奶牛專家系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

摘要：闡述了專家系統(tǒng)的基本概念及結(jié)構(gòu)，介紹了中國奶牛專家系統(tǒng)的構(gòu)成、現(xiàn)狀、作用，對未來奶牛專家系統(tǒng)發(fā)展前景進行了展望。

關(guān)鍵詞：人工智能；奶牛；專家系統(tǒng)；知識庫；推理

中圖分類號：S126文獻標識碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2010.06.041

Dairy Cow Research and Application of Expert System

MAXue

(Tianjin Information Institute，Tianjin Academy of Agricultural Sciences， Tianjin 300192， China)

Abstract：Basic concepts of expert systems and structure of expert system were described in this paper， the composition of expert system for dairy cows， status， role were introduced，expert system for the future development of cow was prospected．

Key words: artificial intelligence; dairy cow; expert system; knowledge base; reasoning

專家系統(tǒng)是迅速發(fā)展起來的一個人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域，能夠模擬專家的知識和經(jīng)驗來解決實際問題，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷、化學分析、故障處理等方面，產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟效益。實踐證明，智能專家系統(tǒng)依托科技信息服務(wù)于“三農(nóng)”、縮小農(nóng)村“數(shù)字鴻溝”，是深受農(nóng)民歡迎的“農(nóng)村不走的專家”[1]。在中國畜牧業(yè)中，奶牛產(chǎn)業(yè)所占比重相當大，因此奶牛的飼養(yǎng)和管理技術(shù)十分重要。多年來，中國在奶牛管理與飼養(yǎng)等方面進行了深入研究，取得不少成績，但是成果應(yīng)用覆蓋面窄，效果不明顯，許多養(yǎng)殖戶經(jīng)驗不足，缺乏相關(guān)專業(yè)知識，不利于奶牛業(yè)的健康發(fā)展。奶牛專家系統(tǒng)可以集成大量經(jīng)驗知識，提供日常飼養(yǎng)技術(shù)，診斷奶牛病情，幫助用戶解決實際問題，節(jié)省人力、物力、財力，提高收入水平，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是應(yīng)用于某一專門領(lǐng)域，擁有該領(lǐng)域相當數(shù)量的專家級知識，能模擬專家的思維解決困難和復雜的實際問題，并能達到專家級水平的智能計算機軟件系統(tǒng)。也就是說，專家系統(tǒng)擁有大量的專家級知識和實踐經(jīng)驗，能夠運用專家的獨特思維方式分析和解決問題。奶牛專家系統(tǒng)就是利用奶牛生產(chǎn)技術(shù)專家的知識和經(jīng)驗，用專家思維對問題進行推理，得出正確結(jié)論的計算機知識系統(tǒng)。

專家系統(tǒng)是一種智能系統(tǒng)，能解決不確定性的、非結(jié)構(gòu)化的、沒有算法可解或者無法在計算機上實施的復雜難題，自我學習能力強，能不斷擴充、完善、提煉自身知識，知識庫與推理機分離，具有高度靈活性，不受環(huán)境、情緒、身體狀況等因素的影響。

專家系統(tǒng)由知識庫、推理機、動態(tài)數(shù)據(jù)庫、人機界面、解釋模塊、知識庫管理系統(tǒng)組成。通過人機界面用戶向?qū)＜蚁到y(tǒng)提出問題，推理機運用知識庫的知識和推理程序?qū)栴}進行推理，并把事實和結(jié)果暫時保存在動態(tài)數(shù)據(jù)庫中，通過解釋模塊向用戶解釋專家系統(tǒng)的行為和結(jié)果，并通過人機界面顯示出問題的結(jié)果和做出解釋。知識庫管理系統(tǒng)主要負責知識庫的建立、刪除、修改；輸入和編輯知識；檢查知識的一致性、冗余性、完整性。

專家系統(tǒng)按用途分為診斷型、解釋型、預測型、決策型、設(shè)計型、規(guī)劃型、控制型、調(diào)度型；按知識性質(zhì)分為確定型知識、不確定型知識；按結(jié)構(gòu)方式分為集中式、分布式、單機型、網(wǎng)絡(luò)型。

2國內(nèi)外發(fā)展狀況

國際上農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究是從20世紀70年代末期開始的[2]。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究有了較快進展。從分布區(qū)域看，美國占絕大部分，幾乎占80%；從應(yīng)用領(lǐng)域看，涉及到作物栽培、施肥、病蟲害防治、雜草控制、森林環(huán)保、家畜飼養(yǎng)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益分析、儲存管理、市場管理等方面[3]。隨著技術(shù)的日趨成熟，專家系統(tǒng)中知識數(shù)量不斷增長，層次多樣化，功能日趨完善，各項性能均有所提高，智能化程度較高。目前，國際上有近百個農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于作物生產(chǎn)管理、灌溉、施肥、品種選擇、病蟲害控制、溫室管理、畜禽飼料配方、水土保持、食品加工、財務(wù)分析、農(nóng)業(yè)機械選擇等方面，有些系統(tǒng)已成為商品進入市場[4]。

