北京地區蔬菜病蟲害遠程診治專家系統ＶＰＲＤＥＳ的研究

邵　剛　李志紅　王維瑞　周琪訪　閻曉軍　鄭建秋　師迎春

摘要以軟件工程原理和專家系統技術為基礎，采用I．UBAN模型和JSP編程語言，通過構建農業病蟲害輔助診治推理機，研制了北京地區蔬菜病蟲害遠程診治專家系統VPRDES。VPRDES是一個針對北京地區140余種蔬菜常見病蟲害進行遠程輔助診治和信息查詢、管理的網絡型專家系統。該系統對實時推廣北京地區主要蔬菜病蟲害的無公害治理技術、促進衣戶合理用藥、提高蔬菜產品的安全性等具有重要作用。

關鍵詞植物保護學；蔬菜病蟲害；專家系統

中圖分類號S 436．6

專家系統技術和數據庫技術在農業諸多領域的應用引起人們廣泛重視。國內與蔬菜生產相關的專家系統以蔬菜栽培管理方面的居多，沒有病蟲害診斷識別功能或僅將其作為部分功能，如重慶大學2001年研制的“多媒體蔬菜栽培專家系統MVPES”，該系統涉及了番茄、辣椒、黃瓜、榨菜等4種蔬菜的栽培管理技術，又如中國農業大學2001年研制的“黃瓜溫室栽培管理專家系統”，該系統是一個針對溫室黃瓜栽培管理、病蟲害識別與防治的汁算機輔助決策系統。國內與蔬菜病蟲害治理相關的專家系統研究報道較少，且不適于在Internet上運行，如李忐紅1997年研制的單機版系統“蔬菜害蟲輔助鑒定多媒體專家系統PestDiag"(計算機軟件著作權登記號為980756)，該系統實現了蔬菜生產中80種主要害蟲的輔助鑒定；又如中國農業大學與北京市農業局2003年合作研制的單機版系統“蔬菜病蟲害可持續治理專家系統VPSMES”(計算機軟件著作權登記號為2003SR5962)，該系統采用多媒體數據庫技術，建立了輔助鑒定庫，支持用戶進一步擴展病蟲害種類和鑒定的特征信息；再如江蘇大學2003年研制的單機版系統“溫室番茄病蟲害、缺素診斷與防治系統”，該系統針對溫室番茄病蟲害和缺素癥進行診斷，輔助用戶進行防治。國外研制的蔬菜病蟲害專家系統多針對一種或幾種蔬菜的病蟲害，如希臘雅典農業大學1997年研制的“VEGES”，該系統針對6種溫室蔬菜常見病蟲害，U為單機版系統；埃及農業專家系統中心實驗室2000年研制的“PCEST”，該系統僅針對番茄病蟲害；日本子葉大學1983年研制的“番茄病蟲害診斷專家系統MTCCS”等。北京地區蔬菜病蟲害的種類及防治方法與其他地區的情況不盡相同，上述軟件在很大程度上不能滿足北京地區的需要。為廠幫助北京地區廣大農民實時地了解、獲取蔬菜病蟲害診治的知識和技術。幫助農技人員將蔬菜病蟲防治新方法、新技術迅速地推廣到農戶。本研究以“蔬菜病蟲害町持續治理專家系統VPSMES”為基礎，設計、開發北京地區蔬菜病蟲害遠程診治專家系統(Vegetable Pest Remote Diagnosis Expert Sys—tem，VPRDES)。VPRDES通過Internet為廣大農戶提供蔬菜病蟲害科學診斷和防治服務，對實時推廣北京地區主要蔬菜病蟲害的無公害治理技術、促進農戶合理用藥、提高蔬菜產品的安全性等具有重要作用。

1研究方法

本研究以軟件工程理論為指導思想、以LU—BAN模型為基本方法，以JSP--MSSQl。Server為軟件開發技術，結合北京地區蔬菜病蟲害的特點，進行北京地區蔬菜病蟲害遠程診治專家系統的研制。研究步驟包括6個階段，即需求分析階段、系統設計階段、知識獲取與信息處理階段、原型開發與測試階段、診治庫和信息庫求精階段、系統集成應用階段。

本研究所需要的主要軟件包括Sqi。Server2000(后臺數據庫)、Tomcat(JSP運行引擎)、Win—dows2000 AdvancedServer(JSP運行環境)、Dream—weaverMX(JSP開發環境、HTMI。頁面瀏覽軟件)、Photoshop6．0(圖像處理系統)、Flash5．0(動畫制作軟件)。

2系統研制與初步應用

2．1系統設計

北京地區蔬菜病蟲害遠程診治專家系統是一個針對北京地區蔬菜常見病蟲害進行遠程輔助診治和信息查詢、管理的網絡型專家系統。VPRDES能夠為各類用戶提供有關蔬菜病蟲害診治的遠程服務，主要功能包括用戶管理、病蟲害信息查詢、病蟲害信息瀏覽、病蟲害輔助診治、病蟲害信息管理以及診治知識管理等。VPRDES包括140余種北京地區蔬菜生產中常見病蟲害的基礎信息，內容涉及病蟲害名稱、寄主植物、危害特征、生活習性(發病規律)、尢公害防治措施以及形態特征(癥狀)等。

