（植物营养学专业论文）基于web的奶牛专家系统.pdf

华中农业大学2 0 0 2 级桷建华硕士学位论文 摘要 本文论述了网络化奶牛专家系统的建造和实现过程。在比较国内外农业专家系 统梅愚熬纂接| l 上，详细论涯了本系统匏方嶷，采穗了b r o w s e r w e bs e r v e r d 8 t a b a s e 三层计算机体系。本文提出基于a s p 技术和x m l 技术的构造方法，实现了奶牛专家 系统的赠络讫，扩大了奶牛专家系统应用熬空闯藏围，掇态了系绞匏囱鼹兼容瞧， 使得系统适应于网络发展的潮流，同时，大大减少了系绕更新所需的工作量。采用 基于模糊产生式规则的知识表示，混合接理控制策略以及应用不准确推疆的可僖度 模型较好地解决了农业领域知识的复杂性和不精确性。通过采用a s p x m l 技术，知 识库和撼理机分离筹办法，增强了系统的可扩充| 腱，降低了系统维护的复杂性。 关键词：专家系缆：鼹络；a s p ：x m l ；不精确推理；奶牛 a b s t r a c t 建t h i sp a p e r , w ep r e s e n tt h ec o n s t r u c t i o n o fw e b - b a s e dc o w e x p e r ts y s t e m 。a f t e r a n a l y z i n gf o r e i g na n dd o m e s t i ca g r i c u l t u r a le x p e r ts y s t e m s ，w ep u tf o r w a r dt h es c h e m eo f t h es y s t e m ，w h i c hn s e st h es t r u c t u r eo fb r o w s e r w e bs e r v e r d a t a b a s e 。d u et oa c t i v e s e r v e r p a g e sa n dx m kt h e c o w e x p e r ts y s t e m c a nb ea c c e s s i b l e t h r o u g h i n t e m e t i n t r a n e t ，a n dh a sg o o db a c k w a r dc o m p a t i b i l i t y , m e a n w h i l e ，n e e d sl e s se f f o r tt o u p d a t et h es y s t e m f o l l o w i n gt e c h n o l o g i e sa r ei n t r o d u c e d ：k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n m e t h o db a s e do nf u z z yp r o d u c t i o nr u l e s ；f o r w a r da n db a c k w a r dc h a i n i n g ；a p p r o x i m a t e r e a s o n i n gb a s e do nc fm o d e l ；d e p a r t e dk n o w l e d g eb a s ea n di n f e r e n c ee n g i n e ；a s p a d o ， x m l t e c h n o l o g y t h e s et e c h n o l o g i e se n s u r et h ee x t e n s i b f l i t yo fs y s t e ma n dl o w e rt h ec o m p l e x i t yo f s y s t e mm a i n t e n a n c e + k e yw o r d s ：e x p e r ts y s t e m ；n e t w o r k ；a s p ；x m l ；a p p r o x i m a t er e a s o n i n g ；c o w 华中农业大学2 0 0 2 级杨建华硕士学位论文 1绪论 本章主要介绍了奶牛专家系统( c o we x p e r ts y s t e m ，c e s ) 研究的意义和目的，阐 述了专家系统在农业上的应用和发展现状，并对几个较为典型的专家系统作了分析。 最后在此基础上，说明了开发奶牛专家系统的现实意义。 1 1 研究的意义和目的 2 l 世纪，我国将重点实施六类农业工程：1 提高种植业、养殖业优良新品种繁育 及良种产业化示范工程；2 具有品牌优势、出口创汇能力的农产品种植、养殖技术： 3 设施农业技术集成产业化示范工程；4 农副产品深加工技术产业化示范工程：5 绿色环保型农业投入品的产业化示范工程；6 农业信息化示范工程。根据这根总指 挥棒，特别是在中国加入w r 0 后，面对经济全球化和世界大市场的挑战，对我国的 农业提出了新的要求。