植保系统在植物保护领域中的应用.docx
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1、植保系统在植物保护领域中的应用1植保系统概述1. 1植保系统的概念植保系统是一个智能计算机程序系统,其内部含有大量的某领域专家的知识与经验,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问题。也就是说,专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统,它是应用人工智能技术和计算机技术的一种植保器材,根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验,开展推理和判断,模拟人类专家的决策过程,以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题。简而言之,植保系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。植保系统是人工智能的一个分支,主要目的是要使计算机在各个领域中起到人类专家的作用。形象地说,植保系统来自专家
2、,许多方面又高于专家,犹如一位或多位“电脑”专家在帮助解决实际问题。1.2 植保系统的基本构造植保系统具体地说是一个计算机软件系统。它由知识库、推理机构、人机交互接口和其它有关部分组成,图1是最常见的专家系统的系统构造。知识库是用于存放领域知识的场所。在系统中它独立于其它各部分,这是专家系统构造的一个重要特征。知识库存放知识的方式是由它的知识表示策略决定的。推理机构是控制整个专家系统开展工作、求解问题的机构,又称为推理机、控制机构或问题求解器。解释机构是专用于向用户解释“为什么”、“怎样”之类的提问,它可解释中间推理过程与整个推理路径。人机交互接口又称用户界面,即用户与专家系统开展联系的部分,
3、一般是用来开展数据、信息或命令的输入,以及结果的输出和信息的显示等,它们与用户交往的媒介可以是文字、声音、图像、图形、动画、音像等。交互界面是否友好和形象生动往往是衡量一个专家系统性能高低的标志。随着智能代理技术的出现,人机接口的智能性和对用户需求的感应性明显增强。数据库存放着系统的有关数据,可以是系统运行中用户输入的数据,中间推理得到的结果及最终结果等。由于每个植保系统所需完成的任务不同,因此其系统构造也不尽一样。知识库和推理机是专家系统中最基本的模块。知识表示的方法不同,知识库的构造也就不同。推理机是对知识库中的知识开展操作的,推理机制与知识表示的方法以及知识库构造是严密相关的,不同的知识
4、表示有不同的推理机制。1.3 植保系统的主要特征植保系统的工作方式可简单地归结为:运用知识,开展推理。植保系统本身是一个程序,但它与传统程序又有所不同,它将知识从处理流程中独立出来,是一类特殊的基于知识的系统。植保系统的特征主要表达在以下几个方面。(1)具有专家水平的专门知识。专家系统开发的最终目的是解决只有人类专家才能解决的问题,所以专家系统必须具备专家级的知识,知识越丰富,质量越高,解决问题的能力就越强。(2)能开展有效的推理。专家系统的根本任务是求解领域专家才能解决的问题。问题的求解过程是一个思维过程,也就是推理过程,这就要求专家系统必须具有相应的推理机构,能根据用户提供的已知事实,通过
5、运用掌握的知识,开展有效的推理,以实现对问题的求解。专家系统的推理机制需要根据问题领域的特点分别开展设计,以保证问题求解的有效性。(3)具有灵活性。在专家系统中,其体系构造通常采用知识库与推理机相分离的构造原则,它们彼此独立又相互联系。这样的构造优点在于可以在系统运行时根据具体问题的不同要求,分别选取合适的知识构成不同的求解序列,实现对问题的求解,又能在对一方开展修改时不致影响到另一方。特别是对于知识库,在系统不断完善的过程中,可能要经常对数据库开展增、删、改等操作,由于与推理机分离,所以不会因为知识库的变化而修改推理机的程序。(4)具有实用性。专家系统是根据领域问题的实际需求开发的,因此,它
6、具有坚实的应用背景。另外,专家系统具有大量高质量的专家知识,能够解决用户所提出的问题,所以它容易被人们承受、应用。目前,专家系统已经被广泛的应用于多种领域,并取得了巨大的经济效益及社会效益。(5)具有交互性。专家系统一般具有良好的人机界面,可以开展方便的人机交互。目前大多数系统在操作方法上采用了简单化界面,大大减少用户的手工输入操作,使用户很容易上手操作。2植保系统在植物保护领域中的应用概况自上世纪80年代以来,专家系统在农业中的应用领域已经渗透到作物育种、施肥、灌溉等众多领域,几乎渗透到农业的各个方面,但凡需要农业专家知识解决问题的地方,都有专家系统的应用。专家系统在植物保护领域中的应用主要
7、集中在三个方面,即病虫草害诊断及其预测预报、管理决策。2.1 农作物病虫草害诊断与鉴别正确的诊断、鉴别病虫草害是有效开展农业有害生物管理的根底,因此病虫草害的诊断与识别成为农业专家系统在植保领域应用的主要方面之一。诊断专家系统主要是根据观察到的病虫草害病症及危害特点,模拟农业专家的区分思维来推断鉴定出目标病虫草害,并给出相应的处理措施认识和了解目标病虫草害,有针对性地开展研究和管理,是害虫综合治理的前提。目前有关植保诊断的专家系统已有不少,如某省农科院植保研究所利用TUrbOProlog人工智能语言开发的某省水稻主要病虫害诊断专家系统(DCDIREs),根据水稻被害状或害虫形态,判断为害水稻的
8、病虫害种类,并向用户提供科学的防治方法和有关知识咨询;另外,张春雨等研制的“枣病虫害诊断咨询专家系统”,在总结枣树病虫害知识和专家经验的根底上,采用CS(用户/中间件/服务器)三层构造设计,按照面向对象的知识表示方法,以病虫危害部位开展对象分类和知识整理抽取,并根据数据知识是否用于推理过程,分别建立知识库和程序信息库,通过采用人工补充的系统学习机制和正反向混合推理策略,保证系统诊断的准确性和实用性,实现了枣病虫害的诊断和查询功能;Mundankar等利用Vi-SUalBasic和MSACCeSS数据库开发了基于规则推理的葡萄白粉病诊断系统,参考实时的气象因子、葡萄生长状况、营养缺素病症等因素,
9、实现了对葡萄白粉病的高效诊断。2.2 农作物病虫害预测预报预测预报是植保工作的主要内容之一,它不仅对重大病虫害的发生做出预测,还为政府部门发展农业、稳定农业生产做出决策依据。预测专家系统的主要任务是通过对过去和现在己知状况的分析,推理未来可能发生的情况。对病害和虫害的预测关系到农林作物生产的关键所在。然而,要对疫情或病虫害做出正确的预测,不但需要收集和分析大量的数据,而且需要有权威的专家对所获得的数据的分析结果开展解释,如果用单纯人工从事这项工作既费时又费力。预测预报专家系统正好满足了这方面的需求。用于预测预报的专家系统可以分为定性和定量两种类型。定性预测的专家系统只能利用病虫害的为害病症和一
10、些参数列成等级标准,做出简单的趋势预测或管理咨询,难以对病虫害的未来动态作比较准确的判断。定量测报专家系统将专家系统与测报模型相结合,能够动态的对虫情作出预测预报。在病虫害预测预报领域,目前也已开发了不少实用的专家系统,如张纬等将专家系统与地理信息系统(GlS)技术相结合组建的白蚁虫害仿真预测系统,通过不同年度间的变化,在电子地图中反映出白蚁虫害发生区的变化规律及蔓延方向;戴小鹏等利用生物灾变中害虫预测方法,通过对稻纵卷叶螟的种群动态、发育、产卵量建模,求解引发害虫灾变的触发点和临界值,实现稻纵卷叶螟的灾变预测;Wharton等开发了一个基于Web技术的马铃薯晚疫病流行风险管理专家系统,建立了
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