類型四、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展趨勢第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述一、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況化合物分子結構推斷計算機程序（首例專家系統(tǒng)，1960s中后期）70年代末期將專家系統(tǒng)技術應用于農業(yè)領域，以美國的研究開始最早，當時開發(fā)的專家系統(tǒng)主要是面向農作物的病蟲害診斷，伊利諾斯大學開發(fā)的大豆病蟲害診斷專家系統(tǒng)PLANT/ds（1978）伊利諾斯大學開發(fā)的玉米螟蟲蟲害預測專家系統(tǒng)PLANT/cd（1982）日本千葉大學的西紅柿病蟲害診斷專家系統(tǒng)MICCS（1983）20世紀80年代中期，隨著專家系統(tǒng)技術的迅速發(fā)展，農業(yè)專家系統(tǒng)研究有了相當大的進展，在數量和水平上均有了較大的起色，已從單一的病蟲害診斷轉向生產管理、經濟分析決策、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。第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述一、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況美國農業(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管理專家系統(tǒng)GOSSYM/COMAX，功能十分強大，應用十分廣泛，成為農業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)的典例。加里福尼亞大學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等已廣泛的應用于棉花、桃樹和水稻生產管理。目前，CALEX已演化成為專用于農業(yè)生產管理的專家系統(tǒng)開發(fā)工具軟件。美國農業(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。第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述一、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況日本政府對農業(yè)專家系統(tǒng)研究重視較早，1986年就出版了《人工智能與農業(yè)：精農技術與尖端技術的融合》的農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃。此后研發(fā)了若干農業(yè)專家系統(tǒng)近年來又將專家系統(tǒng)應用于蔬菜溫室、牛奶生產等設施農業(yè)的生產管理中，取得了良好效果。東京大學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)、聯合收割機故障診斷系統(tǒng)等第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述一、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況中科院合肥智能所研制的13種作物23個施肥專家系統(tǒng)中國科學院水土保持研究所的“黃土旱塬小麥生產綜合管理專家系統(tǒng)”中國農業(yè)科學院作物科學研究所的“品種選育專家系統(tǒng)”中國農業(yè)科學院植物保護研究所的“粘蟲測報專家系統(tǒng)”中國農業(yè)科學院土壤肥料研究所的“施肥專家系統(tǒng)”華中農業(yè)大學的“園藝專家系統(tǒng)”浙江大學和中國農業(yè)科學院蠶桑研究所合作研制的“蠶育種專家系統(tǒng)”我國農業(yè)專家系統(tǒng)的研究開始于20世紀80年代初期1985年中國科學院合肥智能機械研究所和安徽農科院合作研制成功的“砂姜黑土小麥施肥專家系統(tǒng)”，在淮北平原得到較大規(guī)模應用，開拓了農業(yè)專家系統(tǒng)在我國的發(fā)展在國家“七五”和“八五”科技攻關期間，我國又研制了一批農業(yè)專家系統(tǒng)第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述一、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況進入20世紀90年代以來，我國不少研究單位將基于案例推理技術、面向對象技術、神經網絡技術、數據庫技術、多媒體技術、地理信息系統(tǒng)技術、作物生長模擬技術和計算機網絡技術等綜合集成應用于農業(yè)專家系統(tǒng)研究，提高了農業(yè)專家系統(tǒng)的技術水平。