“标准化”、“绿色壁垒”、“生物工程”、“信息工程”、“农业信 息化”、“最后一公里”这些以前模糊的字眼现在已经确确实实地走到了我们的身边， 对我们的生产、生活、经济产生了愈来愈重要的影响。现代计算机技术和网络的延 伸为农业信息化提供了必要条件，农业信息化的关键是农村信息化；农业结构的调 整是农业生产适应市场经济发展的需要，是不断深化改革的需要，而农业技术特别 是信息技术、网络化技术更是当今信息社会提高农业经济效率的基本保障：基于w e b 的奶牛e s 可利用多媒体技术、人机交互技术来科学地组织奶牛业专业信息，快速普 及奶牛业农业科技，提高奶农、基层生产干部、科技工作者，及一切生产一线和指 导生产的工作者的科学素质和管理水平；奶牛业是畜牧业的重要组成部分，也是城 郊农业结构调整的方向之一，其具有如下特点和优点：1 奶牛饲养业属高效节能型养 殖业；2 牛奶具有丰富的营养价值和药用价值3 牛奶也是轻工业和医药工业的重要 原料来源。这对于促进农业生产，巩固和发展农村经济，增加农民收入，提高人民 生活水平和健康水平，繁荣市场，扩大对外贸易，都具有极其重要的意义。我国“十 五”计划提出，农业生产结构调整的重要内容是利用现代科学技术改进传统农业， 即发展高产优质高效农业。畜牧业是我国农业中的薄弱环节。发展畜牧业是农业产 业结构调整优化的重要组成部分。而奶牛业是畜牧业发展的重点：另一方面，西部 大开发这一伟大战略的立足点是科技进步和高起点的综合开发。其中一项主要内容 是退耕还林还草，发展生态农业和畜牧业，大力发展养牛业，从而使资源优势向经 济优势转化。1 9 9 9 年国务院提出“学生奶”计划，随着“学生奶”计划的实施和推 广，必将导致养牛规模的扩大，促进奶牛业的发展。综上所述，建立网络化奶牛生 产专家系统( c e s ) ，应用并服务于现代社会，特别是深入到“三农”中，实事求是 地用现代化信息技术指导实践，对于普及农业科技、发展农业生产、繁荣农村经济， 提高农民生产和生活水平，都将产生重大意义。 2 华中农业大学2 0 0 2 级杨建华硕士学位论文 1 2 专家系统在农业领域的应用 1 2 1 专家系统概念 专家系统( e x p e r ts y s t e m ，简称e s ) ，是目前人工智能应用方面最成熟的一个领 域。专家系统是一个基于知识的利用程序设计方法建立起来的计算机系统。它应用 人工智能( a r t i f i a li n t e l l i g e n c e ) 技术，根据一个或多个农业专家提供的领域知识 进行推理，模拟农业专家做决定的过程来解决那些需要专家才能解决的复杂问题。 专家系统是针对传统的人工智能问题中智能程序设计的一个非常成功的近似解决方 法。专家系统的早期先导者之一，斯坦福大学的e d w a r df e i g e n b a u m 教授，把专家 系统定义为“一种智能的计算机程序，它运用知识和推理来解决只有专家才能解决 的复杂问题”，也就是说，专家系统是一种模拟( e m u l a t e ) 专家决策能力的计算机系统。 专家系统的基本结构包括知识库、推理机、数据库、人一机接口、解释机构和知识 获取6 个部分。其中知识获取、知识库和推理机是专家系统的核心。知识获取机构 是把知识输入到知识库中并负责维持知识的一致性和完整性，建立性能良好的知识 库；知识库是用于存储领域内的原理性知识、专家的经验性知识以及有关事实；数 据库是存放系统运行过程中所需要和产生的所有信息；推理机是根据一定的推理控 制策略对问题进行推理，以求解问题；人一机接口是领域专家或知识工程师和一般 用户与专家系统进行交互的工具。 自5 0 年代斯坦福大学开发用于确定未知化合物分子结构的专家系统 d e n d r a l 和医疗专家系统m y c i n 以来，专家系统就一直是越应用研究的最活跃 和最广泛的课题之一。随着计算机的应用范围的不断扩大及日益普及，专家系统也 逐步应用到了众多的学科与领域。图1 1 描述了一个基于知识的专家系统的基本架 构。一个典型的专家系统通常包括了三部分：知识库、推理机与界面，其基本架构 可以图1 1 来表示。其中，知识库组织事实与规则，推理机藉由知识库中有效的事 实与规则，在使用者所输入的条件基础下勾勒出结果，而使用者界面则是使用者与 专家系统间的沟通桥梁。专家系统是计算机科学与系统科学相结合的产物，由于其 内部含有大量的某个领域专家水平的知识和经验，因此它能够利用人类专家的知识 和解决问题的方法来处理该领域的问题。近十几年来，农业科学与信息科学结合越 来越紧密，专家系统在农业上的应用也进一步得到了发展。 1 2 2 专家系统相关技术说明 1 2 2 1e s 技术 专家系统一般包括知识获取、知识库、数据库、推理机、人机界面等主要模块。 专家系统相关各主要模块的任务如下所述。 知识库 专家系统的核心是知识，建造专家系统的关键问题是知识获取。比如，一位奶 3 华中农业大学2 0 0 2 级杨建华硕士学位论文 牛专家对奶牛疾病的判断是从现象结合自身的知识得出结论，结论的正确率在于专 家头脑中的知识掌握程度，知识越全面，得出的判断越正确。知识库管理主要由知 识库编辑和存取模块、知识库组织模块和知识库维护模块组成。实现对知识库的存 取、组织、修改和维护等功能。系统的知识来源于领域专家对奶牛生产管理知识的 总结和概括。