（农业机械化工程专业论文）鱼病诊断短信平台设计与实现研究.pdf

山东农业大学硕士学位论文 于茼曼 水产养殖病害频繁发生己严重影响我国水产业的健康发展。农村很多 地区不具备互联网服务条件，基于w e b 的鱼病诊断专家系统使用受到了 一定的限制。针对移动电话普及范围广、手机短信使用方便的特点，围绕 短信平台技术，将短信和鱼病诊断专家系统结合起来，建立鱼病诊断短信 平台，满足养鱼户对鱼病诊断的实时性要求，具有重要意义。 ( 1 ) 将短信平台和鱼病诊断专家系统结合起来，首次将手机短信平 台应用于鱼病诊断。 ( 2 ) 根据天津农学院鱼病专家提供的鱼病案例进行整理，选择常见 症状和必见症状对案例库中的源案例和用户输入的目标案例进行表示，满 足鱼病短信平台诊断准确、反应迅速的要求。 ( 3 ) 在确定案例分类相似度值的基础上对鱼病案例库进行分类，并 将优势案例索引应用到基于案例的推理过程中，缩短案例检索时间，提高 系统运行效率。 ( 4 ) 结合用户进行鱼病诊断的过程，对鱼病诊断短信平台的诊断推 理流程进行详细设计；为提高用户输入的准确率，系统采用编码方式对用 户输入进行提示；系统采用用户状态来标识处于同一诊断阶段的不同用 户；确定鱼病案例保存的专家阈值，将符合保存条件的案例保存在数据库 中，作为进行诊断的依据。 ( 5 ) 完成了鱼病诊断短信平台系统结构设计，用j a v a 语言和s q l s e r v e r 数据库对系统进行开发，实现了用户通过短信平台进行鱼病诊断的功能， 并用飞信对鱼病诊断短信平台进行测试。 试验结果表明，鱼病诊断短信平台能对天津地区4 8 种淡水鱼常见病 进行诊断，平均反应时间为约2 0 s ，正确率9 3 5 7 。 关键词：短信平台系统编码鱼病诊断 鱼病诊断短信平台设计与实现研究 a b s t r a c t f r e q u e n to c c u r r e n c eo fd i s e a s ei na q u a c u l t u r eh a ss e r i o u s l ya f f e c t e dt h e h e a l t h yd e v e l o p m e n to fc h i n e s ea q u a c u l t u r ei n d u s t r y d u i n gt od i f f i c u l t yt o a c c e s st h ew e b b a s e df i s hd i s e a s ed i a g n o s i ss y s t e mf o ru s e r si nr u r a la r e a ，a f i s hd i s e a s ed i a g n o s i sp l a t f o r mw a sd e v e l o p e db a s e do nt h ew i d ec o v e r a g eo f m o b i l es i g n a la n dt h ec o n v e n i e n tu s i n go fs h o r tm e s s a g es e r v i c e ( s m s ) i n o r d e rt os o l v ef i s hd i s e a s ep r o b l e m si nc o u n t r y s i d e i ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c e t h a t f i s hd i s e a s ed i a g n o s i se x p e r ts y s t e mc o m b i n i n gf i s hd i s e a s ed i a g n o s i s d e s i g ns m sp l a t f o r mt om e e tt h en e e d s o ff i s hf a r m e r so nf i s hd i s e a s e d i a g n o s i so ft h er e a l t i m er e q u i r e m e n t s ( 1 ) i ti st h ef i r s tt i m et h a ts m sp l a t f o r mu s e di nf i s hd i s e a s ed i a g n o s i s ， w h i c hc o m b i n e dw i t hf i s hd i s e a s ed i a g n o s i se x p e r ts y s t e m ( 2 ) f i s hd i s e a s ec a s e sw e r ec o l l e c t e dw h i c hs u p p l i e db ye x p e r t si nt i 枷i n a g r i c u l t u r a lc o l l e g e ，c h o o s i n gt h ec o m m o ns y m p t o m sa n dm u s ts e e n s y m p t o m s t om e e tt h