多媒体农业专家系统构建平台的实现与研究

1、多媒体农业专家系统构建平台的实现与研究        摘  要  论述了多媒体农业专家系统构建平台的系统目标、系统分析及实现的关键技术，提出了一种实现启发式规则推理的知识表示方法。       关键词  多媒体；农业专家系统；推理；知识表示      0 引言      随着软件和硬件技术的迅速，电脑已逐渐走进的千家万户，为我国庞大的农村

2、推广和使用农业专家系统提供了一个坚实平台1。农村文化相对落后、农民种田水平低、农业专家和科技人员短缺。国家农业信息化工程技术研究中心研制开发多媒体农业专家系统开发平台（MPAID），它简化了知识规则录入管理；增强了多媒体知识对象和资源的支持；实现启发式的推理决策、图书和农情数据库的支持。它以图文声像并茂的方式从不同角度展现专家知识，为机专业知识相对薄弱的农业科技人员和知识工程师迅速搭建农业领域的多媒体化的专家系统提供一个便利的工具箱。 1 系统目标      为了让工程师能开发基于多媒体的使用专家系统，系统目标确定在以下几方面：（1）单机环境运

3、行。专家系统的开发和运行都是基于单机环境。（2）丰富的多媒体知识对象支持。支持多种多媒体知识对象：图片、音频、视频、动画、超文本文件和可执行文件对象。（3）启发式推理。系统运行时能方便地选择问题，智能地提示用户进行下拉选择，以一问一答的方式完成事实录入，实现启发式推理。（4）农情数据挂接。农情库成为专家系统的组成部分，农户将通过数据库查询获得一些基础的农业数据：品种、常用肥料、农药等。（5）电子图书支持。专家的领域知识以电子图书形式组织成教材供农户查询检索以获得更详尽的知识。（6）易用可观的知识管理。领域模块的创建，规则的建立和知识的录入都在可视化界面中完成，形成一个所见即所得的知识管理。 2

4、 系统设计21 层次结构      平台基于单机环境运行，采用的是单层应用结构，应用逻辑（表示层、业务层、数据层）对应于用户界面、业务规则、数据存储都在同一个CPU上完成。功能构件都被加载到一个系统上，以进程内或本地进程外运行的方式提供服务。体系层次结构如图1。 22 开发模式      平台由两个独立的功能部分组成：开发平台和运行平台。开发平台供工程师开发专家系统并能打包生产专家系统文件（*.esf）。运行平台供农户来操作专家系统又称外壳，和esf文件一起分发给农户，农户先安装外壳而后在向导提

5、示下加载esf文件，使之成为专家系统形式的应用系统。 2. 3 系统组成及功能3 平台的实现技术3.1数据库      数据库选型：平台在单机环境下运行，它所操作的数据库必须是一个桌面数据库，系统信息存储和知识规则存储都可以用Access数据库来实现。        数据库设计：规则、知识ID、农情库表中数据结构等信息的存储是数据库设计的重点。前者关系到知识管理和推理速度；后者关系到数据库管理功能完善与否。在知识库中分三层来设计数据结构。上层数据：查询时，用以存储用户输入的临时数据。中

6、间层数据：如专家系统、问题模块、问题（规则）、问题解（知识ID）、视频数据、音频数据、图片数据、可执行书库、超文本数据、记录知识库对象特征信息和关系信息。下层数据：系统字典数据；输入输出字典。设计时考虑四点：1.规范上层中层数据；2.提供字典信息编码，提高检索速度；3.增加输入码，减少用户输入选择范围，提高用户效率；4.要求所有关系R满足第三范式。      1          数据库访问：ADO2.0数据库访问接口。Microsoft ActiveX

7、Data Objects2.0 Library即ADO2.0，以自动化对象的形式对OLEDB进行封装，支持关系和非关系型数据源，使得在脚本范型的机语言如Basic中访问数据库相当方便。实现过程拟用ADODB实现数据库访问。 3.2 知识表示      知识的表示已有许多方法：规则、语义网、框架、脚本和模式等。产生式规则成为专家系统中表示知识的主流方法，但具体到开发平台知识的表示必须符合农业实践的实际情况和农业专家就种植养殖的具体问题而进行思维推理的实际过程，不能单纯地从理论和专家系统原理出发3。在平台中采用了一种“问题模块+规则框架+规则体+面