面向基层农户和农技人员，系统将奶牛生产管理的领域知识用如下四 种类型来表示和组织：( 1 ) 描述型知识。对于常识性、原理性、经验性知识用描述 型知识来表示。采用超文本、超媒体的手段，通过文字、声音、图片、动画、视频 录像等方式，按层次结构进行有机的编排。( 2 ) 数据型知识。如有关术语、概念、 技术、方法、品种、药品、农机具等。数据型知识用数据库进行管理和应用。( 3 ) 规则型知识。对于决策型、判断型知识用规则型知识表示。这里一般采用产生式规 则。计算性知识( 如各种数学模型) 也属于规则型知识的范畴。( 4 ) 集合型知识。 开发环境运行环境 产生式规则 框架 语义网络 jl 知识譬 i知识获取 专家、数据等 激活 黑板系统 工 人机接口 用户 事实 事实设置获取 求解结论输出 图1 1 专家系统的基本架构 f i g 1 1b a s i cs t r u c t u r eo fe x p e r ts y s t e m 数据库设计 数据库主要存放系统的有关数据，如系统运行中用户输入的数据，以及推理过 程中得到的中间结果等。系统还可以将数据库中的实际数据与知识库中的经验知识 相结合，充分发挥数据库与知识库各自的优点。在该系统的数据库中初步建立奶牛 品种表、生产管理知识表、疫病防治表等。系统中设计数据库接口，及数据库管理 4 牮串农藏走掌2 0 0 2 凝棰魏牮鹾士学霞论文 系统。在专家系统推理过程书露要调髑以上数攥库的有关数据，这些数据也滞簧不 断地维护和更新，还肖可能撤据发展需要去创建新的数据库。数据库管理系统就是 为了这些需要而设计韵。 m i c r o s o f ta c c e s s2 0 0 0 是当前最流行的w i n d o w s 数据库应用程序之一，它燕一 种关系登数搭痒管理系统，不毽能存储和管理数据，还能编写数据露营遴软件，是 一种使用方便、功能较强的数据库开教工具。它矮有炎似e x c c l 和w o r d 盔观的用户 莽面，工其稷( t o o l b a r ) 按褪能糙供菜举命令静俊捷方式，w i z a r d 霄 ；爰= 鲢灌大多数蠲 泉建纛袭、图形和报激韵日常事务，这就使褥设许和建立数据库应辩程序变褥非常 麓萃。对手a c c e s s 2 0 0 0 来说，宅是徽软公粥鑫公布a c c e s s 戳来秘鼹簸全瓣，专 w i n d o w s 耧i n t e r a c t 系统结会蔽紧密的数据瘁软件：爨一个渤髓菲常强大，i 蠢羹篱 攀爨瘸熬数撂蓐管理曩缝( d b m s ) ，鄂慰数撂痒遴褥套键、处理嬲管璎戆系统。在数 撰瘁繁纛系统串，麴架嘏据蠡已定义豹关系来存禧、处理移转毽鼗攥痒信息，那么 这季孛数摄库管理系统辘憝关蘸型数擐疼慕统( r d b m s ) 。在关紧型数攒摩中，潮声可 以把数撂分嬲裂类建进移组织，铁悉方便她对数据进行跟踪釉蚊验；用户也埘以将 不周类烈数摄之间的联系存豫起来，用于产嫩综合性数据。a c c e s s 2 0 0 0 数据摩就是 一个关系数掇霹。但是它又煮不翅子其它关系数据瘁豹特点。崧a c c e s s 中，耀户既 可以为每一种类型的信息创造一个表，将用户自已的数据分别保存张自已创建的表 中，义可以使褥联机谢体更加方便蟪鸯蓍、添如、更新袭中驹数据；使月查询来查 找并检索符合指定条件的数攒；使用报袭分析数据，用特定的方式来打印数据。它 燕一个蕊于关系数据库的中夺登数攒瘁应用系绫。农鹭今这样一个傣息亿的时代， 计算机联网已成必然的趋势，a c c e s s 2 0 0 0 与前一个版本相比较，在增强数据分析、 处理辘力静溺时，最大静改避就在予大耩度魄撼蹇了i n t e r n e t 畿力。a c c e s s 增羰翡 w e b 渤簸使豫户可蕊潮魏i n t r a n e t 或i n t c r n c t 上晌w e b 贾面，并麓可_ | 互l 轻松遮驮w e b 上获敬数据或将数撵输出罄i n t e r a c t 上。数捺库一般筹由专门黪镑瑾入瑟来繁理。毽 稻静囊娶任务怒保 垂觳糖库瓣完整靛，及辩恢笺损坏瓣数据库，傈诞数据瘁靛够安 会、爵熬她避行工接。嚣a c c e s s2 0 0 0 提珙了诸多载数攥痒管理蔓具，瘗子这些工具 大大楚纯了数据痒管理入员熬王律，允诲耀户执孬秘营建拳艘繁理强务，翔数据库 翡备份、压缭数据库、修复数摄痒以及数据麾的安全性簿工佟。 数据霹、d b m s 秘s o l 数据库怒数据的嶷仑，j 藏由一个或多个袭缎成。缚个袭中都存储了对类对 蒙的数摄描述，个典型的袋如表1 1 所示。袭鲍簿一列攒述了对象的个属性， 如编号、奶牛、出生年月、黼种等，丽装的缚一行则是对一个对象的具体描述。一 般将装中的一行称作记泶( r e c o r d ) 或行( r o w ) ，将表的簿- - 歹l j 称作字段( f i e l d ) 或到 ( c o l u m n ) 。数据库通常还包括一些附加结构用来维护数据。 5 华中农业大学2 0 0 2 级杨建华硕士学位论文 表1 1 奶牛基本情况表 t a b l e 1 1b a s i ci n f o r m a t i o no fc o w 0 0 1c o w l0 6 1 2 0 1黑白花 |002 i c o w 211 2 4 0 2 黑白花 i 若一个数据库只有一个表，则称之为简单数据库。