er e q u i r e m e n t so ff i s hd i s e a s e sd i a g n o s t i ca c c u r a c y , r e f l e c t i n gt h er e q u i r e m e n t so fr a p i dt h eb a s i so ft h es o u r c ec a s eb a s ec a s ea n d t h ec a s ee n t e r e db yt h eu s e rw a sc a r r i e do u ta c c o r d i n gt ot h ef e a t u r e so f m o b i l e p h o n ea n dt h ee x i s t i n gk n o w l e d g eo nf i s hd i s e a s ed i a g n o s ee x p e r ts y s t e m ( 3 ) i no r d e rt os h o r t e nt h ec a s er e t r i e v a it i m ea n di m p r o v et h ee f f i c i e n c y o fs y s t e mo p e r a t i o n ，c a s e sw e r ec l a s s i f i e db yt h es i m i l a r i t yv a l u eo ff i s h d i s e a s e sc a s e s ，a n da d v a n t a g e so ft h ei n d e xc a s ea p p l i e dt ot h ec a s e b a s e d r e a s o n i n gp r o c e s s ( 4 ) d e t a i l e dd e s i g np r o c e s so ff i s hd i s e a s e sd i a g n o s i s t oi m p r o v et h e a c c u r a c yo fu s e ri n p u t ，t h es y s t e me n c o d i n gu s e df o rt i p so nu s e ri n p u t ；s y s t e m t oi d e n t i f yu s e r si nt h es a m es t a t ed i a g n o s i sp h a s eo ft h ed i f f e r e n tu s e r s ；t o i d e n t i f yc a s e so fp r e s e r v a t i o no ff i s hd i s e a s e se x p e r t st h r e s h o l dc o n d i t i o n s w o u l db ec o n s i s t e n tw i t ht h ep r e s e r v a t i o no ft h ec a s ek e p ti nt h ed a t a b a s ea sa b a s i sf o rd i a g n o s i s ( 5 ) f i s hd i s e a s ed i a g n o s i sp l a t f o r ms y s t e ma r c h i t e c t u r ew a sd e s i g n e d ， t h es y s t e ms o f t w a r ep l a t f o r mw a sc o n f i g u r a t i o n e d ，t h em o d u l ei n t e r f a c e 2 生垄奎些奎兰堡主兰垡笙奎一 。一 s e n d i n ga n dr e c e i v i n gs m s t e x tm e s s a g e st ot h ef u n c t i o n a l i t yw a st e s t e d ，j a v a l a n g u a g ea n d t h es y s t e ms q l s e r v e rd a t a b a s ew a su s e d t od e v e l o p m e n t f u n c t i o no fu s e t st h r o u g ht h es m sp l a t f o r md of i s h d i s e a s ed i a g n o s i sw a s a c h i e v e d ，a n df i s hd i s e a s ed i a g n o s i sp l a t f o r mw a s t e s t e db yf e t i o n a st h er e s u l tc e n i f i e d ，t h ep l a t f o r mc a nr e p l yt ou s e r si n2 0s e c o n d so n a v e r a 2 ew i t ha1 1 i g ha c c u r a t er a t eo f9 3 5 7 f o rd i a g n o s e so f4 8k i n d s o f f k s h w a t e r - f i s hd i s e a s e si nt i a n j i na r e ai nc h i n a 1 ( e vw o r d s ：s m sp l a t f o r m ；g i v e n i n p u tf o r m a t ；f i s hd i s e a s e ；d i a g n o s e ； 关于学位论文原创性和使用授权的声明 本人所呈交的学位论文，是在导师指导下，独立进行科学 研究所取得的成果。