浙江大學的飼料配方專家系統(tǒng)河北農業(yè)大學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）中國農科院棉花所研制的基于GOSSYM模型的黃淮海地區(qū)棉花生產管理系統(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)北京市農林科學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）第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述一、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況在"九五”、“十五”期間，在國家“863”計劃支持下，北京農業(yè)信息技術研究中心、中國科學院合肥智能機械研究所、吉林大學、哈爾濱工業(yè)大學先后開發(fā)了5個面向農業(yè)領域的農業(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)推廣應用，相繼開發(fā)了300多個農業(yè)專家系統(tǒng)，取得了較為顯著的經濟效益和社會效益（下表）第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述一、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況示范區(qū)名稱農業(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、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、病蟲害預測預報、植保、養(yǎng)豬、水稻、抗洪救災、蔬菜、農業(yè)災害預報湖南示范區(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)的農業(yè)專家系統(tǒng)統(tǒng)計（劉世洪，2005）第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述一、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況從20世紀70年代至今，按照歷史發(fā)展進程，農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展可歸納為目前，國內外研制開發(fā)的農業(yè)專家系統(tǒng)已有數百個，廣泛應用于作物生產管理、灌溉、施肥、品種選擇、病蟲害控制、溫室管理、牛奶生產管理、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、森林火災控制、經濟分析、財務分析、市場分析、農業(yè)機械選擇、農業(yè)機械故障檢修等眾多方面，許多系統(tǒng)已得到實際應用，受到農民、農業(yè)技術人員、農業(yè)顧問以及農業(yè)管理機構等各類用戶的歡迎。單功能農業(yè)專家系統(tǒng)階段多功能農業(yè)專家系統(tǒng)階段基于模型的農業(yè)專家系統(tǒng)階段智能化農業(yè)專家系統(tǒng)階段第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述一、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況系統(tǒng)名稱研究的主要內容開發(fā)者發(fā)表時間PLANT/ds大豆病害珍斷美國Illinois大學1978灌水管理美國California大學1981PLANT/cd玉米螟危害預測美國Illinois大學1982棉花水分管理美國California大學1982人工智能用于木材采伐美國Purdue大學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1984農業(yè)化學分析美國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1985油桃病害診斷美國Plant等1986PBST病害診斷及對策澳大利亞農業(yè)部1987奶牛繁殖及診斷美國Margland大學1987CALBX農業(yè)管理美國California大學1988世界上有代表性的農業(yè)專家系統(tǒng)及工具第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述一、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展概況系統(tǒng)名稱研究的主要內容開發(fā)者發(fā)表時間FARMSYS作物多熟種植美國Florida大學1988農作制度管理決策美國Iowa大學1988SOYBUG大豆病害管理Beek等1989SBLBCT農業(yè)管理與決策