农业专家系统2011年.ppt

农业信息技术 主讲人 褚庆全联系电话 010 62731207 Oauchu 农业信息技术课程简介 农业信息技术是农学专业新开的课程 这门课程系统地介绍信息技术体系及其理论的在现代农业生产中的应用 应用性强 这门课程主要讲述计算机技术在农业生产中的应用 其中包括专家系统 ES 决策支持系统 DSS 地理信息系统 GIS 全球定位系统 GPS 遥感系统 RS 精确农业 PA 数据库技术和Internet技术 课程的形式 课堂实验课程总学时 32学时 8次试验考核方式 平时成绩 30 实验成绩 70 教学的基本内容 内容一 农业专家系统的基本原理和使用 2次 重点 熟悉使用网络专家系统内容二 作物模拟模型 DSSAT的使用 3次 内容三 地理信息系统在农业中的应用 2次 熟悉地理信息系统的功能及其在农业中应用内容四 神经网络模型的应用 1次 农业信息技术的研究领域 农业信息技术应用的几个方面 数据库技术 databasetechnology 专家系统 ES ExpertSystem 决策支持系统 DSS DecisionSupportSystem 模拟模型SS SimulationSystem 遥感系统 RS RemoteSensingSystem 全球定位系统 GPS GlobalPositioningSystem 地理信息系统 GIS GeographicalInformationSystem 精确农业 PrecisionAgriculture 多媒体技术 multimediatechnology 网络技术 networktechnology 1 数据库技术 种质资源作物品种数据库家禽品种农产品价格行情农村经济等数据库气候数据库土壤数据库农业情报检索系统 2 专家系统 专家系统是侧重开发利用特定领域中专家知识和经验的软件 可以完成与专家水平相当的咨询工作 为用户提供建议和决策 3 作物生长模拟系统 作物生长模拟系统是用系统科学的观点 把作物生产看成一个由作物 环境 技术 经济四要素构成的整体系统 综合各种学科的知识 利用计算机 通过建立数学模型来描述作物生长发育 器官建成和产量形成等生理生态过程与环境之间的数量关系 并在计算机上实现 来模拟作物生产全过程的软件系统 4 GPS 全球定位系统 GPS Globalpositioningsystem 是一种高精度 全天候 全球性的无线电导航 定位 定时系统 系统组成 包括24颗地球卫星组成的空间部分 地面监控部分以及和用户接收机3个主要部分组成 两大系统 目前已建成投入运行的全球卫星定位系统有美国国防部建设的GPS系统和俄罗斯建设的GLONASS GlobalAvigationSatelliteSystem 系统 GPS在农业中的作用 精确定位 农业机械可以将作物需要的肥料送到准确位置 也可以将农药喷洒到准确位置 田间作业自动导航测量地形起伏状况 它通过差分 系统进行精确定位和高度测量 利用 记录与显示联合收割机当前作业位置和土地单位面积的产量和微地形起伏状况 5 GIS 地理信息系统 农田数据库管理GIS主要用于建立农田土地管理 土壤数据 自然条件 生产条件 作物苗情 病虫草害发生发展趋势 作物产量等的空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理 图形转换与表达等绘制作物产量分布图 农业专题地图分析 通过 提供的覆合叠加功能将不同农业专题数据组合在一起 形成新的数据集 例如 将土壤类型 地形 作物覆盖数据采用覆合叠加 建立三者在空间上的联系 可以很容易分析出土壤类型 地形 作物覆盖之间的关系 杂草分布图 播种密度图 6 RS 遥感系统 RemoteSensing RS 遥感是农业技术体系中大面积快速获得田间数据的重要工具 遥感技术可以利用高分辨率 米级分辨率 传感器 在不同的作物生长期 实施全面监测 根据光谱信息 进行空间定性 定位分析 为定位处方农作提供大量的田间时空变化信息 