对在论文研究期间给予指导、帮助和做出 重要贡献的个人或集体，均在文中明确说明。本声明的法律责 任由本人承担。 本人完全了解山东农业大学有关保留和使用学位论文的规 定，同意学校保留和按要求向国家有关部门或机构送交论文纸 质本和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东农业大 学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学 位论文，同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录 到中国学位论文全文数据库，并向社会公众提供信息服务。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：逝 导师签名：哗 日 鱼病诊断短信平台设计与实现研究 1 引言 1 1 国内外研究现状与发展 1 1 1 短信技术应用研究 短信以手机为应用基础、以手机页面为操作界面为各级运营商、各种 机构提供多种薪型短消息应用的一整套解决方案，基于短信平台建立起具 有丰富增值服务内容的完整的、大规模短信处理的系统。通过这个平台可 以向中国移动、固定电话的用户提供发送短信息、定制新闻等服务，为企 事业单位用户提供集团短信服务。同时短信平台还可以方便的为第三方应 用提供接口。 s m s 是短消息服务( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ) 的简称，是通过手机发 送和接收有限长度的文本消息的功能。历史上第一条短信是1 9 9 2 年在英 国通过沃达丰( v o d a f o n e ) 公司的g s m 网络从一台p c 机发送到手机上 的( 迟秀全，2 0 0 6 ) 。 1 1 1 1 短信的特点 短信是指简短的字符信息，是短消息的简称；在短消息通讯系统 里，则指由短消息实体发起，通过g s m 网络传输到指定目的地址的有限 长度的文本信息。短信的特点( 蔡骅，2 0 0 6 ) 如下： 信息长度。始终不超过1 6 0 个英文或数字字符，或7 0 个汉字，与约 1 秒钟的语音呼叫所占用的空间相当。 传递方式。存储转发当用户无法接收时不会丢失，暂时存放在短信中 心，当用户重新登陆进网时，会迅速提交到用户手机上。 通信费用低廉，无长途本地之分可以按次或按月计费。 无使用时间、地点限制。 对发送信息具有保证的双向服务，发送方可以在将短信发送出去后得 到确认通知，返回成功或失败的信息。 短信的用户庞大，全国手机用户已经达到了8 0 0 0 万以上，其中8 0 以上的用户手机支持中文短消息的接收功能；其使用方便、具有随时随地、 方便快捷、命中率高等其它固定终端所不具备的优势；可以处理突发性强、 4 山东农业大学硕士学位论文 数量庞大的集群信息的发送；而且成本低廉，相对于信件、电话等传统客 户服务而言，使用短消息可以大量节约成本。基于以上优点，短消息服务 得到广泛应用( 檀萍，2 0 0 5 ) 。 1 1 1 2 短信业务发展 短信业务是移动通信系统应用最为广泛、发展最快的数据通信业务， 到目前为止，短信网络的发展历程，可以大体分为三个阶段( 刘威，2 0 0 6 ) ： 从短信业务诞生开始到出现短信与i n t e m e t 互联为止，是短信业务发 展的第一个阶段“短信初始期”。此阶段短信网络主要提供模式简单的点 对点业务，局限于短信应用服务与短信中心直接相连。短信中心是唯一的 数据传输通道，不但信息量少，且各短信中心的信息来源不致。短信网 络是短信应用服务与短信中心直接连接的结构，短信业务仅限于电信运营 商经营。 从短信网关的诞生，到出现短信业务管理平台为止，是短信业务发展 的第二个阶段“短信发展期”。点对点应用的短信业务发展为电信运营商 与短信s p 合作经营的业务模式，短信网络发展为短信应用服务通过短信 网关与短信中心连接的结构。短信应用服务提供商的接入和计费等问题得 到解决，短信s p 应运而生，短信业务得到了空前的发展。在此阶段，信 息产业部颁布了电信运营商短信网间互联的相关协议，中国联通与中国移 动点对点短信实现了互联。垃圾短信、用户订购关系管理等问题也随之出 现。 从短信业务管理平台诞生开始，短信业务进入第三个阶段“短信成熟 期”或称为“后短信时代”。点对点应用的短信业务由业务管理平台向用 户提供二次确认服务，解决了短信业务发展中出现的s p 业务定制陷阱、 强行定制等问题，短信网络在逻辑上发展为s 卜s p m 卜 i s m g s m s c 逐级相连的结构。