中國專家系統(tǒng)的研究起始于上世紀80年代。隨著科技的發(fā)展及對專家系統(tǒng)的不懈研究，中國在農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)方面取得了不少成果，如南京農(nóng)業(yè)大學研發(fā)的小麥管理智能決策系統(tǒng)[5]、上海精準農(nóng)業(yè)技術(shù)有限公司的精準農(nóng)業(yè)管理決策支持系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[6]、蘋果、梨病蟲害及防治專家系統(tǒng)、小麥管理專家系統(tǒng)、節(jié)水灌溉專家系統(tǒng)等。同時，在開發(fā)工具和環(huán)境的研究方面，也取得了不少成果。專家系統(tǒng)正朝著功能集成、技術(shù)集成、智能集成方向發(fā)展，并運用Internet建立網(wǎng)絡(luò)型咨詢專家系統(tǒng)。中國奶牛飼養(yǎng)規(guī)模小而且分散、生產(chǎn)水平低、標準化管理差，影響奶牛的產(chǎn)量，增加養(yǎng)殖成本，原料奶和乳品質(zhì)量不穩(wěn)定，從而影響奶牛養(yǎng)殖業(yè)的綜合競爭力[7]。用于奶牛的專家系統(tǒng)或決策支持系統(tǒng)還處于起步階段，大多數(shù)奶牛場缺乏有效的監(jiān)控管理體制，致使奶牛產(chǎn)量降低，影響中國奶牛業(yè)的經(jīng)濟效益。因此，我們需要大力開發(fā)具有豐富理論指導和實踐經(jīng)驗的奶牛專家系統(tǒng)解決現(xiàn)實問題。

3專家系統(tǒng)在奶牛業(yè)上的應(yīng)用

奶牛專家系統(tǒng)主要由奶牛品種、飼料技術(shù)、育種技術(shù)、繁殖技術(shù)、疾病防治構(gòu)成。奶牛品種包括國內(nèi)奶牛的產(chǎn)地、外貌、體重、身高、成熟年齡、單產(chǎn)、自身特點；飼料技術(shù)包括飼料生產(chǎn)與加工、不同階段的飼養(yǎng)技術(shù)與管理技術(shù)、營養(yǎng)需求；育種技術(shù)包括選種方法、選配方法、外貌評定、生產(chǎn)性能測定；繁殖技術(shù)包括發(fā)情鑒定、妊娠診斷、人工受精、接產(chǎn)和助產(chǎn)、胚胎移植、誘發(fā)分娩、性別控制；疾病防治包括疾病病因、癥狀、措施，主要有傳染病、寄生蟲病、消化系統(tǒng)疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、泌尿、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、產(chǎn)科疾病、 營養(yǎng)代謝病的診斷與治療方案。

奶牛專家系統(tǒng)集成專家們的廣博知識和寶貴經(jīng)驗，分析處理迅速，解決方案多樣，提高了用戶自身素質(zhì)水平和經(jīng)濟效益。通過奶牛專家系統(tǒng)，使用者可以了解奶牛飼養(yǎng)、配種、接產(chǎn)、養(yǎng)殖等方面的知識，能夠快速掌握并運用到生產(chǎn)中，節(jié)省大量時間。同時，奶牛專家系統(tǒng)提供疾病診斷服務(wù)，系統(tǒng)根據(jù)用戶提供的各種疾病癥狀，通過自身儲備的疾病知識庫和推理機進行推理，得出病因、名稱以及治療和預防方法，使人們足不出戶就能為奶牛診斷疾病，治愈率高，省時省力，方便高效。

4奶牛專家系統(tǒng)的特點

4.1智能化程度高

系統(tǒng)具有自我學習功能，可不斷積累治療經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)自身的經(jīng)驗、技術(shù)水平、自處理能力等功能不斷提高，最終成為智能化較高的專家系統(tǒng)。

4.2技術(shù)先進，內(nèi)容豐富，功能齊全

系統(tǒng)采用先進的計算機技術(shù)和開發(fā)工具，結(jié)合奶牛方面的專業(yè)理論知識和技術(shù)經(jīng)驗，生成先進的奶牛專家治療和管理系統(tǒng)。系統(tǒng)包括飼養(yǎng)、繁殖、育種、疾病防治等方面，內(nèi)容涵蓋面廣，功能強大。