選擇英國Bdinburgh農學院1989SMARTOSY大豆生長模擬與管理美國Geogia大學1989DHLBS奶牛營養(yǎng)診斷美國TexasA&M大學1989CIRMAN農作物生長風險決策美國TexasA&M大學1989CHESS母豬群的行為分析荷蘭Wageningen大學1990RAIN農林計算機輔助決策美國Georgia大學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)北京市農林科學院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業(yè)專家系統(tǒng)及工具續(xù)第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述二、農業(yè)專家系統(tǒng)研究和應用的意義（一）農業(yè)專家系統(tǒng)研究的必要性生產的復雜性和經營的綜合性由多個學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、研究和總結農業(yè)領域知識的整體性、系統(tǒng)性、綜合性以及可操作性和應變性不夠強農業(yè)科技發(fā)展局限性專家系統(tǒng)“長期蹲點”整理、歸納綜合集成第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述二、農業(yè)專家系統(tǒng)研究和應用的意義（二）農業(yè)專家系統(tǒng)的特點農業(yè)專家系統(tǒng)比一般計算機信息系統(tǒng)更突出專門農業(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，比人類農業(yè)專家擁有綜合性知識和高速的知識處理本領，不受時間、空間的限制和人類情感的影響。農業(yè)專家系統(tǒng)具有智能性、繼承性、集成性、復制性和便捷性。第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述二、農業(yè)專家系統(tǒng)研究和應用的意義（三）農業(yè)專家系統(tǒng)的作用匯集高水平的農業(yè)知識，克服農村地區(qū)交通信息不便的障礙，實地指導農業(yè)生產，緩解農技人員不足以及水平參差不齊的矛盾。匯集當地的農業(yè)知識，搶救、固化農學專家和種田能手的寶貴經驗，使其逐漸積累豐富，構成本地農業(yè)生產技術數據庫集和農業(yè)環(huán)境數據庫集。推廣演示軟件采用多媒體技術既有文字，又有聲音、圖像，內容詳盡，針對性、操作性強，易于被農民理解、接受，并付之以實踐。農業(yè)生產時效性很強，農業(yè)專家系統(tǒng)能夠實現隨時解答農民生產中遇到的問題，大大減少了解決問題的時滯。第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述三、農業(yè)專家系統(tǒng)的類型（一）按功能和結構特征劃分啟發(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)專家數據庫系統(tǒng)(ExpertDatabase)專家系統(tǒng)開發(fā)工具(Problem－specificShell)第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述三、農業(yè)專家系統(tǒng)的類型（二）按涉及學科領域劃分作物栽培專家系統(tǒng)農田施肥專家系統(tǒng)植物保護專家系統(tǒng)設施農業(yè)專家系統(tǒng)新品種選育專家系統(tǒng)畜禽水產養(yǎng)殖專家系統(tǒng)水利灌溉專家系統(tǒng)其它學科領域的專家系統(tǒng)農業(yè)生產管理農機具優(yōu)化設計與選擇農業(yè)經濟分析農產品評價水土保持第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述三、農業(yè)專家系統(tǒng)的類型（三）按照系統(tǒng)運行環(huán)境劃分桌面版農業(yè)專家系統(tǒng)網絡版農業(yè)專家系統(tǒng)嵌入式版農業(yè)專家系統(tǒng)多媒體版農業(yè)專家系統(tǒng)智能設備智能語音驅鳥設備溫室娃娃變量施肥機智能傳感器變量農藥噴灑機掌上電腦（AHPC）和掌中寶（PDA）第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述四、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展趨勢（一）農業(yè)專家系統(tǒng)研究和應用中存在的問題1.農業(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，計算機技術人員與農業(yè)領域專家結合較差，和世界先進水平相比，在技術水平和應用效果上都有很大差距。