在这个阶段，与s p 进行数据交互的仍 然是短信网关，s p m s 的介入使得短信增值业务真正进入运营商管理下的 服务。 第二、三阶段短信业务特征模式就是将互联上的大信息量根据用户的 要求、通过手机的短消息方式传递给用户。这一发展模式，将传统的信息 提供与信息服务的合二为一彻底分离，体现了一种统业务与互联网相结合 鱼病诊断短信平台设计与实现研究 的发展模式。 1 1 1 3 短信的收发模式 将一条短信发送到用户的手机上，有以下两种途径： 通过移动网关发送短消息。短消息网关( i s m g ) 是处于短消息中心 ( s m s c ) 和业务提供商( s p ) 之间的设备。网关与短消息中心之间使用 s m p p 协议( s h o r tm e s s a g ep e e rt op e e r ，短消息点对点协议) ，与s p 之间 使用c m p p 协议( c h i n am o b i l ep e e rt op e e r ，中国移动点对点协议) ，短 消息网关完成协议的转换、计费、路由、安全和网络管理等功能( 陈荣春， 2 0 0 7 ) 。 通过g s mm o d e m 发送短消息。直接使用移动电话或特定的短信收 发设备，将短信内容经由移动通信网络中的基站等设施，发送到短信业务 中心，再由短信业务中心将该短信内容转发到目标手机。这是目前比较适 合小项目开发的一种方法，所需硬件可以是内置m o d e m 的 g s m g p r s c d m a 手机或专用的g s m g p r s c d m am o d e m 设备，计算 机与m o d e m 设备连接用数据线或红外线接收装置，还需要中国移动通信 公司或中国联通公司提供的全球通、神州行等s m u m 卡( 薛立新，2 0 0 7 ) 。 收发短消息常用的接入协议有三种：1 b l o c km o d e ；2 基于a t 命令 的t e x tm o d e ；3 基于a t 命令的p d um o d e 。使用b l o c k 模式需要手机 生产商提供驱动程序，目前很少使用，几乎被p d u 模式取代。t e x tm o d e 是纯文本模式，比较简单，可以使用不同的字符集，主要用于欧美地区。 p d u 模式支持所有手机及模板，可以使用任何字符集( 刘胜国，2 0 0 6 ) 。 1 1 1 4 短信平台类型 短信发送实体( s h o r tm e s s a g ee n t i t y ，s m e ) 大致可以分为两种类型： 一种类型是通常所说的外部短消息实体( e x t e m a ls h o r tm e s s a g ee n t i t y ， e s m e ) ，即基于t c p i p 协议网络或x 2 5 网络进行短消息发送的短消息应 用系统( s m sa p p l i c a t i o ns y s t e m ，例如w a p 代理服务器、e m a i l 网关或 其他短消息网关等) ；另一种是移动电话或特定的短消息发送设备( m o b i l e e q u i p m e n t ，m e ) ，即用户通过直接使用移动电话或特定的短消息收发设 备，将短消息内容经由移动通讯网络中的基站等设施，发送到短消息业务 中心，再将短信内容发送到目标地址( 贾宏宇，2 0 0 3 ) 。本系统中使用的 6 山东农业大学硕士学位论文 短信平台是基于第二种类型，用户将鱼病症状信息通过鱼病诊断短信平台 发送到鱼病诊断专家系统，专家系统经过诊断，将诊断结果和鱼病防治信 息再通过鱼病诊断短信平台发送给用户。 1 1 1 5 短信国内外应用现状 国外，欧洲一些国家将短信作为广告的一种方式( o k a z a k i ，2 0 0 8 ) ； 比利时家公司允许客户通过短信方式付款( g e m a l t o ，2 0 0 7 ) ；英国通过 短信的方式办理( p e e v e r s ，2 0 0 8 ) ；德国、瑞典、荷兰等国家将短信服务 作为治疗精神疾病的辅助手段，通过短信的方式与心理医生交流，达到治 疗目的( b a c h m a n n ，2 0 0 8 ) ；还有一些国家用短信帮助青少年树立个性和 人格( k r a s i c ，2 0 0 7 ) ，朝鲜用短信的方式治疗糖尿病( k w o n a ，2 0 0 4 ) 。 国内，基于g s m 网络的短信平台已经在金融市场、政府部门、旅游 部门、大众媒体、高校管理、能源电力部门、广播电视等得到应用。 电信领域：这个领域是应用短信平台最早的领域，人们可以通过发送 手机短信的方式制定和取消相应的业务，还可以通过短信平台进行信息交 流，熟为人知的“飞信 就是典型的由移动公司推出的短信平台，通过“飞 信”平台建立了电脑和手机的连接。