5.1 农业专家系统

农业专家系统概述农业专家系统也叫农业智能系统（agriculturalintelligent-system），俗称电脑农业专家，是基于农业专家知识和模仿农业专家进行推理决策的计算机程序系统，是专家系统在农业领域中的具体应用。农业专家系统概述一、农业专家系统发展概况二、农业专家系统研究和应用的意义三、农业专家系统的类型四、农业专家系统发展趋势一、农业专家系统发展概况农业专家系统概述化合物分子结构推断计算机程序（首例专家系统，1960s中后期）70年代末期将专家系统技术应用于农业领域，以美国的研究开始最早，当时开发的专家系统主要是面向农作物的病虫害诊断，伊利诺斯大学开发的大豆病虫害诊断专家系统PLANT/ds（1978）伊利诺斯大学开发的玉米螟虫虫害预测专家系统PLANT/cd（1982）日本千叶大学的西红柿病虫害诊断专家系统MICCS（1983）20世纪80年代中期，随着专家系统技术的迅速发展，农业专家系统研究有了相当大的进展，在数量和水平上均有了较大的起色，已从单一的病虫害诊断转向生产管理、经济分析决策、生态环境评价等方面，尤其以美国、日本、中国和欧洲最为突出。一、农业专家系统发展概况农业专家系统概述美国农业部和全国棉花委员会于1986年开发研制成功著名的棉花生产管理专家系统GOSSYM/COMAX，功能十分强大，应用十分广泛，成为农业专家系统开发的典例。加里福尼亚大学戴维斯分校研制开发的CALEX系统也非常成功，包括CALEX/COTTON、CALEX/PEACHES、CALEX/RICE等已广泛的应用于棉花、桃树和水稻生产管理。目前，CALEX已演化成为专用于农业生产管理的专家系统开发工具软件。美国农业专家系统开发多利用商用的开发工具如LEVELES、VP-EXPERT、INSIGHT等。一、农业专家系统发展概况农业专家系统概述日本政府对农业专家系统研究重视较早，1986年就出版了《人工智能与农业：精农技术与尖端技术的融合》的农业专家系统发展规划此后研发了若干农业专家系统近年来又将专家系统应用于蔬菜温室、牛奶生产等设施农业的生产管理中，取得了良好效果。东京大学的西红柿栽培管理专家咨询系统和培养液管理专家系统千叶大学研发的作物病害诊断专家系统、花卉栽培管理支持系统和庭院景观评价系统农业研究中心研发的耕作方式计划支持系统、大豆栽培作业规划管理系统、拖拉机选用决策支持系统、联合收割机故障诊断系统等一、农业专家系统发展概况农业专家系统概述中科院合肥智能所研制的13种作物23个施肥专家系统中国科学院水土保持研究所的“黄土旱塬小麦生产综合管理专家系统”中国农业科学院作物科学研究所的“品种选育专家系统”中国农业科学院植物保护研究所的“粘虫测报专家系统”中国农业科学院土壤肥料研究所的“施肥专家系统”华中农业大学的“园艺专家系统”浙江大学和中国农业科学院蚕桑研究所合作研制的“蚕育种专家系统”我国农业专家系统的研究开始于20世纪80年代初期1985年中国科学院合肥智能机械研究所和安徽农科院合作研制成功的“砂姜黑土小麦施肥专家系统”，在淮北平原得到较大规模应用，开拓了农业专家系统在我国的发展在国家“七五”和“八五”科技攻关期间，我国又研制了一批农业专家系统一、农业专家系统发展概况农业专家系统概述进入20世纪90年代以来，我国不少研究单位将基于案例推理技术、面向对象技术、神经网络技术、数据库技术、多媒体技术、地理信息系统技术、作物生长模拟技术和计算机网络技术等综合集成应用于农业专家系统研究，提高了农业专家系统的技术水平。