8、向对象”的知识表示技术。知识表示策略的巴科斯-诺尔范式（BNF）为： 问题模块：=<输入因素集><输出因素集> 规则框架：=IF<输入因素集>THEN<输出因素集> 输入因素集：=<输入因素>|<输入因素><输入因素集> 输出因素集：=<输出因素集>|<输出因素><输出因素集> 输入因素：=<因素> 输出因素：=<因素> 因素：= <汉字串> 规则：= IF<输入集>|THEN<输出集> 输入集：=<输入>

9、;|<输入><输入集>|<输入><输入集> 输出集：=<输出>|<输出><输出集>|<输出><输出集> 输入：=<字符串>|<字符串><关系运算符><值> 输出：=<字符串>|<字符串><关系运算符><值>|<字符串><关系运算符><知识对象> 值：=<数值>|<字符串>|<代数表达式> 关系运算符：= | < |

10、> | | 知识对象：=<html文件>|<html文件><html文件集>|<wav文件>|<wav文件><wav文件集>|<avi文件>|<avi文件><avi文件集>|<exe文件>|<exe文件><exe文件集>|<bmp文件>|<bmp文件><bmp文件集> 3.3构件      从图1中可以看出业务层的功能是通过构件实现。推理机、问题选择构件、提问构

11、件是专家系统的通用组件，都以接口的形式曝露自身功能向外界提供服务4。平台必须实现以下构件。 问题选择构件。启发式的专家系统中，推理是针对某领域的具体问题，故用户启动推理前要确定待求解的问题，问题选择算法步骤如下： 输入知识库文件标识。 建立连接。 查询知识库模块表，搜索父模块为空的模块。 查询结果写入选择框，给出提示语句。 用户选择某一模块，下一步。 查询以选取模块为父模块的子模块或问题，如个数不为0转到步骤，否则下一步。 输出问题标识。 结束。       事实录入(提问)构件。推理必须以事实为基础，在确定事实记录的基础上，在问题解空间中进行

12、模式匹配，找出问题解。启发式专家系统中以一问一答的方式捕获农户输入，基本上只要操作鼠标就能完成事实录入，输入量大大减少，对于电脑操作不太熟练的农民更为实用。提问算法如下： 输入知识库标识和问题标识。 建立连接。 以问题标识为条件查询知识库问题表，获得问题输入因素集写提问黑板。 在黑板上取一个输入因素，同时提问。取输入因素所有取值或相关信息写到LIST选择框。 用户选择某一值或输入数值，下一步。 更新事实记录。 判断提问是否完成？是则下一步，否则转到步骤。 输出事实记录。 结束。       推理机构件。在专家系统中推理机是一至关重要的

13、部件。由它完成知识的运用，考虑到农业领域的特性和农民用户的特殊性采用一种正向、不确定性推理的推理方法，农业领域中，输入输出所表示的事实有不确定性描述知识，如：肥力高低、受害程度、颜色深浅等，都难以精确定量，如果在规则增加不确定性处理，如加不确定性因子，并用模糊度运算和真度激活则会增加知识表示、规则录入、农户使用的复杂性，同时不确定性因子的确定也很大程度上是主观臆测，实践意义不大，不能真正说明问题，却减少了平台的实用性，正向推理由事实激发去匹配问题的解空间，寻找该事实条件下的问题解，有则得出结论并给出此规则的可信度，把相应的知识ID作为输出激活结论窗，在其中进行文本及各种知识对象的浏览5。 3.

14、4多媒体知识对象应用      有多媒体知识对象的支持，知识工程师选择知识的表达形式和表现手法有更大的自由空间，平台中主要涉及两方面的多媒体技术：存储和操作。       多媒体信息的存储。图片、音频、视频文件的存储空间都比较大，在数据库以二进制数据的形式存于字段中，但在打开时必须从字段中读出并还原成相应文件格式的临时文件，来来回回速度、效率浪费了许多；另一方面在知识表示记录中存上文件名，用专用的资源文件夹存相应的多媒体文件，就会如打开本地文件一样。平台以文件的形式来存储。        多媒体数据的操作。很多ActiveX控件对多媒体数据的操作有很好的支持。如播放器控件对于、文件支持播放。ebBrowser控件支持打开文件，充分调用现有控件在编程系统实现时可以获得更大的自由度。 结束语      计算机应用于，在我国正逐步成为现实，在农村中广泛应用农业专家系统，已成为各地的迫切要求。农业专家系统开发平台是开发专家系统工具上的首选，它的研究开发是软件应用的重要分支。本文讨论的多媒体农业专家系统开发平