周安心等提出建立移动代理商综合业 务短信平台( 周安一t l , ，2 0 0 2 ) ：刘芳菊提出建立固话短信平台，为固话用 户提供短信服务，实现互联网、固定电话网、移动电话网之间的信息传递， 使电话机成为一种全新的信息媒体( 刘芳菊，2 0 0 4 ) ；温明媚提出建立移 动b o s s 系统短信平台，并建立一套高效的与短信平台的接口( 温明媚， 2 0 0 5 ) ：王实提出建立基于公共服务的互联网短信平台( 王实，2 0 0 5 ) ；吴 宏杰提出建立中小型s p 短信平台( 吴宏杰，2 0 0 6 ) ；唐明董提出使用g s m 模块构建企业短信平台( 唐明董，2 0 0 7 ) ；谢春祥等提出建立基于 g s m g p r s 的终端式短信平台( 谢春祥，2 0 0 7 ) 。 交通邮政部门：广东工业大学为适应铁路信息化要求，建立了基于短 信平台的铁路信息服务系统，实现了短信查询与短信订票的功能( 陈鑫， 2 0 0 6 ) ；福建师范大学根据邮政报刊订阅业务开展短信业务的内在需求一 一扩大报刊宣传和方便读者订阅，以及利用短信平台开展增值业务，提出 建立基于短信平台的邮政报刊订阅系统( 林木辉，2 0 0 6 ) ；史锡芬提出建 立交通管理短信平台系统，将交通违章的情况以短信的方式通知各个驾驶 7 鱼病诊断短信平台设计与实现研究 员( 史锡芬，2 0 0 5 ) ；黄伟斌提出建立船舶水运调度管理短信平台( 黄伟 斌，2 0 0 4 ) 。 高校管理：南京邮电大学、安徽理工大学，将短信平台应用到校园信 息化建设中，将短信平台作为查询信息、发布信息的重要手段，以加速高 校管理的效率、加大管理的透明度以及信息传播的速率( 王诚，2 0 0 7 ) ； 南京医科大学建立了教务管理短信平台，学生通过短信的方式就可以完成 报考、查分、咨询等各种教育信息的查询( 甘金明，2 0 0 7 ) ；浙江万里学 院提出通过短信平台解决学生选课问题( 华东，2 0 0 5 ) ；河北大学和内蒙 古工业大学提出短信服务将成为图书馆信息特色服务的一种方式，对解决 公共图书馆网络社区服务困境有一定的现实意义( 张志广，2 0 0 6 ) ；福建 农林大学建立学生心里咨询短信平台，对学生提供心理上的援助( 叶宝春， 2 0 0 7 ) 。 银行金融业：中国建设银行上海分行提出银行短信平台是建立客户服 务的新通道( 李准，2 0 0 7 ) ；邱旭勐指出短信平台以其灵活性、方便性、 信息保密等特点广泛应用于公众服务领域，其特点满足银行对客户服务的 要求，并设计开发了银行短信平台发布系统( 邱旭勐，2 0 0 6 ) 。 企业建设：很多企业都有了自己的短信平台，如西安供电局的短信平 台( 郑健，2 0 0 7 ) ；吕锋等建立了企业短信平台中的身份认证系统，以满 足企业短信平台中信息安全需求( 吕锋，2 0 0 5 ) 。 电力服务系统：宁夏电力公司、石嘴山供电局建立电力客户服务语音 短信平台进行电费查询、电费催缴业务办理，提高了企业的管理水平和工 作效率。 目前，短信平台在农业方面的应用较少，主要有姚昱，吴建民将短信 技术应用在蚕桑生产科技推广的领域，及时将紧急技术措施、行情信息、 病虫害防治及气象信息等发送给广大蚕农，满足他们对技术、信息的日益 需求( 姚曼，2 0 0 7 ) 。从2 0 0 6 年3 月底开始，沾化县海洋与渔业局对主要 水产养殖品种的疫病和爆发性传染病进行了定点跟踪、测报和预报，并将 测报信息作出的分析和预防对策编成短信，通过手机短信平台，快速发给 广大养殖户及渔技人员，以便他们及时采取对策，力争在第一时间内采取 措施，有效地控制疫情流行和蔓延( 沾化，2 0 0 6 ) 。 山东农业大学硕士学位论文 农村新技术、农家之友、农村百事通、中国牧业通讯、“长 江蔬菜 等杂志均建立了手机短信互动平台，以加强和读者的联系，关注 农民朋友遇到的急事、难事，以及农村的焦点、热点问题。 从短信平台的角度对鱼病诊断专家系统进行的研究还是很少的。短信 平台作为一个信息交流平台，用户可以通过短信的方式与诊断系统进行交 互，针对目前农村手机用户数量稳定增长、短信平台在一些领域已有成熟 应用的现状，开发基于短信平台的鱼病智能诊断系统有一定的社会利用价 值和应用空间。 1 1 2 鱼病诊断推理的研究 在计算机技术日新月异的今天，人们开发病虫害诊断专家系统，为养 殖用户进行疾病诊断提供方便。专家系统是目前人工智能中最活跃、最有 成效的研究领域，应用人工智能技术，模拟人类专家求解问题的思维过程， 其水平可以达到甚至超过人类专家的水平。 国内外学者采用不同的方法对鱼病诊断专家系统进行研究。世界上第 一个鱼病诊断专家系统是诞生于罗马利亚加拉茨大学，是水产业、计算机、 疾病病理学方面的专家合作的成果( b o g a t u ，1 9 9 5 ) ，以色列采用模糊逻 辑和规则推理相结合的方法开发了一套运行于单p c 机的鱼病诊断专家系 统( d a n i e l ，2 0 0 0 ) 。国内最早应该是集美大学的王成志，黄少涛，纪荣 兴提出的鱼病诊疗专家系统“鱼医生( 王成志，1 9 9 7 ) 。 中国农业大学教育部精细农业系统集成技术重点实验室在鱼病诊断 专家系统的研究上也作了相当大的投入。从最初的智能化鱼病诊断专家系 统的总体设计思路与设计方法、关键技术及系统工作流程研究到智能化鱼 病诊断的过程、基本内容以及推理机的设计等方面部进行了广泛的探索。 在应用网络技术开发鱼病远程诊断专家系统的研究上，d a o l i a n gl i ， z e t i a nf u ，y a n q i n gd u a n 开发了基于w 曲的鱼病诊断专家系统。