浙江大学的饲料配方专家系统河北农业大学的土坝事故诊断专家系统中科院沈阳计算研究所的水稻育种专家系统江苏农科院的水稻栽培计算机模拟优化决策系统RCSODS（1994）中国农科院棉花所研制的基于GOSSYM模型的黄淮海地区棉花生产管理系统COTMAS（1996）中科院合肥智能所研制的施肥推荐和作物栽培管理专家系统北京市农林科学院作物所的小麦综合管理专家系统ESWCM和玉米综合管理专家系统（1998）一、农业专家系统发展概况农业专家系统概述在“九五”、“十五”期间，在国家“863”计划支持下，北京农业信息技术研究中心、中国科学院合肥智能机械研究所、吉林大学、哈尔滨工业大学先后开发了5个面向农业领域的农业专家系统开发平台，并成功地在全国20多个示范区推广应用，相继开发了300多个农业专家系统，取得了较为显著的经济效益和社会效益（下表）示范区名称农业专家系统类型北京示范区小麦、玉米、苹果、梨、桃、葡萄、黄瓜、番茄、甜椒、西瓜、草坪、花卉、水产、养殖、畜牧云南示范区小麦、玉米、水稻、苹果、甘蔗、烤烟兵团示范区棉花、小麦玉米、西瓜、甜瓜黑龙江示范区大豆、水稻广西示范区荔枝、龙眼、芒果、甘蔗、玉米、水稻山东示范区小麦、玉米、花生、甘薯、苹果、大樱桃、桃、番茄、甜椒、黄瓜、对虾、海带、扇贝、鱼类、郁金香、蝴蝶兰河南示范区小麦、芝麻棉花玉米水稻重庆示范区番茄、辣椒、黄瓜、榨菜、柑橘安徽示范区棉花、水稻、油菜、养蟹、芝麻、养鹅、红籽瓜、花生、石榴、玉米、大豆、香菇、养猪、砀山酥梨海南示范区香蕉、橡胶、芒果、辣椒、植保山西示范区小麦、玉米、苹果、红枣、荞麦、谷子、核桃、马铃薯、养牛、蔬菜河北示范区小麦、玉米、黄瓜、辣椒、番茄、水稻、大豆、棉花、葡萄、养牛、养蟹辽宁示范区水稻、番茄、黄瓜、青椒甘肃示范区小麦、玉米、马铃薯、黄瓜、茄子、番茄、西瓜、辣椒、百合、特菜、葡萄、病虫害预测预报、植保、养猪、水稻、抗洪救灾、蔬菜、农业灾害预报湖南示范区玉米、水稻、小麦、黄瓜、气象、植保、草坪天津示范区玉米、特用玉米、土肥、水稻、蔬菜、畜牧吉林示范区小麦、香菇、水稻、玉米、柑橘、烤烟、甘蔗、洋芋、荞麦、丹参四川示范区水蜜桃、石榴杨凌示范区小麦、玉米、节水灌溉、猕猴桃、苹果、食用菌、蔬菜“863”计划支持下研发的农业专家系统统计（刘世洪，2005）一、农业专家系统发展概况农业专家系统概述从20世纪70年代至今，按照历史发展进程，农业专家系统发展可归纳为目前，国内外研制开发的农业专家系统已有数百个，广泛应用于作物生产管理、灌溉、施肥、品种选择、病虫害控制、温室管理、牛奶生产管理、牲畜环境控制、土壤保持、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、农业机械故障检修等众多方面，许多系统已得到实际应用，受到农民、农业技术人员、农业顾问以及农业管理机构等各类用户的欢迎。单功能农业专家系统阶段多功能农业专家系统阶段基于模型的农业专家系统阶段智能化农业专家系统阶段系统名称研究的主要内容开发者发表时间PLANT/ds大豆病害珍断美国Illinois大学1978灌水管理美国California大学1981PLANT/cd玉米螟危害预测美国Illinois大学1982棉花水分管理美国California大学1982人工智能用于木材采伐美国Purdue大学1983病害管理辅助决策美国Rykid等1984棉花病害综合防治美国California大学1984农业化学分析美国Jones等1984COMAX棉花综合管理美国USDA-ARS1985POMMB苹果害虫与果园管理Roach等1985MICCS蕃茄病害诊断日本千叶大学1985油桃病害诊断美国Plant等1986PBST病害诊断及对策澳大利亚农业部1987奶牛繁殖及诊断美国Margland大学1987CALBX农业管理美国California大学1988世界上有代表性的农业专家系统及工具系统名称研究的主要内容开发者发表时间FARMSYS作物多熟种植美国Florida大学1988农作制度管理决策美国Iowa大学1988SOYBUG大豆病害管理Beek等1989SBLBCT农业管理与决策选择英国Bdinburgh农学院1989SMARTOSY大豆生长