基于Web的水稻生产专家系统的研究与实现

本文针对目前农业专家系统开发研究中存在的问题和未来发展趋势，研究了构建生产类农业专家系统的理论与技术，并选用目前国内最新的专家系统开发平台PAID4.0，结合湖南示范区(常德、岳阳等市)的水稻生产实际，开发了“基于Web的水稻生产专家系统(WRPES)”。WRPES采用目前网络应用的主流技术“Web浏览器／Web服务器／数据库系统”，集成本地区农业(水稻生产)领域专家们的理论知识、经验知识和最新的科研成果，能够提供模糊水稻产量预测、智能化病虫草害诊断与跟踪指导防治、不同生育期管理决策咨询和优化调控稻田生态系统等功能，能够服务于水稻生产的产前、产中和产后全过程。 本文的研究内容和结果有： (1) 系统知识库的构建。知识库是专家系统的核心组成部分，是决定专家系统性能的关键。一个专家系统的优劣在很大程度上取决于知识库中知识的质量和数量。系统知识库的构建包括知识获取和知识的表示。 知识获取是研究如何从各个知识源收集特定的知识，并将其转变成计算机可以存储和使用的形式。系统知识来源主要有：公开出版物、专家经验和补充试验研究。 知识表示是把从各种知识源获取的领域专家的知识、经验和思考、推理方式等以一定的方法或技术转变成计算机可以存储和使用的信息符号的过程。考虑到农业(水稻)领域中实际问题的复杂性和模糊性及农业专家表达领域知识和求解领域问题的特点，本文提出一种由传统的“产生式规则的知识表示法”改进的“模糊加权产生式规则+模型”的知识表示法，实现了确定性知识和模糊知识、定性知识和定量知识的归一化表示，使得各种知识能够适合开发平台的推理机制和解释机制。 本文在本领域专家的指导下，通过长时间对湖南示范区(岳阳、常德等地区)水稻生产领域专家知识和经验的搜集、挖掘和整理，最终获得各类知识规则2858条，建立了系统知识库。 (2) 系统基础数据库的构建。由于土壤数据、气象数据和地理数据等基础数据是推理过程或模型求解过程中必须的证据和参数，为专家系统决策的各个环节提 供必须的基本信息，所以基础数据库是知识库和模型库等的支撑库。本文通过表结 构设计和数据录入，用SQL Server 2000数据库软件组建了土壤资源数据库、农业 气象数据库、农业基本情况数据库、水稻品种资源数据库等多个基础数据库。 (3)系统模型库的构建。本文在系统模型库的构建中，着重研究了基于模糊 聚类的水稻产量预测模型和基于人工智能的水稻病虫草害诊断、识别和防治模型。 由于采用“模糊加权产生式规则十模型”的归一化的知识表示法，各种模型除在模 型库中显式出现外，还分散隐式出现在系统不同功能模块的知识规则中。 (4)系统的推广应用。系统的推广应用是本研究的最终目标。系统通过国家 863计划项目专家组的鉴定验收后，在湖南示范区进行了大面积推广应用，并在应 用过程中总结出了“三向带动、两网并行、人机合一、立体推进”的321立体推广 模式和“公司+基地+农户”的具体应用模式。