该系统 有超过3 0 0 条规则、4 0 0 张图像和图表，都是有关鱼病类型和症状的。它 可以诊断九种淡水鱼的1 2 6 种病( l i ，2 0 0 2 ) 。y a n q i n gd u a n ，z e t i a nf u ， d a o l i a n gl i 又进一步开发了基于w 曲的鱼病远程诊断系统，包括同步和 异步诊断子系统( d u a n ，2 0 0 3 ) 。 温继文，李道亮，傅泽田等结合鱼病诊断知识和鱼病诊断专家经验， 9 鱼病诊断短信平台设计与实现研究 以人工智能理论为基础，采用b s s 技术开发基于分布式网络体系结构的 鱼病诊断智能系统( 温继文，2 0 0 6 ) ；结合鱼病诊断中随机性、模糊性和 不完备性同时存在的特点，将模糊数学方法集成到症状的提取中，并根据 获取信息的序贯性给出求解算法，构造了个能够有效处理随机性、模糊 性和不完备性知识表示和推理的鱼病诊断模型( 温继文，2 0 0 3 ) ；通过分 析鱼病传播的因果关系，构建了“症状疾病一病因”的双因果鱼病诊断 模型，利用覆盖集理论的节约原则构建了病因诊断的指标，将诊断问题转 化为求解o 一1 整数规划的问题，并采用紧急搜索( t s 搜索) 来求解这一 问题。实例证明，该模型可以得到有效的疾病范围、疾病发生可能性和相 应病因分析，并可以指导用户有针对性的进行鱼病防治。 郭永洪在论文基于本体的鱼病知识获取与诊断推理集成系统研究中， 根据鱼病诊断的具体特点，给出了建立鱼病领域本体知识的方法，建立了 基于领域本体的鱼病诊断知识，在此基础上根据遗传算法的特点建立了基 于遗传算法的鱼病知识获取模型，采用基于案例的鱼病诊断推理方法，并 采用遗传算法对鱼病的特征权值进行优化，提高了鱼病诊断推理系统的检 索效率和推断的准确性，她还提出了基于层次因果诊断模型、基于u m l 的诊断推理、基于知识的鱼病诊断推理( 郭永洪，2 0 0 4 ) 。 周云基于案例推理的鱼病诊断专家系统研究中，建立基于案例的鱼病 诊断概念模型，避开了深层次知识显示表达的难点，只需要利用案例中的 已知案例就能达到诊断问题的求解目的( 周云，2 0 0 6 ) ，提出了两种鱼病 案例检索的方法，一种是基于相似性度量的鱼病案例检索模型，一种是基 于粗糙集理论及其方法的鱼病案例检索模型，两种检索模型分别采用不同 的方法来处理鱼病诊断问题中存在的不确定性( 周云，2 0 0 4 ) 。 祝伟根据鱼病诊断知识的特点和c b r 的要求构建了案例知识库，基 于b s s 网络框架设计了人机接口和案例知识获取机制，开发了面向c b r 的鱼病诊断知识获取系统，实现了w e b 平台上的鱼病诊断案例知识的获 取和知识库的维护( 祝伟，2 0 0 6 ) ；将鱼病诊断的知识用案例知识和规则 知识来表示，建立了c b r 与r b r 协同推理的鱼病诊断推理模型，包括鱼 病案例的两级索引模型和鱼病案例检索模型，鱼病案例检索模型采用了产 生式规则和最近邻算法，由鱼病症状特征辨识、初级匹配、相似性度量、 l o 山东农业大学硕士学位论文 案例复用和案例保存等步骤组成( 祝伟，2 0 0 6 ) 。 张杰在论文面向呼叫中心的鱼病知识获取系统研究中，根据鱼病知识 及案例特点的描述，以及对鱼病诊断思维模式的分析，结合粗糙集理论对 知识表示的要求，采用特殊的知识表达系统决策表的形式对原始的鱼 病诊断案例进行表示，建立了粗糙集与神经网络松耦合的鱼病知识获取模 型，用粗糙集理论作为神经网络的前端处理对原始鱼病诊断案例进行知识 约简以及b p 多层前馈神经网络的学习与训练。由鱼病原始案例的获取、 决策表进行知识表示、属性约简、b p 算法的设计与实现等步骤组成( 张 杰，2 0 0 5 ) 。 刘志宏等人，提出了采用m a t l a b 软件中强大的图像处理功能，编 写程序，对读入的图像进行中值滤波、灰度处理和二值处理，然后根据收 缩与扩张的原理，去除杂质点，采用区域矩特征统计出白色像素的数日， 与数据库中的数据相比较即可判断鱼类病变死亡等异常情况( 刘志宏， 2 0 0 7 ) 。 高文等人针对鱼病诊断专家系统中诊断知识的特点，根据鱼病诊断知 识模型，分析鱼病诊断知识模式，定义了鱼病诊断知识的基本单元，构建 了鱼病诊断知识本体模型，并在此基础上采用o w l 语言对其进行了形式 化描述，为促进鱼病诊断知识共享、复用提供参考( 高文，2 0 0 7 ) 。 综上所述，鱼病诊断系统已经进入比较成熟的阶段，呼叫中心平台的 搭建使用户能够通过电话的方式就可以向专家咨询，进行鱼病诊断。受此 启发，随着手机用户的增多，短信作为一种廉价、便捷的通讯方式为广大 用户接受，并且短信平台已经应用到社会生活的各个领域，因此，开发基 于短信平台的鱼病诊断系统有着广阔的前景。 在鱼病诊断知识表示和推理模型方面：分别采用了基于领域本体的和 基于案例的鱼病知识表示；建立了基于遗传算法和粗糙集与神经网络松耦 合的鱼病知识获取模型；采用了禁忌搜索( t s ) 搜索、基于c b r 和r b r 推理相结合的鱼病诊断推理模型。 