目前我國AES開發(fā)中，知識庫的知識數量較少且質量較差與農業(yè)數據庫、地理信息系統(tǒng)、優(yōu)化模型、決策支持系統(tǒng)、多媒體技術、通訊網絡技術等結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，尚未達到真正領域專家的水平，起不到“專家”的作用，限制了農業(yè)專家系統(tǒng)的推廣應用。第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述四、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展趨勢（一）農業(yè)專家研究和應用中存在的問題2.農業(yè)專家系統(tǒng)軟件技術較差，系統(tǒng)開發(fā)、維護和應用困難AES軟件設計缺乏統(tǒng)一技術標準和方法，軟件的兼容性、支持分布計算、可插拔、可擴展、可移植、可替換等性能較差，低水平和重復性研究居多。我國已經開發(fā)和發(fā)布了5種“863”品牌的農業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)平臺，在將軟件開發(fā)人員與用戶之間進行分離、提高AES開發(fā)效率、減少了重復開發(fā)方面有一定成效。但無法充分滿足不同層次用戶的需求，使用過程對用戶要求過高，只適合軟件開發(fā)人員使用，產品化程度較低。我國農戶經營規(guī)模小，經濟收入少，購買電腦和AES軟件投入高，AES推廣應用難度較大。第二節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)概述四、農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展趨勢（二）農業(yè)專家系統(tǒng)發(fā)展趨勢面向不同用戶層（程序員、知識工程師、農業(yè)專家）開發(fā)農業(yè)專家系統(tǒng)生成和輔助工具，提高農業(yè)專家系統(tǒng)的開發(fā)效率。農業(yè)信息資源的開發(fā)和利用，包括信息資源的數字化、網絡化處理，信息挖掘、知識發(fā)現等。充分利用計算機網絡技術，建立分布式與協同式農業(yè)專家系統(tǒng)，擴大系統(tǒng)適應范圍，滿足用戶跨時空服務需要?？朔＜蚁到y(tǒng)的一些缺點，如知識處理的淺層性、狹窄性，集成模型技術、面向對象技術等。與通信技術、電子技術交叉，向嵌入式設備、數字終端等技術產品化發(fā)展。第三節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)研究示例——小麥生產管理決策系統(tǒng)一、工作基礎二、研究方法三、總體設計四、小麥生產管理決策系統(tǒng)數據庫、知識庫、模型庫的建立五、小麥生產管理決策系統(tǒng)的知識獲取六、小麥生產管理決策系統(tǒng)的推理機制七、小麥生產管理決策系統(tǒng)的功能和特點第三節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)研究示例一、工作基礎——小麥生產管理決策系統(tǒng)小麥一生全過程中植株和各部分器官的生長發(fā)育規(guī)律及其相互之間的關系。不同生態(tài)地區(qū)、不同氣候年型、不同類型品種和不同生產條件下小麥生長發(fā)育的變化特點。多年、多點科學試驗分析總結小麥生產不同時期和不同生育狀況下采用各項栽培技術和促控管理措施的具體作用和綜合效應及其應用指標。第三節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)研究示例二、研究方法——小麥生產管理決策系統(tǒng)建立的小麥生產管理決策系統(tǒng)，以Windows為系統(tǒng)環(huán)境平臺，以IBM-PC及兼容機為硬件環(huán)境平臺，采用分布式專家系統(tǒng)開發(fā)工具（CIMAIS）和VB/VC為系統(tǒng)實現語言，采用Intranet/Internet網絡結構，提供遠程訪問服務。第三節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)研究示例三、總體設計——小麥生產管理決策系統(tǒng)（一）系統(tǒng)結構組成小麥栽培管理專家系統(tǒng)系統(tǒng)結構組成第三節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)研究示例三、總體設計——小麥生產管理決策系統(tǒng)（二）系統(tǒng)開發(fā)技術流程第三節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)研究示例三、總體設計——小麥生產管理決策系統(tǒng)（三）系統(tǒng)內容第三節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)研究示例四、小麥生產