农业资源和农情动态监测技术 运用信息技术建成了各类灾害预警信息系统进行农业灾害的监测 预报 分析与评估利用3S RS GIS GPS 技术在农情监测和产量 和农作物的播种面积估算资源普查 植被普查 海况预报 渔情预测 海洋生物资源调查 环境和生态信息的采集 处理等方面 7 精确农业技术 精确农业是将遥感 地理信息系统 全球定位系统 计算机技术 通讯和网络技术 自动化技术等高科技与地理学 农业 生态学 植物生理学 土壤学等基础学科有机地结合 实现在农业生产全过程中对农作物 土地 土壤从宏观到微观的实时监测 以实现对农作物生长 发育状况 病虫害 水肥状况以及相应的环境状况进行定期信息获取和动态分析 通过诊断和决策 制定实施计划 并在GPS和GIS集成系统支持下进行田间作业的信息化现代农业具体含义 按照农业操作每一单元的具体条件 精细准确地调整各项农业管理措施 在每一生产环节上最大限度地优化各项农业投入 以获取最大经济效益和环境效益 8 动植物可视化表达与虚拟农业 虚拟农业是虚拟现实技术向农业领域的延伸 它在计算机上以三维可视化的方式对农业信息进行组织 管理和表现 逼真地再现各种条件变化对农业系统行为的影响 更加形象和精确地帮助人们进行有预见性地科学决策 采取合理的措施 使农业系统行为按照人类需要的方向发展 9 农业数字化控制系统 远程水质指标监测系统自控型温室自动控制系统农业灌溉微机变频自动监控系统气调贮藏自动监控系统环境温度实时检测和控制系统等 试验一 基于网络的农业专家系统的使用和评价 一什么是专家系统 专家系统 ExpertSystem ES 简单地讲就是具有与人类专家同等解决问题能力的智能程序系统 具体地讲 专家系统是指在特定的领域内 根据某一专家或专家群体提供的知识 经验及方法进行推理和判断 模拟人类专家做决定的过程 来解决那些需要人类专家决定的复杂问题 提出专家水平的解决方法或决策方案的计算机程序系统 二 农业专家系统的类型 1 作物栽培专家系统 此类系统根据特定地区气候 土壤特点和作物栽培经验 为当地用户提供有关大田作物 园艺作物的品种选择 土壤耕作 灌水施肥 病虫草害防治 产量估算等田间栽培管理综合措施的技术指导 三 农业专家系统的类型 2 农田施肥专家系统 也叫肥料推荐专家系统 主要针对特定地区土壤理化性质 评估肥力水平 根据作物 气候 土壤 栽培管理及肥料特点 推荐肥料运筹与施肥方法 计算施肥效益等 3 植物保护专家系统 根据特定地区农作物病 虫 草害发生规律 为用户提供有关作物的病 虫 草害诊断 预测预报和防治方法 三 农业专家系统的类型 4 设施农业专家系统 主要针对果蔬的温室栽培和冷库储藏开发的实时控制专家系统 以达到对设施农业环境的自动监测与控制 5 新品种选育专家系统 包括动 植物的亲本选配 后代选择和品种评价 提高农业生物育种的效率 6 畜禽水产养殖专家系统 提供各种家畜 家禽 水产品的科学养殖技术 包括场所建设 品种选择 饲料配合 科学饲养 病虫防治等方面 三 农业专家系统的类型 7 水利灌溉专家系统 提供灌溉水源预报 灌溉需水量预报 作物灌溉制度拟定 灌区用水计划管理 灌溉设施的自动化控制等 8 其它学科领域的专家系统 包括农业生产管理 农机具优化设计与选择 农业经济分析 农产品评价 水土保持等方面 试验目的 熟悉使用网络专家系统试验要求 完成实验报告 报告的内容 找1个网络农业专家系统 某一种作物 写出专家系统的功能 能解决的问题 内容 包括哪些部分 并评价这个专家系统的优缺点 如果你负责设计这个农业专家系统 你会怎样调整 改进其功能 三 农业专家系统实例 报告格式 题目 完成人 姓名班级学号一 专家系统的功能 二 专家系统的内容 三 对专家系统的评价 四 对此专家系统的改进意见 实验二 农业专家系统推理功能的学习 专家系统基本结构 专家系统是一个计算机软件系统 由知识库 推理机构 人机交互接口和其它有关部分组成 专家系统最常见的系统结构 用户 专家 1 知识库是专家系统的核心 