根據系統定義和用戶需求，對VPRDES總體結構進行設計。VPRDES后臺數據庫包括用戶庫、蔬菜病蟲信息庫、蔬菜病蟲診治庫、留言庫和公告庫。功能模塊由管理員端和客戶端模塊組成?？蛻舳斯δ苣K包括病蟲害瀏覽模塊、病蟲害查詢模塊、病蟲害診治模塊、咨詢發布模塊和公告瀏覽模塊。病蟲害瀏覽模塊通過調用蔬菜病蟲信息庫，支持用戶瀏覽所有病蟲害信息；病蟲害查詢模塊通過瀏覽子模塊直接調用信息瀏覽模塊，針對蔬菜病蟲信息庫，快速查詢所需的病蟲害信息；管理員端功能模塊包括用戶管理模塊、病蟲害信息管理模塊、病蟲害診治管理模塊、咨詢管理模塊和公告管理模塊，其中管理員端用戶管理模塊針對用戶庫直接控制所有管理員用戶信息記錄．病蟲害診治管理模塊針對蔬菜病蟲診治庫中所有記錄，對病蟲害診治過程中的病蟲鑒定特征信息進行管理。

2．2推理機的實現

2．2．1知識獲取與知識庫的構建

VPRDES知識獲取的主要內容是通過知識工程師和領域專家的協作將對分式病蟲檢索表轉化為病蟲診治知識庫表。本研究采用白板技術針對北京地區主要蔬菜病蟲害進行輔助診治的知識獲取，首先整理、制作出蔬菜病蟲害對分式檢索表，然后根據對分式檢索表與知識庫結構的對應關系，將分類檢索表整理成知識庫表。

害蟲診治知識庫表包括中文名稱、特征描述、圖像名稱、肯定號碼、否定號碼、肯定結果、否定結果等字段(表1)。

現以害蟲輔助診治庫小4種蚜蟲的診治過程為例，說明檢索表和知識庫表的對應關系和轉化過程(表2、表3、表4)。

2．2．2推理機的實現和診斷結果的瀏覽

本系統采用5QI。浯言編碼操作診治知識庫通過推理機來實現鑒定有害生物的過程。本系統的推理過程主要采用嵌套選擇結構的方式，通過用戶對有害生物的特征逐步地進行選擇判斷．直至得到鑒定結果(圖1)。

根據表3中的知識庫表。以害蟲輔助診治庫中瓜蚜的診治過程為例，說明推理機的實現過程如下：

(前置號碼)＝1＼推理起點

汀(該類蚜蟲在十字花科蔬菜上危害，不在瓜類或豆類或茄子、菠菜等蔬菜上危害。)then

(旨定號碼)＝2＼符合該鑒定特征的推理路線

else

(否定號碼)＝3＼不符合該鑒定特征的推理路線

在害蟲輔助診治頁面(圖2)上，根據該鑒定特征的特征描述和特征圖像，由用戶判斷叮知瓜蚜不符合該鑒定特征，因此用戶將選擇“不具備本特征”，則推理機按照不符合該鑒定特征的路線進診斷。

selectxfrom(輔助診治知識庫表)where(前置號碼)＝(否定號碼)＝3＼搜索下一級推理的起點；

(前置號碼)＝3＼下一級推理起點；

if(該蟲具有下述特征：該種蚜蟲帶有光澤，即有翅胎生雌蚜黑綠色帶有光澤，無翅胎生雌蚜黑色或紫黑色帶光澤；主要危害豆類蔬菜。該蟲不具有下述特征：該種蚜蟲不帶光澤，且蟲體顏色隨季節變化，夏季黃綠色，春秋墨綠色；主要危害瓜類和豆類蔬菜。)then

(肯定結果)＝(豆蚜)＼符合該鑒定特征的推理

終點else；

(否定結果)＝(瓜蚜)＼不符合該鑒定特征的推

理終點；

根據下一級推理鑒定特征的特征描述和特征圖像，由用戶判斷可知瓜蚜不符合該鑒定特征，因此用戶將再次選擇“不具備本特征”，則推理機按照不符合該鑒定特征的路線到達推理終點，診斷結果為瓜蚜。

用戶可以點擊病蟲害輔助診治頁面“瀏覽結果”進入結果瀏覽頁面(圖3)來瀏覽瓜蚜的詳細信息。蟲害信息主要包括包括8項內容，即中文名稱、英文名稱、寄主植物、特征圖像、生活習性、形態特征、危害特征和無公害防治措施。

2．3系統運行與初步應用

VPRDES已申請國家版權局計算機軟件著作權登記(登記號為2004SR06033)。目前本系統已經投人初步應用，運行于北京市農業信息網子網中。在客戶端，普通農戶可通過Internet對北京地區蔬菜常見病蟲害進行信息查詢和遠程診治；在服務器端，系統管理員對病蟲害后臺數據庫(信息庫和診治庫)以及其他信息進行管理。本系統客戶端訪問網址為：http：／／www．bjagri．gov．cn：8000／vprdes／in—dex．jsp。

3討論

3．1系統運行維護問題

VPRDES最終目的是為北京地區廣大農產提供蔬菜病蟲害信息查詢和輔助診治的服務。目前，該系統已在外網發布。在其運行過程中，應注意該系統的維護工作，特別是蔬菜病蟲害的最新動態信息，如無公害防治方法等，應及時、準確地進行補充。因此，依托相關專家，并由專人負責病蟲害信息的收集、整理、錄入是該系統可持續運行的保障。

3．2系統推廣應用問題

VPRDES的應用尚處于起步階段，為了發揮其最終服務農戶的作用，應關注、加強該系統的推廣應用工作。在推廣過程中，一要重視利用各種途徑對該系統進行宣傳，使廣大用戶對其認知度得到加強；二要重視系統應用的培訓工作，使廣大用戶真正掌握該系統的使用方法和技巧。