若数据库由多个相关的表组 成，则称其为关系数据库。关系数据库利用公共关键字段将它的表联系起来，例如 在表1 1 中，可以将编号作为一个关键字段，如果数据库中还有一个奶牛信息表单 并且也有编号字段，则可以通过编号这个关键字段将两个表联系起来。 d b m s ( 数据库管理系统) 是一套程序，用来定义、管理和处理数据库与应用程序之 间的联系，例如v i s u a lf o x p r o 、a c c e s s 、s y b a s e 等都是d b m s 。图1 2 说明了用户、 d b m s 和数据库三者的关系。 1 d b i 僻 i f 图1 2 用户、d b m s 、数据库三者的关系 1 匝g 1 2r e l a t i o no fu s e r s 、d b m s 、d a t a b a s e s q l ( s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ，结构化查询语言) 最早由i b m 提出，是专门 用来处理关系数据库的基于文本的语言。s q l 向数据库提供了完善而一致的接口， 它不是独立的计算机语言，需要d b m s 的支持方能执行。s q l 是一种标准的数据库语 言，目前大多数d b m s 都支持它。 o d b c o d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ，开放数据库互连) 是微软公司开放服务结 构( w o s a ，w i n d o w so p e ns e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 中有关数据库的一个组成部分， 它建立了一组规范，并提供了一组对数据库访问的标准a p i ( 应用程序编程接口) 。 这些a p i 利用s q l 来完成其大部分任务。o d b c 本身也提供了对s q l 语言的支持，用 户可以直接将s q l 语句送给0 d b c 。一个基于o d b c 的应用程序对数据库的操作不依 赖任何d b m s ，不直接与d b m s 打交道，所有的数据库操作由对应的d b m s 的o d b c 驱 动程序完成。也就是说，不论是f o x p r o 、a c c e s s 还是o r a c l e 数据库，均可用o d b c a p i 进行访问。由此可见，o d b c 的最大优点是能以统一的方式处理所有的数据库。 华中墩妲大学2 0 0 2 级杨建华硕士学位论文 一个完整懿彗c 壶下捌死个帮传缰藏： 1 ) 应用程序( a p p l i c a t i o n ) 。 2 ) o d b c 警理器( a d m i n i s t r a t o r ) 。该穗序使手w i n d o w s9 5 擦篱l 覆投( c o n t r o lp a n e l ) 的3 2 位o d b c 内，其主要饺务是管理安装的o d b c 驱动程序和管理数据源。 3 ) 驱貔程痔繁理器( d r i v e rm a n a g e r ) 。驱动糕】枣管理器氢含凌o d b c 3 2 。d l l 巾，怼 用户是透明的。其任务是管理o d b c 驱动稷序，是o d b c 中璇重要的部件。 4 ) 0 0 瓣a p i 。 5 ) o d b c 驱动程序。怒一些d l l ，提供了o d b c 和数据库之间的接口。 6 ) 数撰源。数据源惫禽了数撼蓐位置和数据库类型等信息，实际上是一秘数据连 接的抽象。 各部件之间的关系如图1 3 所示： 餮i + 3o d b c 罄转关系餮 f i g 1 3r e l a t i o no fo d b cc o m p o n e n t s 应用羼 o d b c 层 数据瑟 寂糟翟滓蘩访闻一个数耀簿，蓄免必须焉b c 管瀵器注瓣一个数据源，繁毽器 根据数据源提供的数掇库位置、数据库类型及o d b c 驱动程序等信息，建立起o d b c 与县钵数据痒戆联系。这样，廷要应鼷程序将数据源名提供绘o d b c ，o d b c 裁裁建立 起与相应数据库的连接。在o d b c 中，o d b ca p i 不能赢接访问数据库，必须通过驱 动程净管理器与数据黪交换售爨。驱动程彦警瀵器受费耀痤露裎j 葶霹o d b ca p i 熬谣 用传递给正确的驱动稷序，而驱动程序在执行宪相应的操作詹，将结果通过驱动程 7 华中农业大学2 0 0 2 级杨建华硕士学位论文 序管理器返回给应用程序。在访问o d b c 数据源时需要o d b c 驱动程序的支持。 推理枧戆设计 推理是在建立知识库、规则库、数据库的基础上，从用户提供的融有事实，推 出毅的结果。攘理褪蔻专家系统翡显蔫特 垂之一，是专家系统匏“愚维”枫构，是 构成专家系统的核心部分，其任务是模拟专家的思维过程，控制并执彳亍对问题的求 解。