农业专家系统研究进展实例剖析

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1、.浙江大学课程论文（2013-2014学年秋冬学期）论文题目：农业专家系统的研究进展及实例剖析课程名称：人工智能及专家系统任课教师：学　　号：姓　　名：完成日期：...农业专家系统的研究进展及实例剖析摘要：专家系统是人工智能中最重要的也是最活跃的一个应用领域，它实现了人工智能从理论研究走向实际应用。应用于某专门领域，拥有专家级知识，能模拟专家的思维，能达到专家级水平，并能用这些知识来解决实际问题。它的迅速发展和广泛应用大大推进了各个应用领域向智能化方向发展。本文对专家系统的农业应用领域研究进展进行分析,并举出几种专家系统，对其进行实例剖析，再对国外学者对农业专家系

2、统研究进行简单的介绍，最后对农业专家系统未来的发展方向作出展望。关键词：农业专家系统、人工智能、进展、实例剖析1引言专家系统(ES，ExpertSystem)，就是一种在特定领域内具有专家水平解决问题能力的程序系统。它能够有效地运用专家多年积累的有效经验和专门知识，通过模拟专家的思维过程，解决需要专家才能解决的问题，它能对决策的过程作出解释，并有学习功能，即能自动增长解决问题所需的知识。简而言之，专家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。专家系统在农业上的应用叫做农业专家系统（又叫农业智能系统），它是将人工智能的知识工程原理应用于农业领域的一项高新技

3、术，是一种智能化的农业信息系统。它是运用知识表示、推理、知识获取等技术，总结农业专家的宝贵经验、实验数据及数学模型，建造起来的计算机农业软件系统。2农业专家系统概述农业专家系统一般由知识库、推理机、数据库、解释机、知识获取机和用户界面等几部分组成，其结构如图1所示；其中，知识库和推理机是农业专家系统的核心。知识库用以存取农业专家提供的专门知识；推理机是根据知识库进行各种搜索和推理的程序模块；解释机对系统给出的结论、求解过程以及求解状态提供说明；数据库存储推理过程中所需要和产生的各种信息；知识获取机自动获取专门知识并不断完善知识库；用户界面实现系统和专家或用户的信息

4、转换。图1农业专家系统的结构...1农业专家系统的研究进展20世纪80年代以来，随着信息技术的迅速发展，农业专家系统在国际上有了较大的发展。从分布区域看，美国占绝大部分，几乎占80%；从应用领域看，涉及到作物栽培、施肥、病虫害防治、杂草控制、森林环保、家畜饲养、农业经济效益分析、储存管理、市场管理等方面。农业专家系统是农业专家知识和信息技术相结合的产物。随着信息技术的发展，农业专家系统发展呈现4个阶段。3.1单功能农业专家系统(SPAES)该阶段是农业专家系统的起始阶段，时间是20世纪70年代末到80年代初。当时CPU主频低（1978年6月，处理器68020的主频

5、仅为16MHz）、数据处理能力低,关系数据库也刚刚起步[1,3]，因此该阶段农业专家系统功能单一，只相当于某一领域专家，解决特定问题，如病虫害防治、灌水管理、危害预测等。例如，1978年美国伊利诺斯大学(IllinoisUniversity)开发的大豆病虫害诊断专家系统,是世界上应用最早的农业专家系统；美国California大学1981年开发了灌水管理专家系统。3.2多功能农业专家系统（MPAES）到了20世纪80年代中期，计算机的处理器性能有所提高(1989年4月，处理器486DX4/100主频达到100MHz)，关系数据也有较大发展[3]，此时专家系统在功能

6、上已从解决单一问题的病虫害诊断等转向解决农业生产管理、经济分析、辅助决策、环境控制等综合问题。该阶段专家系统能够实现多功能，相当于多领域专家的结合，解决多个领域的复杂问题。例如，东京大学的西红柿栽培管理专家咨询系统,温室黄瓜栽培管理专家系统，6种温室蔬菜病、虫和营养失调诊断专家系统。3.3基于模型的农业专家系统（MBAES）20世纪60年代开始了作物生长模拟模型研究；80年代，随着模拟模型技术的逐渐成熟，计算机处理性能和数据库技术进一步发展，形成了以作物生长模拟模型为核心，将模拟与优化相结合并与有关领域专家知识融合，形成了基于模型的专家系统。该阶段专家系统很好地利

7、用了计算机技术结合作物模拟模型，增强了专家系统的机理性和决策功能，充分地体现了数据库、模拟模型、知识库、推理机的有机结合[4]。该系统具有解释能力强、应用面宽、考虑的影响因子多和易于控制等优点，其功能主要是提供目标、动态、定量与优化决策[5]。具有代表性的是20世纪80年代美国农业部推出的棉花综合管理专家系统(COMMAX/GOSSYM)。它是一个机理性很强的棉花生长模型，可依据植株碳氮平衡、热量和水分平衡等原理，将温、光、降水等气象要素作为驱动变量，将土壤理化性状和肥水供应能力视为初变条件，对棉株的生长发育和产量形成进行动态分析，最终可模拟在不同气候、土壤条件下

8、棉花的生育