管理決策系統(tǒng)數據庫、知識庫、模型庫的建立——小麥生產管理決策系統(tǒng)（一）數據庫氣象資料數據庫土壤資料數據庫農業(yè)生產條件數據試驗資料及高產地塊檔案數據庫京郊地區(qū)10個氣象臺站自1915年來有關的氣象資料達40萬個數據北京13個郊區(qū)縣、200多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤資料（地形、地貌、土壤質地、土壤養(yǎng)分等）150萬個數據（京郊各區(qū)縣）農業(yè)機械、化肥投入、灌溉設施、勞力、管理水平、科技水平、主要糧食作物產量水平、投入產出水平等20多項科學研究成果，200多個項次的聯合栽培試驗，2000多塊不同類型麥田和高產樣板的技術檔案資料，1986年以來12年京郊100多個小麥定位系統(tǒng)，累計超過500萬個數據。第三節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)研究示例四、小麥生產管理決策系統(tǒng)數據庫、知識庫、模型庫的建立——小麥生產管理決策系統(tǒng)（二）知識庫品種選擇知識庫播期、密度知識庫作物營養(yǎng)與施肥知識庫節(jié)水灌溉知識庫小麥生長發(fā)育知識庫化學控制知識庫病蟲草害與防治知識庫第三節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)研究示例四、小麥生產管理決策系統(tǒng)數據庫、知識庫、模型庫的建立——小麥生產管理決策系統(tǒng)（三）模型庫小麥生長發(fā)育全過程及各個部分器官生長發(fā)育動態(tài)模型；各生育階段、生育時期的劃分及其生育特點模型；群體結構動態(tài)模型及其早期判斷有效無效分蘗的標準；個體植株長相及其高產理想株型；不同類型品種產量結構模型；充分利用光能最佳葉面積動態(tài)模型；干物質積累、分配動態(tài)模型；劣勢器官轉優(yōu)模型；營養(yǎng)器官（根、莖、葉、穗）和生殖器官（小花、籽粒）建成模型和衰老模型；測土、配方、平衡施肥模型；不同地力、播期合理密度模型；節(jié)水高產栽培灌溉模型；葉齡指標促控法因苗管理模型第三節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)研究示例四、小麥生產管理決策系統(tǒng)數據庫、知識庫、模型庫的建立——小麥生產管理決策系統(tǒng)（三）模型庫專家系統(tǒng)與模型系統(tǒng)的連接關系第三節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)研究示例五、小麥生產管理決策系統(tǒng)的知識獲取——小麥生產管理決策系統(tǒng)知識源的確定概念化階段形式化階段實現階段完善階段知識表示與知識庫的形成第三節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)研究示例六、小麥生產管理決策系統(tǒng)的推理機制——小麥生產管理決策系統(tǒng)數據驅動的控制推理策略目標驅動的控制推理策略用戶先輸入與當前問題有關的信息，構成當前數據（上下文）；然后進行推理得出結論先從問題的基本證據出發(fā)正向推理，再在一定的假設目標下進行反向推理第三節(jié)農業(yè)專家系統(tǒng)研究示例七、小麥生產管理決策系統(tǒng)的功能和特點——小麥生產管理決策系統(tǒng)由六大部分21個模塊組成超過1000萬個數據組成的數據庫19個知識庫九種類型72個小麥生長發(fā)育規(guī)律機制模型推薦相應的優(yōu)良品種；確定施肥數量、元素配比和施肥方法；確定合理種植密度；確定灌溉時間和水量；確定促控措施等綜合系統(tǒng)栽培管理技術；確定因地制宜的優(yōu)化組合、因苗管理的最佳方案，分類指導的應變決策。第四節(jié)作物管理知識模型一、作物管理知識模型的概念、特征與作用二、作物管理知識模型的構建三、基于知識模型的作物管理方案設計第四節(jié)作物管理知識模型一、作物管理知識模型的概念、特征與作用（一）作物管理知識模型產生的背景作物管理知識模型的構建思路第四節(jié)作物管理知識模型一、作物管理知識模型的概念、特征與作用（二）作物管理知識模型的定義與特征作物管理知識模型，是基于作物管理的理論與技術及知識和經驗，通過試驗支持研究和文獻資料分析，對作物生育及栽培管理指標與品種類型、生態(tài)環(huán)境及生產水平之間的關系進行系統(tǒng)化的提煉和綜合而建立起來的定量化和動態(tài)化設計模型。普適性強、高度精煉性、實用性好、獨立性好。第四節(jié)作物管理知識模型一、作物管理知識模型的概念、特征與作用（二）作物管理知識模型的定義與特征作物管理知識模型研制的總體技術思路第四節(jié)作物管理知識模型一、作物管理知識模型的概念、特征與作用（三）作物管理知識模型的作用和意義有助于揭示生態(tài)環(huán)境和農藝栽培措施與作物生長發(fā)育與產量品質形成的內在關系和機制，使得區(qū)域化和經驗性作物栽培管理模式上升到系統(tǒng)化整合和科學化表達，從而形成普適性和規(guī)范化的現代作物栽培技術體系；實現了作物模擬模型的動態(tài)預測功能與專家系統(tǒng)管理決策功能的有效耦合與集成，形成了模型化的專家系統(tǒng)和決策性的系統(tǒng)模型，提升了作物信息技術的發(fā)展水平，開拓了數字化和精確化作物管理決策的新領域。第四節(jié)作物管理知識模型二、作物管理知識模型的構建（一）作物管理知識模型的框架結構作物管理知識模型功能框架第四節(jié)作物管理知識模型二、作物管理知識模型的構建（一）作物管理知識模型的框架結構