专家系统接理的方式有缀多釉，农该系统中主要采用正起推理方式朝基予数据 驱动的控制策略，其鏊本思想是：1 由用户提供的初始已知事实( 输入到动态事实 库中) 出发，擞系统构建的知识库中搜寻当懿可适用的知识，构成可适用知识集； 2 按菜种冲突消解策略从知识集中选出一条适用知识进行推理，并将推出的新事实 加入到数据库中作为下一步推理的已知事实；3 在知识库中根据上步摊出的攀实选 取可适用知识游行推理。如诧麓复进行这一过程，直瓢求得用户满意的解或者知识 库中再无适用的知识为止。系统在提交推理结果的同时还弹出该事实的有关豳片、 视频帮! | 等往参数等有关信惠。 1 2 2 2 信息技术 系统采用强前w e b 废甭主流技术却“w e b 浏览器w e b 服务器数据库系统”的 三层分布计算体系结构。w e b 测览器为装现层。主要提供专家蓉统人机交互界蕊，包 括多媒体信愚藏示。表荦( 面向系统) 及决策绪槊( 面两稍户) 的提交等；w e b 服务器为 应用层、提供专家系统中与应用逻辑有关的各种服务构件，也是系统运行的枢纽部 分；数箍痒系统为数爨层，提供翮管瑷各类数据库，畿括对数疆库、知谖痒稻模鳌 库的存取访问。这种结构以后螽数据库为核心，在w e b j 匿务器端挂接服务器构件，通 过藜塞爨夔器篱瑾帮运行。营建，浏赘嚣逶逡提交表攀藏l 琵务器发出h t t p 请求：然 后，服务器在邋当的条件下响腹请求并产生相应动作，通常遐利用脚本程序采集并 分撬提交豹数壤，爨要访淹数豢瘁对霹糕尾矗等数据露访趣毅零遥过茂访阏螽台 数据库；最后，生成标准的h t m l 语言内容下载剡客户测览器端。 2 2 。3w e b 技寒 针对网络化专家系统的设计要求，采用了m i c r o s o f t 公司开发的a s p ( a c t i v e s e r v e rp a g e ) 粒i i s ，a c c e s s 数据露等一整褰技术，实蠛羧务器璃懿凌旋。a s p 辫 本属予服务器端程序，对客户端浏览器的要求不高，通过它内置的对象和组件，灵 活遮楚疆月户潺求，黢避兔了使恁c g i 豹复杂瞧，又撬毒了系绞效率，节省了系统 漆源和网络带宽。a s p 的另一个特点就是允许使用a c t i v ex 对象，这样开发者可以 到终芳使用鑫蠢的a c t i v ex 接捧皴瀵怒实舔嚣要。剥愿a s p 不仅毙够产生魂态黪、 交互的、高性能的w e b 应用程序，而鼠可以进行复杂的数据库操作。a s p 本身包含 了v b s c r i p t 和7 a v a s c r i p t 弓l 擎，使褥脚本可以直接嵌入h t m l 页嚣中。 8 华中农业大学2 0 0 2 级扬建华硕士学位论文 1 2 3 专家系统在农业领域的应用发展概况 1 2 3 1 国外应用发展概况 迄今为止，世界各国已研制成功众多的实用农业专家系统，根据中国农科院文 献中心对c a b 文献数据的检索查询，共查出最近十年4 0 0 多篇相关文献。其中有著 名的农业专家系统如c o m m a x ( 用于棉花管理) 、p l a t f d s ( 用于大豆病害诊断) 、 m i s t i n g ( 用于温室喷雾控制) 、d i e s ( 用于乳牛管理) 等，其中最著名的是由美国农 业部农业研究署和克莱姆森州立大学共同开发的c o m m a x ，1 9 9 3 年在美国棉花带 各州3 0 0 多个农场使用，推广面积3 0 万公顷，年均每公顷可以增加1 6 9 美元的纯收 益，年总净增效益7 6 亿美元。日本最近提出的农业知识工程计划，目的在于通过 研究和示范，将大部分商品化信息技术，包括通讯、监测、模拟、自动控制和专家 系统等有机结合。综合服务于农场生产的管理。同时推出一系列农业专家系统开发 工具如：c a l e x ，s e l e c t ，p a l m s ，m i c c s 等，加快了农业专家系统的开发与应 用。国际上农业专家系统研究是在2 0 世纪7 0 年代逐渐开始的，以美国研究的最为 先进和成熟。涉及到的作物从玉米、棉花到蔬菜、果树都有，代表性的几个系统是： 大豆病虫害诊断系统p l a n t s d s ，( 1 9 7 8 ) ，玉米螟虫害预测专家系统，p l a n t 0 d ( 1 9 8 2 ) ，棉田管理综合专家系统c o m a x ( 1 9 8 6 ) ；上世纪9 0 年代加里福尼亚大学戴 维斯分校利用c a l e x 开发工具先后开发出c a l e x c o t t o n ，c a l e x p e a c h e s ，c a l e x r i c e 三个专家系统，另外还有p l a n t 等人1 9 8 9 开发的农业管理专家决策支持系 统，s r i n v a s a n 等人开发的e s i m 灌溉管理专家系统。日本，英国，德国，荷兰等也 投人了巨大的资金进行研究开发，如日本和荷兰开发出了用于温室自动化的温室控 制专家系统，及营养液管理专家系统；英国的c e s p r i n t 支持下的水果保鲜系统：德 国的草地管理决策系统等一些代表性的成功例子。这些专家系统在实际应用中基本 都收到很好的效果。目前国际上已正式公布的农业专家系统有近百个，广泛应用于 作物生产管理、节水灌溉与施肥、品种选择、病虫害控制、温室管理、土壤保护、 食品加工、粮食储存、环境污染控制、森林火灾控制、经济分析、财务分析、市场 分析、农业机械选择、农业机械故障检测等众多方面。