農作物病蟲害防治知識庫構建探討

左志平，唐少先

（1.湖南農業大學生物安全科學技術學院，湖南 長沙 410128；2.湖南農業大學信息科學技術學院，湖南 長沙 410128）

農業專家系統是應用人工智能技術和計算機技術，根據農業領域的專家知識、實驗數據和數學模型，就某一領域農業問題進行推理、判斷和決策的智能型計算機系統[1-2]。農業專家系統中保存著特定領域的農業信息和知識，通過智能化處理，對特定領域的農業問題提供有效的指導，為農技人員和農民提供方便、實用的農技咨詢和服務[3-4]。近年來，隨著互聯網技術的飛速發展，在網絡平臺基礎上構建的農業專家系統進一步提升了其應用水平。網絡化的農業專家系統可從互聯網獲取信息，有效地擴展了專家系統的知識知識來源[5-7]。與此同時，手機平臺的加入，使用戶可在田間、地頭隨時進行信息咨詢，加強了與用戶的互動。農藥是農業生產中病蟲害防治不可或缺的資源，其品種繁多、應用面廣、使用頻繁。然而，在我國農業生產中，農藥的使用缺乏科學的指導，常常造成不必要的資源浪費和環境污染[8]。因此，利用互聯網構建新型農作物病蟲害防治專家系統，科學地指導廣大農戶科學使用農藥，對于建設現代化農業具有顯著的現實意義。

1 領域知識的分類

農業專家系統一般由7 個部分組成[1]：知識庫管理系統、獨立的知識庫、數據庫、推理機、解釋器、知識獲取模塊和用戶界面。其中，知識庫和推理機是農業專家系統最核心的部分[9-10]。知識庫用于存儲農業領域的原理性知識、農業專家的經驗性知識以及相關事實等，其組織方式直接影響著專家系統的功能和質量。因此，設計結構優良、功能實用、易于擴展、能及時更新的知識庫構架對整個專家系統十分重要。

將病蟲害專家知識劃分成4 個模塊，獨立進行管理，有助于知識獲取和優化。

模塊1：由農藥類型的選擇知識組成。對病蟲害判別不清或采用不適當的農藥，防治效果都會不理想，有時甚至會產生藥害現象；由于農藥自身防效的局限，有些農藥對某些病蟲有良好的防治效果，但對另一些病蟲卻無能為力，防效極差，此外，由于氣象條件如不同的溫度、濕度、光照、風力、陰晴等條件對病蟲的發生、活動規律和防治效果也都有影響。因此，在使用農藥之前，首先要分析農作物所患病蟲害的具體情況，并結合區域環境、氣候條件和農藥購買者的經濟條件選擇適當的農藥。這些知識對于農藥的最終使用效果十分重要。

模塊2：由用藥時機知識組成。把握農藥的使用時機十分重要，打藥務必抓住時機，只有了解病蟲害發生規律，才能藥到病除。昆蟲的活動除受日夜交替規律的支配之外，也有自己的“生物鐘”。因此，應掌握害蟲的活動規律，在一天中，分不同時間，有針對性地施藥，才能達到最佳效果，提高農藥的利用效率，并降低施藥量和施藥次數。

模塊3：由施藥方法知識、噴施器械的操作及使用知識組成。田間病蟲的發生、危害和棲息在作物上都有一個固定的部位，這些特定的部位，便是農藥作用的靶位點。射不中靶，農藥防效就差，防效差了農戶就會加大施藥量或增加施藥次數，如此循環，病菌和害蟲的抗藥性增強，進而阻礙農藥發揮應有防效和潛在效能。因此，良好的施藥方法很重要。目前，農村普遍使用的噴藥器具，費勞力、浪費大、霧粒粗。這種噴霧器噴出的霧粒，一方面粘著性差，不利于藥液附著于作用部位；另一方面沉積率低，藥液滴落在土壤時容易隨著雨水流失到水域中，不但造成浪費，而且嚴重污染環境。

模塊4：由農藥藥效評估知識組成。有些用戶在使用農藥之后對于藥效不能作出正確的評判，導致不必要的多次用藥或缺乏必要的二次用藥。因此，及時對藥效作出正確的評估是農藥應用中的重要問題，而一般用戶往往缺乏這類專業知識。

2 與知識密切相關的農藥信息

專家知識的使用往往需要相關信息配合。通過政府網站、市場、用戶等提供的信息來提高知識的應用效能十分有效。這些信息包括：（1）藥物質量和特性，例如農藥試驗登記信息、藥效試驗的相關信息和要求、已經使用該農藥的用戶評價及反饋意見等；（2）土壤及氣候信息，從國家相關的環境數據庫中獲得地區的環境信息，農藥管理部門的相關信息等。

3 知識的組織與表示方法

圖1 知識庫結構模型

為了提高知識獲取及推理的效率，知識庫被分成獨立管理的四個層次：應用問題集合層、驅動規則集合層、領域專家知識層和相關信息層。

3.1 應用問題集合層

應用問題單獨為一層，有利于應用問題的擴充。應用問題的求解通過調用驅動規則來實現，通過對規則的優化和調整可以實現對問題求解質量的優化。

3.2 驅動規則集合層

驅動規則是驅動系統服務的核心機制，它將問題求解規劃為若干個操作。對問題求解的調整可通過相應驅動規則的調整來實現。驅動規則的前件以事實組成，而后件則對應若干函數。這樣的表示方法有簡明、可靈活改變求解模式、易于擴充等優點。

3.3 領域專家知識層

領域知識是在應用環境基礎之上組成的相應模塊。這樣使得問題的求解更便捷，縮小了搜索范圍。底層的信息集合用于優化求解，因為某些專家知識的運用依賴于具體環境中的狀態參數值和信息。

3.4 具體規則的形式

驅動規則采用以目標的產生式規則為基礎的形式，如：if 求解問題then 求解子問題1 and-----and 子問題k。這樣有利于對問題求解的優化。

第3 層的知識可采用詢問的嵌套規則，以增加與用戶交互的能力，提高知識的應用效果。為了增強判斷的準確性，還應配備典型病害圖片的集合。

例如：If 農作物類型是A and 地域條件是B and 氣候特征是C

then 展示（典型病害圖片D）and { if 典型病害D 相似程度G 被確認then 列舉（可選擇農藥）}

4 總 結

筆者提出了農作物病蟲害防治專家系統知識的組織方案，該方案從模塊化分層的角度構建新型知識庫，適用于以互聯網為基礎的專家知識系統，對農作物病蟲害防治專家系統的深入發展有十分積極的作用。

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