1 2 本课题研究的意义 目前短信平台已经广泛应用在生活的各个领域，在农业领域建立了基 于蚕业的短信平台、鱼病防治信息短信平台，及时将技术措施、紧急行情 鱼病诊断短信平台设计与实现研究 信息、病虫害防治及气象信息等发送给广大蚕农，满足他们对技术、信息 的日益需求，一些农业杂志如农村新技术、农家之友等也建立了和 读者互动的短信平台，以加强和读者的联系，关注农民朋友遇到的急事、 难事，以及农村的焦点、热点问题。 基于以上现状及存在问题，本文建立鱼病诊断短信平台，其功能为： 养鱼户通过手机向短信平台发送关于鱼病症状的短信，短信平台对养鱼户 发送的短信进行内容提取后将其提交到鱼病智能诊断专家系统，鱼病智能 诊断系统对输入的鱼病症状进行记录，经过相似性度量、案例复用，将诊 断的结果和防治措施反馈给养鱼户，并把诊断结果保存在数据库中，作为 以后诊断的依据。鱼病诊断短信平台可以用较低的成本改善养鱼户不方便 通过计算机和互联网进行鱼病诊断的现状。 本课题是农业病虫害远程诊治及预警系统的一个子课题，前期开发了 基于w e b 和基于呼叫中心的鱼病智能诊断专家系统。基于w e b 的鱼病智 能诊断专家系统将领域知识与人工智能结合起来，解决了鱼病专家缺乏的 现状；基于呼叫中心的鱼病智能诊断专家系统解决了人们在不具备计算机 的情况下，可以通过电话的手段向专家进行咨询。本文主要对鱼病诊断短 信平台功能进行设计实现，使专家系统在使用现代化通讯手段方面更具完 备性。 1 3 研究内容 运用现代化通讯技术短信实现鱼病的诊断和防治。养鱼户通过手 机短信的方式向短信平台发出诊断请求，系统对用户输入的内容进行提取 后将其提交到鱼病诊断系统，最后将诊断的结果和防治措施以短信的方式 返回给用户，从而为养鱼户提供方便、实用、精准、廉价的服务。具体研 究内容如下： ( 1 ) 根据短信平台要求建立案例表示模型 手机的特点是屏幕比较小，每次显示的内容数量受到屏幕的限制，而 且每条短信的容量有限，一般是7 0 个、最多达到1 6 0 个汉字，相对于计 算机来说手机的屏幕和容量就显得非常有限。这就要综合手机短信、鱼病 知识、鱼病案例知识表示的特点建立符合手机短信要求的鱼病案例知识表 示模型。 1 2 山东农业大学硕士学位论文 养 鱼 户 ( 2 ) 鱼病诊断短信平台总体框架设计 移动电话 p d a 短 信 平 厶 i = 3 诊断 请求 诊断结 果输出 输入鱼病 症状 案例 复用 案例保 存 优势案 例检索 相似性 度量 鱼病诊 断数据 库 豳l l 鱼炳诊颐短信平台总体框架幽 f i g 1 - 1t o t a lf r a m eo f f i s hd i s e a s ed i a g n o s ep l a t f o r m ( 3 ) 鱼病诊断短信流程设计 手机的屏幕和一条短信的容量有限，用户不能像在w e b 页面中那样 进行鱼病诊断，因此要对鱼病诊断短信平台的诊断流程进行设计，使用户 分步进行鱼病诊断。 ( 4 ) 系统编码设计 用户短信内容的表现形式可以采用两种方法，第一种是采用系统编 码，用户只需要按照要求进行选择；第二种是采用语义搜索算法，对用户 输入的内容进行提取，并与数据库中的内容比较，然后进行诊断。在本系 统中采用系统编码的方式来限制用户的输入，以提高用户输入的正确率和 系统处理的效率。 ( 5 ) 鱼病诊断推理模型研究 依据文献研究中得到的诊断推理模型和方法，根据实际情况，选择基 于案例推理的鱼病诊断模型。本系统在原有的鱼病案例和研究的基础上进 行分析研究，采用基于案例的推理模型，为提高检索的效率，将优势案例 索引入案例检索中。 ( 6 ) 系统的开发与测试 运用软件工程学的方法，在成熟的m i c r o s o f ts q ls e r v e r + j a v a + 金仓短 信模块设备开发环境下，完成原型系统的开发，包括数据库与案例库建设、 鱼病诊断短信平台设计与实现研究 推理模型程序实现等，对短信模块进行调试和二次开发，实现鱼病诊断系 统和短信平台连接，从而实现鱼病诊断短信平台。最后对系统进行测试， 并根据测试结果对系统进行完善。 1 4 技术路线 系统总体框架设计 系 提分实短消息技术研究 统 系 结 出析地 设 统 论 问 - 计 测 与 文 调 基于短信平台的鱼病案例表 与展 题 献研 示以及案例推理模型研究 试 实望 现 选择短信模块、功能测试 图1 2 鱼病诊断短信平台技术路线 f i g 1 - 2t e c h n i cr o u t eo ff i s hd i s e a s ed i a g n o s ep l a t f o r m 1 5 可行性分析 手机短信是人们普遍使用的交流方式，建立鱼病诊断短信平台能满足 用户实时进行鱼病诊断的要求：鱼病诊断知识来源可靠，本人现在所在的 中欧农业信息研究中心对鱼病的研究有一定的基础；在研究资金上得到霍 英东教育基金的支持，有较充足的研究经费作保障。 1 4 山东农业大学硕士学位论文 2 鱼病诊断短信平台知识表示 知识表示就是将自然语言表示的知识转化为计算机可以识别和处理 的知识。鱼病诊断知识和案例知识都是用自然语言描述的，且具有多义性 和模糊性，不利于计算机处理。因此要对鱼病诊断知识和案例知识进行形 式化表示。本章通过分析手机短信的特点，结合已有的鱼病知识表示，建 立了鱼病诊断短信平台的鱼病知识、概念模型、案例表示和系统编码。 