几乎无所不包，许多成果已 得到应用，发挥出巨大的高新技术优势。但是，关于奶牛方面的专家系统相对较少， 目前应用中的有巴西维考沙联邦大学开发的小型牛奶场管理知识及决策支持系统。 1 2 3 2 国内应用发展概况 国内农业专家系统在上世纪8 0 年代初逐渐开展起来，主要代表人物是中国科学 院智能机械研究所熊范纶研究员，他发起和组织了该领域学术团体和学术会议，先 后主持召开了数届国内、国际学术会议，成立了农业信息技术重点实验室，开发出 “雄风”系列农业专家系统开发平台。目前“雄风”开发平台已升级到7 x 版本， 由编辑型开发工具升级到智能型工具。利用“雄风”开发工具先后与各地相关单位 合作开发了几十个农业专家系统如：与河南电子信息办和省计算机中心合作建造了 9 华中农业大学2 0 0 2 级桶建华硕士学位论文 小麦、棉花、玉米、水稻等系剪藏肥专家系统，与吉林省农监科举院合佟汗发了 多媒体玉米高产栽培专家系统，与河北省廊墒市农林科学院合作建造了冬小麦施肥 与栽培管理专家咨询系统等等。已嚣发出静专家系统在垒嚣2 0 多个省市推广应震。 目前，西北农林科技大学正与其合作开发西北型高效节能日光温室栽培与臀理系列 专家蓉统。箕它高等貌校霸磷究所纛狡辍探索裁翔蒸它工昊舞发建逡系统。陆浚铃 等人开发的“天马”专家系统开发环境，吕明等开发的a s c a 农业专家咨询系统开发 平台，蒋文瓣等秀发豹逶瘸农盈专家生成工爨。乾容农转科学貌夔赵春汪妻撩瓣拜 发小组也取得了重要的成果，及周军的v p _ 吨x p e r t 专家系统开发工嶷。具体开发出 来载专家系绞毒，l 、麦麓产效零专家系统( 余华等，1 9 9 6 ) ，基予援劐粒图形鹣苹果、 梨瘸虫害诊断与防治专家系统( 王霭如等，1 9 9 9 ) ，熬于农作物生长特征的农作物栽 培专家系统( 柴毅，1 9 9 9 ) ，生态农攮投资颈墨乡 部效益谔镳专家系统范大鼹等， 1 9 9 9 ) ，基于生产模溅的小焘管理专家系统( 菌卫星替，1 9 9 9 ) ，水果果形判别人工神 经鄹络专家系统( 刘采等，1 9 9 6 ) 。鼷兹，我嗣出台的关于奶牛方嚣的专家系统，基 本由“国家8 6 3 计划”支持研究开发的电脑农妲专家系统开发工具p a i d 系列所开发， 以下几个示范区已缎开发成功：天津示范区，宁夏示范区，重庆示范区，山西示范 区，河托示范医，长沙示范区。 豳内农业专家系统的发展也很快，由于我国农业自身的若干特点，如农业资源 入均占有量低、农照领域专藉e 移科技入员紧缺、农濂新技术普及率低等，农堑专家 系统的开发与应用从一开始就受到广泛的熏视，并成为信息技术农业应用的重要方 嚣，特嗣燕奄释檀效有关豹冬类专豢系统，麴孛辩院舍耱鬻缒辊辕臻究所翁施l 基专 家系统、北柬市农科院作物所的小麦生产管理专家系统等，目前己投入实际应用的 综会裁跨专家系统、瘩瑟生产警璎专家系统、弯转专家系绞、痞虫溺摄与茨渗专家 系统等，在嶷际生产中发挥了较好的作用。但这些系统仍有明显的不足，戍用系统 缺乏综合性、系统镶及应变决策毙力是其嚣藩夔特杰，瓿褒模型积翘识筵零，实用 性受到限制，用户界面、容错能力殿智能化程度受潞时计算机软硬件的限制而明显 落蜃，直接影穗系绞靛虚用效累。 1 2 4 农业专家系统的几种主夏实现形式 2 4 。 萎擎ln t e r n e t in t r a n e t 静专家系统 目前，i n t e m e t i n t r a n e t 技术正在全球迅速发展，臼益成为信息传输的主癸模式。 w e b 技术静箍著特意是终端用户仅需要使丽测览器帮可在强何速方上网获取信息。 农业专家系统一旦集成到w 如平台上，任何网上用户都可以凭借浏览器向专家系统 咨谗，这就缀大遗掇舞了专家系统黪使用徐毽。遥避基于w e b 的农澈专家系统馥及 相关应用，农业生产者可以通过i n t e m e t i n t r a n e t 获得及时的、实用性强的、具有专 家承乎懿建议e 焉户胃寝蔽摇决策魏块敦实菰壤瓣力薅琵及俸兹静需l 薹癸求等因 素确定科学含理的熬肥施肥燕：根据作物长势、气象环境、田间管理等因素做出科 1 0 华中农业大学2 0 0 2 级杨建华硕士学位论文 学合理的中期追肥规划等。也可以根据病虫害预测模型，针对当前的环境因素预测 该作物病虫害发生的可能性及危害程度等：根据作物感染病虫害的症状，识别出所 感染的病虫害类型，并根据其发生量制定相应的防治措施。 另外，通过相关应用，用户可以得到农业领域的其他信息，包括生产的基本知 识、市场动态、供求信息等。利用这些附加功能，增强了系统的实用性，也为生产 者进行决策提供了及时的信息，加速农业生产的发展。从系统维护角度看，整个系 统对于用户的设备要求已经降到很低的水平，只要能够连接到i n t e m e t i n t r a n e t 即可， 而专家系统是在服务器上存放的，更加便于维护、升级。网上专家系统可以分为两 种情况：一种是专家系统上网，另一种是分布式专家系统。前者是把成熟的专家系 统技术从单机运行环境迁移到i n t e m e t i n t r a n e t 。这个过程的关键在于选择一种比较 成熟的专家系统技术以及众多网络技术的应用。