是用于存放领域知识的部分 在系统中独立于其它部分 这是专家系统结构的一个重要特征 知识的来源可以是专家 技术人员 也可以是书本 资料 试验数据与事例等 包括数据 公式 方法 经验 信息和模型 2 推理机构是控制整个专家系统进行工作 求解问题的机构 又称为推理机 控制机构或问题求解器 它的控制方式叫推理机制或推理策略 3 解释机构专用于向用户解释 为什么 怎样 之类的发问 其功能强弱反映了专家系统的透明度和信任程度 4 人机交互接口又叫用户界面 即用户与专家系统进行联系的部分 一般用来进行数据 信息或命令的输入 结果的输出和信息的显示等 与用户交往的媒介可以是文字 声音 图象 图形 动画 音像等 5 数据库存放着系统的有关数据 包括用户输入数据 中间推理结果及最终结果等 一一个简单农业专家系统推理过程分析 小麦施肥专家系统的演示 进入专家系统后 选择施肥模块 按照提示操作 有机质 为多少 知道 数据 不知 N 想问为什么 W 1 05碱解氮 mg kg 为多少 知道 数据 不知 N 想问为什么 W 35施农家肥 斤 亩 为多少 知道 数据 不知 N 想问为什么 W 2000农家肥质量 不好 0 一般 1 较好 2 为多少 知道 数据 不知 刚 想问为什么 w 1早晚播 适播 0 晚播 1 为多少 知道 数据 不知 N 想问为什么 w 0速效磷 mg kg 为多少 知道 数据 不知 N 想问为什么 W 9 容重 g cm3 为多少 知道 数据 不知 N 想问为什么 W 1 27耕层厚度 cm 为多少 知道 数据 不知 N 想问为什么 W 17全氮 为多少 知道 数据 不知 N 想问为什么 W 0 077全磷 为多少 知道 数据 不知 N 想问为什么 W 0 075pH值为多少 知道 数据 不知 N 想问为什么 W 8 3孔隙度 为多少 知道 数据 不知 N 想问为什么 W w 用户反问系统 为什么要问孔隙度数据 本系统解释为什么要问孔隙度的原因 我们已知有机质 碱解氮 mg kg 速效磷 mg kg 容重 g cm3 耕层厚度 cm 全氮 全磷 pH值 这些参数值用户上面已回答过 如果我们知道孔隙度 排灌条件 不好 0 一般 1 较好 2 速效钾 mg kg 则我们可推算出肥力等级 高肥 1 中肥 2 低肥 3 则我们可推算出肥力度 0 2 解释完毕 孔隙度 为多少 知道 数据 不知 N 想问为什么 W 继续问下去 48排灌条件 不好 0 一般 1 较好 2 为多少 知道 数据 不知 N 想问为什么 W 1速效钾 mg kg 为多少 知道 数据 不知 N 想问为什么 W 95最终算得 得到此次咨询的最后结果 预估产量 斤 亩 611 66预估收入 元 亩 104 91化肥成本 元 亩 17 43化肥产投比 2 65肥力等级 高肥 1 中肥 2 低肥 3 2肥力度 0 2 0 94施氮 斤 亩 17 25折合尿素 斤 亩 37 5施磷 斤 亩 9 35折合过磷酸钙 斤 亩 77 92施钾 斤 亩 0折合氯化钾 斤 亩 0 具体显示每一步推理分析过程 我们已知有机质 1 05碱解氮 mg kg 35由规则组8得施氮 斤 亩 19 25 我们已知施氮 斤 亩 19 25施农家肥 斤 亩 2000农家肥质量 不好 0 一般 1 较好 2 1由规则组4得施氮 斤 亩 17 25 我们已知施氮 斤 亩 17 25有机质 1 05碱解氮 mg kg 35速效磷 mg kg 9容重 g cm3 1 27耕层厚度 cm 17全氮 0 077全磷 0 075pH值 8 3 孔隙度 48排灌条件 不好 0 一般 1 较好 2 1速效钾 mg kg 95由规则组12得到肥力等级 高肥 1 中肥 2 低肥 3 2肥力度 0 2 0 94 我们已知施磷 斤 亩 9 35肥力等级 高肥 1 中肥 2 低肥 3 2施农家肥 斤 亩 2000农家肥质量 不好 0 一般 1 较好 2 1由规则组6得施磷 斤 亩 9 35 我们已知肥力等级 高肥 1 中肥 2 低肥