模拟与管理美国Geogia大学1989DHLBS奶牛营养诊断美国TexasA&M大学1989CIRMAN农作物生长风险决策美国TexasA&M大学1989CHESS母猪群的行为分析荷兰Wageningen大学1990RAIN农林计算机辅助决策美国Georgia大学1990砂姜黑土施肥专家系统中国合肥智能所1991AWFRS粘虫测报中国农科院1992HAISON环境工程控制加拿大David等1992ESWCM小麦综合管理专家系统北京市农林科学院1993IWCMSB小麦综合管理美国AhmedKamel等1994BXCIS专家土地评价西腊Yialouris1995HYDRA灌溉管理意大利Jacucci等1995世界上有代表性的农业专家系统及工具续二、农业专家系统研究和应用的意义农业专家系统概述（一）农业专家系统研究的必要性生产的复杂性和经营的综合性由多个学科组成的专家群体解决问题长期的实践过程中通过不断探索、研究和总结农业领域知识的整体性、系统性、综合性以及可操作性和应变性不够强农业科技发展局限性专家系统“长期蹲点”整理、归纳综合集成二、农业专家系统研究和应用的意义农业专家系统概述（二）农业专家系统的特点农业专家系统比一般计算机信息系统更突出专门农业知识与推理判断的作用，具有针对性更强的决策咨询能力，比人类农业专家拥有综合性知识和高速的知识处理本领，不受时间、空间的限制和人类情感的影响。农业专家系统具有智能性、继承性、集成性、复制性和便捷性。二、农业专家系统研究和应用的意义农业专家系统概述（三）农业专家系统的作用汇集高水平的农业知识，克服农村地区交通信息不便的障碍，实地指导农业生产，缓解农技人员不足以及水平参差不齐的矛盾。汇集当地的农业知识，抢救、固化农学专家和种田能手的宝贵经验，使其逐渐积累丰富，构成本地农业生产技术数据库集和农业环境数据库集。推广演示软件采用多媒体技术既有文字，又有声音、图像，内容详尽，针对性、操作性强，易于被农民理解、接受，并付之以实践。农业生产时效性很强，农业专家系统能够实现随时解答农民生产中遇到的问题，大大减少了解决问题的时滞。三、农业专家系统的类型农业专家系统概述（一）按功能和结构特征划分启发式专家系统（HeuristicExpertSystem）实时控制专家系统(Real－timeControlExpertSystem)基于模型的专家系统(Model－basedExpertSystem)专家数据库系统(ExpertDatabase)专家系统开发工具(Problem－specificShell)三、农业专家系统的类型农业专家系统概述（二）按涉及学科领域划分作物栽培专家系统农田施肥专家系统植物保护专家系统设施农业专家系统新品种选育专家系统畜禽水产养殖专家系统水利灌溉专家系统其它学科领域的专家系统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三、农业专家系统的类型农业专家系统概述（三）按照系统运行环境划分桌面版农业专家系统网络版农业专家系统嵌入式版农业专家系统多媒体版农业专家系统智能设备智能语音驱鸟设备温室娃娃变量施肥机智能传感器变量农药喷洒机掌上电脑（AHPC）和掌中宝（PDA）四、农业专家系统发展趋势农业专家系统概述（一）农业专家研究和应用中存在的问题1.农业专家系统研究水平偏低，专家系统性能较差开发的历史较短，研究力量相对单薄，计算机技术人员与农业领域专家结合较差，和世界先进水平相比，在技术水平和应用效果上都有很大差距。目前我国AES开发中，知识库的知识数量较少且质量较差与农业数据库、地理信息系统、优化模型、决策支持系统、多媒体技术、通讯网络技术等结合不够推理机制简单，解释性能较差，用户界面不友好先进性和实用性不够，尚未达到真正领域专家的水平，起不到“专家”的作用，限制了农业专家系统的推广应用。四、农业专家系统发展趋势农业专家系