本文讨论的奶牛专家系统就属于这 一类。后者则是基于i u t e m e t i n t r a n e t 构建的，通常是分布式专家系统。开发过程的 关键是分布式环境中各个模块之间的交互以及其他基于网络的考虑。 1 2 4 2 基于p c 的农业专家系统 针对国内的农村现状和通信水平，由于大多数农村还不具备上网条件，于是出 现了基于p c 的专家系统。这是在用户无法上网又要加快农业现代化进程的一个折 衷方案。基于p c 的农业专家系统具有以下的优势： 1 1 可以在p c 机上进行操作，主要的专家系统工具有c l i p s ，e s 等。 2 ) 由于覆盖范围较小，通常只有一个用户或几个用户，可以相对建立较小的知识 库和数据库，并且可以针对当地的地理、气象信息优化知识库，从而缩小专家 系统的开发周期并增强其针对性和实用性。 1 2 4 3 基于p d a 的农业专家系统 近年来，个人数字助理p d a ( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ) 和手持个人计算机 h p c ( h a n d h e l dp e r s o n a lc o m p u t e r ) 相继上市，特别是面向特定应用领域的p d a ，由 于其特有的价格低、携带方便、操作简单等优点，应用领域越来越广。1 9 9 6 年微软 公司推出了适用于h p c 的第一个操作系统w i n d o w s c e l 0 版本，从而引发了一场 h p c 的研发高潮，目前国内外大约有1 0 多家厂商生产基于w i n d o w sc e 的h p c 。 h p c p d a 在工业、交通运输业、邮电业、金融业、工程旋工、商业交易、医疗卫生 等都有广泛的应用。但是在农业上几乎没有看到应用。依靠科技进步发展农业是当 今世界农业发展的大趋势。目前，农业专家系统基本上都是在p c 平台上开发的， 不便于带到田间地头直接指导农业生产：另一方面，我国大部分农村还不富裕，p c 台式机和笔记本电脑的价格还难以承受，因而不能将p c 平台上的农业专家系统在 农村进行广泛的推广，另外我国和发达国家国情有很大不同，例如美国、日本、以 色列及欧洲一些国家的农庄面积大，机械化程度高，基本上是工厂化管理方式，农 华中农业大学2 0 0 2 级杨簿华硕士学能论文 场主萃辜技文纯素质离，蠢诧这些国家鼯如鸯撵离赍滚嗣用率、农监缀济效益、傈护 环境实现持续发展等方面等技术研究与应用比较重视，农业信息化獠度较高，劳动 生产翠氇较离；瑟我溪垂手广大表村严重缺蓑鸯层次农鲎领域专家鞫辩技入爱，逶 讯手段落后，农民文化程度较低，而甩我国农户农田面积小，各个蛾块基础条件不 阕，务蟪农鼗辨终技零差蘩较丈，蠢魏我国农遂薪按零、毅戏栗静掺广较熳，对农 业生产的贡献也有限。由于m ，c 的独特之处，将大大降低农融使用农业信息技术产 品懿令人投入成本，增强农氐应趸农娆售惠鼓零戆售心。 。3 课嚣的提出潋及设计愚怒 奶牛专家系统( c o we x p e r ts y s t e m ，简称c e s ) 隶属于“湖j e 三峡移民科技信息 网络体系研究”项嚣。奶牛鼹兰峡库隧农业绒构调整的重要举措之一，先屠受到湖 北省觏科技部的高度关注，弗获得国象三峡移民科技专项资助，本系统由华中农业 大学蜜源与环境学院毒宣善常辩技局合作，魏阕研稍并开发豹基于w e b 鹣奶牛专 家系统( 简称“c e s ”) ，基本髓标定位于：采用目前主流软件技术、专家系统技术、 多媒体技术、阚终应掰稻系统集戒技零，将娆孛懿一艇套生产、管臻过程，鞋专家 系统的形式通过网络发布，为该地区广大奶牛提供科学、合理、有效的技术支持。 华中农业大学2 0 0 2 级栖建牮硕士学位论文 2 奶牛专家系统( c e s ) 设计 奶学专家蓉绞豹妻簧爱声建农声黎农越戆辑接夫受，嚣姥，玉谂玖软等释疆转 上讲，成从其体系结构上讲，都要注意其推广应用，系统设计都要考虑其性能、效 率和科学牲，述要苁实骣出发，铮对寰墨衷农孝重遗嚣魏实骣攮掇会理蜜裁 和援划。 2 1 系统的设计路线 系统采用模块化设计，测用匿际上流行的“客户鼷，服务屠，数据膳” ( b r o w s e r w e bs e r v e r d a t a b a s c ) 兰层网络结构模趔，采用a s p 技术、x m l 技术和w e b s e r v i c e 的开发标准。采用w e b 组释技术，缀合多层次的统一的类库集会，以后台 数据库为核心，通过前台测览器管理和运行。如图2 1 所示。 嚣户瓣 糕务器港 锎耀 揽出骑术。 w w w 眼务器 h 黼添搬横蛲 拳尊f o x m ) 援突褒擎 a c t i v e x 控件 矗辨娃瑷横浚 ( m sw o r d ) 辅疰请术 图2 1 本累统使用的客户层服务层数据层三层体系结构 f i g 2 。1t h r e e l a y e rs t r u c t u r eo f s y s t e mb a s e do nb r o w s e r w e bs e r v e r 胁t a b a s e w e b 浏览器为表现层，主整提供专家系统人机交鬣界面中信息的袭示和数据的 皎集，毽摇多媒体臻惑，表革( 嚣蠢系统) 滠及凌繁绥暴( 嚣两露户) 靛提突等。