2 1 鱼病诊断知识分析 知识表示是知识的符号化、形式化或模型化，从计算机科学的角度来 看，知识表示是研究计算机表示知识的可行性、有效性的一般方法，是把 人类知识表示成机器能处理的数据结构和系统能控制的结构的策略，知识 表示要结合知识的存储和使用( 徐宝祥，2 0 0 7 ) 。 鱼病诊断是指鱼病专家根据病鱼的症状表现，采用一定的诊断方法对 症状表现进行识别，以判断病鱼的状态、分析病因并给出防治措施。本鱼 病诊断短信平台使用的鱼病诊断知识和案例知识都是用自然语言描述的， 且具有多义性和模糊性，不利于计算机处理。因此，要结合短信的特点和 已有的鱼病诊断专家系统对鱼病诊断知识和案例知识进行形式化表示。 本文通过制定符合短信平台要求的鱼病诊断调查表，多次与具有丰富 经验的鱼病专家访谈，获取了大量的鱼病诊断案例和经验知识。下面就将 这些鱼病诊断案例和经验知识与鱼病理论知识结合起来，从鱼病的诊断内 容、诊断特点与思维模式三个方面对鱼病诊断知识进行分析。 2 1 1 鱼病诊断内容 鱼病诊断包括以下要素：诊断对象( 鱼) 、症状表现、病因和防治措 施。这些要素相互关联，共同构成了鱼病诊断的有机整体( 祝伟，2 0 0 6 ) 。 诊断对象：鱼病诊断的对象就是发病的鱼，其属性是指鱼的种类和规 格。本文所研究的鱼的种类是常见的淡水鱼类，包括青鱼、草鱼、鲢鱼、 鳙鱼、鲫鱼、鲤鱼、罗非鱼等。鱼的规格分为鱼苗、鱼种、成鱼和亲鱼四 种。 症状表现：症状表现是指鱼体在发病过程中出现的非健康的病态反 1 5 鱼病诊断短信平台设计与实现研究 应。为了鱼病诊断的方便性，根据鱼病症状发生的部位，将鱼病症状分成 七大类：体表、头部、鳞片、鳃部、内脏、行为、镜检症状，镜检症状就 是用显微镜观察到的症状表现，多和寄生虫病相关。根据症状对疾病结论 诊断影响的不同，可以将症状划分为主要症状( 必见症状：只要这些症状 出现，某鱼病必定存在；常见症状：出现频率较高的症状) 和次要症状( 偶 见症状：出现频率较低的症状) 。 在本系统中，结合手机短信容量有限的特点，为了提高短信平台的诊 断效率，本系统只考虑鱼病的必见症状和常见症状，对于偶见症状不做考 虑。 病因：指导致鱼体发生病变的因素。鱼类致病因素错综复杂，基本可 划分为三大类：( 1 ) 生物因素，包括细菌、病毒、真菌、藻类、寄生虫等； ( 2 ) 环境因素，主要是水的温度、溶氧度、氨氮含量和p h 值等偏离正 常指标；( 3 ) 人为因素，包括放养密度不当、饲料管理不当和机械性损伤 左行 守。 防治措施：在确定鱼类疾病类型和病因之后，诊断进入防治阶段。由 于鱼的种群差异、池塘周围环境的差别和饲养管理的措施的不同，在鱼病 防治中要因时因地制宜，特别是应该加强水环境监测和鱼病预防，在鱼病 发生之初就采取措施进行预防，以降低损失。 2 1 2 鱼病诊断特点 ( 1 ) 疾病多样性。疾病传播机理表明：任何一个原发性疾病都存在 多条潜在疾病传播的选择；加之在现代集约化养殖条件下，高密度放养造 成水质二次污染、病原传播、水体富氧化等因素相互影响，更易造成多种 疾病同时并发。 ( 2 ) 病因多样性。鱼的致病因素包括生物因素、环境因素和人为因 素三大类的致病因素，每一类致病因素又包括菲常多的致病元素，这些致 病元素混合在一起，互相影响，错综复杂，共同导致了鱼体发病。 ( 3 ) 发病过程的动态性。由于鱼体自身和周围的环境处于不断运动、 发展和变化中，其次鱼病的发展过程本身也是致病因素与鱼体抗病因素的 相互影响的过程，整个鱼病发病过程呈现动态性。这种动态性表现为鱼病 发病的不同阶段，包括病原接触期、病原侵入期、病原潜伏期和发病期， 1 6 山东农业大学硕士学位论文 发病期又细化为初期、中期和晚期。 ( 4 ) 诊断的复杂性。病因的多样性：鱼病的产生不仅与鱼的种群、 个体等有关，也受到病原体和环境因素以及饲养管理的影响；症状的多样 性：由于鱼体发病程度或者病因的不同，症状也呈现多样性。同种鱼病有 多种症状，不同疾病又可出现同一症状。 ( 5 ) 治疗的复杂性。由于病因、鱼病和症状呈现多样性、鱼病发病 过程的动态性，因此鱼病诊断治疗也是非常的复杂。在实际诊断过程中， 不同病因导致的同一疾病，症状相同，但治疗方案不同：同一种病因引起 的不同疾病，症状不同，但治疗方案可能相同。因此在诊断过程中，必须 综合考虑病因、疾病、症状，以病因为主，结合疾病的发展情况以及症状 表现给出治疗方案。 2 1 3 鱼病诊断思维模式 认知心理学家认为思维是人们借助表象或概念，通过形象思维和逻辑 思维进行信息加工的认识活动。鱼病专家的思维过程在鱼病诊断中表现为 从现场调查、鱼体检查等资料的收集到运用病理知识和经验知识综合分析 症状、疾病、病因的过程，然后对鱼病进行诊断治疗。可见，鱼病专家对 问题的解决是一个复杂的创造性思维过程，它不仅是简单的形式化的推理 过程，更需要“直觉”、“灵感”等形象思维。 案例推理类似人的直觉，可以作为形象思维模拟的工具。在专家经验 丰富、知识难以形象化的场合，案例推理得到了广泛的应用。案例推理的 认识论根源与人们面对一个新的问题时，首先采用直觉的思维方式，通过 当前情景抽取其主要特征，然后从大脑的记忆中搜寻过去解决这类问题的 经验，通过类比映射得到当前问题的解( 周云，2 0 0 6 ) 。 根据已有的鱼病专家系统，鱼病诊断的思维过程可以抽象为一个“假 设验证”的循环过程，每次循环中都包含如下两步：( i ) 假设寻