4.3穩(wěn)定可靠，高效優(yōu)質(zhì)

人類專家通常會因為身體不適、精神狀態(tài)不好、環(huán)境因素等影響自己的判斷能力，從而造成錯誤的判斷。與人類專家不同，專家系統(tǒng)不存在精神狀態(tài)、身體以及環(huán)境因素的影響，判斷力穩(wěn)定，可靠性高，能夠根據(jù)用戶提供的情況快速做出結(jié)論，工作效率高。

4.4使用方便，不受限制

專家系統(tǒng)集成許多知名專家的經(jīng)驗知識，通過計算機技術(shù)匯集到一起，形成巨大的知識庫。系統(tǒng)不受時間和空間限制，人們隨時隨地可以使用專家系統(tǒng)中的知識，得出正確的結(jié)論，方便快捷，省心省力。

4.5提高社會效益和經(jīng)濟效益

通過奶牛專家系統(tǒng)，人們可以了解有關(guān)奶牛的一系列專業(yè)知識，增長養(yǎng)殖技能，提高奶牛質(zhì)量。同時，專家系統(tǒng)能準確分析病情，及時給出治療及管理措施，避免額外的經(jīng)濟損失，提高了奶牛業(yè)的經(jīng)濟效益。

5前景展望

5.1功能集成

大多數(shù)專家系統(tǒng)功能單一，專門性強，規(guī)模小。隨著社會的不斷發(fā)展，要求我們開發(fā)出集多學科、多專業(yè)、多專家的知識和經(jīng)驗，基于分布式、開發(fā)式軟硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的綜合性專家系統(tǒng)。

5.2技術(shù)集成

傳統(tǒng)技術(shù)只能解決部分因素問題，而采用先進技術(shù)，例如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、面向?qū)ο蠓椒ā⒛：龜?shù)學等代替以前的簡單數(shù)學回歸模型等傳統(tǒng)模式，可解決復雜難題，從而使系統(tǒng)功能更強大。

5.3智能集成

將知識庫、推理機和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等同多媒體、超媒體等技術(shù)相結(jié)合，從而能夠?qū)崿F(xiàn)自學習、自組織、自適應(yīng)、多媒體人機智能接口，聲、圖、文并茂的專家系統(tǒng)。

5.4系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化

與Internet結(jié)合，專家系統(tǒng)可以遍及網(wǎng)絡(luò)所在的每個地方，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，應(yīng)用范圍更廣，受益人群更多；同時，系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)搜集最新知識和經(jīng)驗，不斷擴充自身知識庫。

5.5面向?qū)ο髮哟味鄻有?/p>

系統(tǒng)服務(wù)對象文化程度差異不同，要求系統(tǒng)的難易程度也不同，界面和內(nèi)容復雜程度也不同，所以應(yīng)該開發(fā)面向多層次人群的專家系統(tǒng)，為不同對象服務(wù)。

6結(jié)束語

奶牛專家系統(tǒng)具有較強的實用性，在奶牛品種、育種、繁殖、疾病診斷等方面具有高智能、高效率、高技術(shù)的特點，將會在中國奶牛業(yè)發(fā)展中成為一種重要的智能化技術(shù)手段，促進奶牛產(chǎn)業(yè)更快發(fā)展。

參考文獻：

[1] 姚玉霞，陳桂芬，司秀麗，等.多媒體人參生產(chǎn)智能專家系統(tǒng)在人參栽培中的應(yīng)用[J].中草藥，2004(5)：112-114.

[2] 張春葉，邱煜輝.龍眼專家系統(tǒng)中病蟲害咨詢子系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].計算機與農(nóng)業(yè)，1999(3):17-20.

[3]武向良，高聚林，趙于東，等.農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究進展及發(fā)展方向[J].農(nóng)機化研究，2008（1）：241-244.

[4] 吳璽，譚宏，夏建國，等.試論我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展[J].計算機與農(nóng)業(yè)，2000(8)：1-4.

[5] 李旭，曹衛(wèi)星，羅衛(wèi)紅.小麥管理智能決策系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].南京農(nóng)業(yè)大學學報，1999，22(3): 12-15.

[6] 張仰洪，楊星衛(wèi)，陸賢，等.精準農(nóng)業(yè)管理決策支持系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 遙感技術(shù)與應(yīng)用，2003(2):11-14.

[7] 北方牧區(qū)、半牧區(qū)舍飼奶牛疾病診斷專家系統(tǒng)的研制[J].中國草食動物， 2009(3):69-71.