w e b 骚 务器为应用层( 或功能层) ，提供专家系统中与j 照用逻辑有关的释种服务构件，也是 系统运行兹抠缎部分。它响应瓣户发袋秘请求，魏行装耪韭务经务，势对穗瘦静数 据进行处理和对数据源层的访问与操作，用户不需要崴接与数据库打交道。数据源 层提供鄹管理大量懿数据。兹溪层实瑗燹嚣结构窥元素弱定义，露把该茭蚕懿大璺 元素值即数据存放在数据库，数据的簸杂处理放在中间层。从而站点结构维护和数 据更教成为两个相对独立的过程。这葶申结稳的襞丈好挞裁是把戏爆程黟和计爨逻辑 全部移植鳓服务器端，客户端只保留界蠲统一的j 宴! | 览器，便于缎护和减轻网络负担。 下面介绍其运行机制。 系统戬后台数据席为核心，在w e b 服务器端挂按腋务器构件，通避前台浏览器 华中农业大学2 0 0 2 级栖建华硕士学位论文 管理和运行。蓠先，溆笕器衡牟专家系统要求毽5 5 淡上) 向服务器发密h 霸攀请求 ( 一般通过直接键入网址或表单提交方法) ；然后，服务器在适当的条件下响应请求 并产鬟耦痤韵俸，逶鬻是稻箱辫奉采集荠分橇提交翁数据，鬻要谤麓数据骞辩胃糕 用a d o n e t ，r d s 等数据席访问技术通过o d b c 访问后台数据库；最后生成标准 戆h t m l 语蠢内容下簸萎l 窖产瀵羹嚣端。整个过程安舞 舍毽，结穆严谨，嚣嚣是嚣 前广泛采用的b s 结构。本系统开发采用了该技术。系统在分布于网络环境下的多 台诗冀掇上运霉。 熬个系统具有以下的优点： 1 ) 您遴兹霹络按拳。使惩l 撑野，s o a p ，a d o 。n e t 或o l ed b 处爨s q l s e r v e r 2 0 0 0 的数撼访问构件；研究实现x m l 文件与数据库进行觅损失转换的功 熊构转；瀑用o d b c 等诱闯数撰痒豹接蹦，构造统一数据瘴视臻掏传，支持各 类构件与视图构件的连接和基于弊构数攒库的定性推理和定量计算。 2 ) 构锌化。采用软构 孛技术，遵循c o m d c o m c o m + 技术规范，可面向对象进 行定割组件，挂接任何基于w i n d o w s 开教的动态连接库d l l 和基于o l e 技术 标准的o c x 构件。系统实现了界面分离、分层管理，满足不同层次用户( 系统 鬻理员、知识工稷筛、营邋用户) 的需要。 3 ) 错能化。遵循人工智能( 专家系统) 的技术原理，系统具有数据和知识半自动获取、 知谖痒求耪、模糊推蓬、确定毪推理、不确定榷推理、模辇叁动解柝等麓麓， 对特定农业领域问题进行定性推理和定爨决策，具有高魔智能化的特点。 锦系绫采尾专家数擐瘁( e x p e r td a t a b a s es y s t e m ) 。系统蘩骞了传统的“紧藕合”豹 方式，因为它将规则管理系统集成到了d b m s 中了，实现的难度较大；系统采 嬲了“竣凝舍”戆方式，将一令魏藏豹专家系统努壳巍仑嚣裁豹d b m s 露蔻 两个独立的予系统级台起来，分溯管理蛾则库和数据库。这样可以充分发挥原 鸯嚣拿系统嚣全部功能，磐且不蘧要对霪l 系统遴行任露瓣改动，只嚣设计一拿 逐接e s d b m s 的高效、最活的接口模块，协调麓者的工作，实现起来时间短， 见效快。 5 ) 灵活的b s 结构。奶牛专家系统烂一个熊型的b ，s 体系机构，运行时只需配置 客户机即可，大大降低了对客户帆的软硬件的嚣求，实现了“疲客户执”豹目 标。同时，推理帆的实现、撬则库和数播的维护都集中程服务器实现，一方面 降低了编程的难廉，同时提高了系统的安全性能。最后，客户端由于只箍要完 成实现专家系统的接口，所戳服务器端可以通过多种方式来实璇，如多种数据 源( s o ls e r v e r ， o r a c l e ，d b 2 镰) ，扩展了系统的兼容性，并凰方便将来跨平 台实现。 2 2 系统的功能模块 以现有奶牛科技信息作为系统的知识基础，选择_ 芷式出版的教材、图谱、视频 1 4 华中农业大学2 0 0 2 级扬建华硕士学位谕文 等信怠资源，灏绕蓊串整长发裔豹狳裁缝、连续性送行知谖熹翔分，旋雳系统工程 的原理和知识工程的方法手段，采用先进的计算机人工智能技术和专泶系统建造技 术遴嚣系统集袋，齐发各释耱嶷戆葵魏模块，建立综会蛙豹奶牛生产专家系绞。翅 牛专家系统功能模块拓扑结构参见图2 4 。 圭簧功蔻模块熬痿惑分裂兔： 2 2 1 奶牛概述模块 奶牟概述模块介绍了娆串的发展篱史察现状、遣位芹蠢作用、世乔笈震趋势、中 国发展趋势以及奶牛的生物学特性，包括奶牛的生态特征、奶牛的行为特征、奶牛 豹清纯特征、奶牛懿垒粝学特征，俸为奶牟穗笑基本鲡谖静一部分，供淆户参考。 2 2 ，2 外形评定模块 奶牛的外形评定模块介绍了奶牛外形鉴定的意义、奶牛外貌及其备部位特征( 包 括头颈郝、躯予部、乳房部和姻肢部) 、高产奶牛乡 貌特征、奶牛外貌鉴定方法包 括百分箍别法和线性德定法) 、奶牛的体尺测鬃( 包括体尺测量、体尺指数和书活重 估测公式) 、奶牛的年龄鉴定( 觎括牙齿攫定法、危轮鉴定法、外貌鉴定法) 和赛牛会 共七个方面的知识。 2 2 3 奶牛的晶釉模块 奶牛的品种模块主要介绍 奶牛的分类和奶牛的晶种两个方面的内容。 2 。2 。4 奶牛豹生产力