總施肥量模型的基本算法流程第四節(jié)作物管理知識模型二、作物管理知識模型的構建（一）作物管理知識模型的框架結構作物管理知識模型應用系統(tǒng)開發(fā)框架第四節(jié)作物管理知識模型二、作物管理知識模型的構建（二）作物栽培方案設計模型小麥、水稻、棉花和油菜等4大作物栽培管理知識模型的定量算法栽培方案設計生長指標動態(tài)設計產量目標品質目標栽培品種播期和移栽期基本苗和播種量肥料運籌水分管理第四節(jié)作物管理知識模型二、作物管理知識模型的構建（三）作物生長指標設計模型小麥、水稻、棉花和油菜等4大作物栽培管理知識模型的定量算法栽培方案設計生長指標動態(tài)設計生育指標源庫關系指標植株養(yǎng)分指標群體莖蘗動態(tài)模型葉齡動態(tài)模型葉面積指數動態(tài)模型干物質積累動態(tài)模型粒葉比有效葉面積率高效葉面積率地上部養(yǎng)分積累動態(tài)濃度動態(tài)第四節(jié)作物管理知識模型三、基于知識模型的作物管理方案設計

南京農業(yè)大學江蘇省農業(yè)信息高技術研究重點實驗室建立了基于生長模型和栽培管理知識的作物生產智能決策支持系統(tǒng)。作物管理知識模型軟件界面第四節(jié)作物管理知識模型三、基于知識模型的作物管理方案設計小麥生育進程設計結果第四節(jié)作物管理知識模型三、基于知識模型的作物管理方案設計小麥群體動態(tài)設計結果第四節(jié)作物管理知識模型三、基于知識模型的作物管理方案設計小麥群體指標設計結果第四節(jié)作物管理知識模型三、基于知識模型的作物管理方案設計小麥栽培管理措施設計結果第五節(jié)農業(yè)決策支持系統(tǒng)一、決策支持系統(tǒng)概述二、農業(yè)決策支持系統(tǒng)示例第五節(jié)農業(yè)決策支持系統(tǒng)一、決策支持系統(tǒng)概述（一）決策支持系統(tǒng)的概念決策支持系統(tǒng)（DecisionSupportSystem，DSS）是利用知識和數學模型，通過計算機分析或模擬，協助解決多樣化和不確定性問題，如對計劃、管理、調度、作戰(zhàn)指揮和方案尋優(yōu)等應用問題進行輔助決策的計算機程序系統(tǒng)。它不是決策自動化，而是人機對話式的決策輔助和支持系統(tǒng)，又稱為計算機輔助決策系統(tǒng)。它通過與決策者的一系列對話，為決策者提供各種可行方案，檢驗決策者的要求和理想，從而達到支持決策的目的。第五節(jié)農業(yè)決策支持系統(tǒng)一、決策支持系統(tǒng)概述（一）決策支持系統(tǒng)的概念“決策支持系統(tǒng)不同于管理信息系統(tǒng)(MIS)，它允許管理者以求助方式選擇和控制信息，做出更好和更有見識的決策，決策支持系統(tǒng)的一個最重要特征是它有一種交互的特別分析能力，它使管理者能夠盡量完全和精確地對他們的問題進行仿真和模型化，允許管理者試驗不同的假設與方案的影響。也就是說，在現實世界中試驗各種方案之前，就能夠在較安全的計算機中作預先試驗”。-----BemarlC.Reimann等人第五節(jié)農業(yè)決策支持系統(tǒng)一、決策支持系統(tǒng)概述（一）決策支持系統(tǒng)的概念決策支持系統(tǒng)“著眼于管理者的決策行為和需要，同時開拓他們的能力”?！皼Q策支持系統(tǒng)要用計算機在半結構化任務的決策過程中輔助管理者；支持而不是代替管理者作判斷；改善決策的效益而不是效率”。-----Keen和Scott-Morton第五節(jié)農業(yè)決策支持系統(tǒng)一、決策支持系統(tǒng)概述（一）決策支持系統(tǒng)的概念決策支持系統(tǒng)為供非計算機專業(yè)人員作用的一個“交互式軟硬件系統(tǒng)”，它能在下面幾個方面幫助和支持決策者：-----ChristerCarison①從計算機的數據庫中提取有用信息；②根據數據進行判斷；③按各種不同的和變化的時間層次來形成決策問題和計劃任務；④解決問題和執(zhí)行計劃任務；⑤制訂和加強計劃及行動步驟。第五節(jié)農業(yè)決策支持系統(tǒng)一、決策支持系統(tǒng)概述（二）決策過程問題識別建立模型執(zhí)行模型評判決策修改模型第五節(jié)農業(yè)決策支持系統(tǒng)一、決策支持系統(tǒng)概述（三）決策機制第五節(jié)農業(yè)決策支持系統(tǒng)一、決策支