農業害蟲專家系統信息化平臺的構建

趙路歡,張玉波

(安順學院/貴州昆蟲信息系統與資源利用開發重點實驗室，貴州安順 561000)

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農業害蟲專家系統信息化平臺的構建

趙路歡,張玉波*

(安順學院/貴州昆蟲信息系統與資源利用開發重點實驗室，貴州安順 561000)

摘要在總結農業害蟲知識和專家經驗的基礎上，提出了建立基于網絡的農業害蟲專家系統設計思路。該平臺主體為農業害蟲診斷數據庫和農業害蟲防治措施數據庫，系統設計了農業害蟲識別、查詢、防治和用藥指導等較為完整功能體系，可以實現農業害蟲的網絡診斷和查詢功能，可以提供科學防治措施和綜合治理農業害蟲的專家決策體系。

關鍵詞農業害蟲；專家系統；數據庫；生物信息學

目前，我國農業正處于傳統農業向現代化農業轉型的重要時期[1-2]。農業要實現現代化，必須大力發展信息技術這一管理和傳播手段。專家系統(Expert System，簡稱ES)是通過調用知識庫和推理機來解決必需有一定領域專家才能解決的問題的信息化系統，而完成這個過程需要的知識庫和推理機，可以看作是該領域專家的知識模型[3]。我國專家系統的研究開始于20世紀80年代，1985年10月建成的砂姜黑土小麥專家施肥咨詢系統開創了農業專家系統在我國應用的先河。目前專家系統已應用于我國農業的諸多領域，特別是在農業田間管理[4]、動植物病蟲害診斷[5-9]、地震預測、氣象預報等方面開發的專家系統，取得了明顯的經濟效益和社會效益[10]。

我國幅員遼闊，受地理位置和氣候環境等多種因素的影響，各地農業害蟲發生的頻率和范圍及種類各不相同，每年農業害蟲的發生都給農業造成了巨大損失。因此，農業害蟲的防治與管理就顯得尤為重要。但由于農業害蟲種類較多，大部分農業技術人員難以掌握如此多的病蟲害資料，不能及時對農業害蟲做出及時正確診斷及防治措施，僅僅依據其危害癥狀和粗略的識別就進行防治很難達到理想的效果。因此，急需建立一套具有服務范圍廣、診斷準確、防治措施有效且反應快速的網絡化專家系統平臺。筆者在總結前人經驗的基礎上，提出了農業害蟲專家系統信息化平臺的構建思路，為更好地進行農業害蟲防治提供參考，也為農業信息化的發展做出貢獻。

1平臺設計思路

農業害蟲專家系統信息化平臺主體應該包括農業害蟲診斷數據庫和農業害蟲的防治措施數據庫。主要建設步驟包括元數據獲取、標本數字化表達、開發害蟲診斷系統、錄入數據形成農業害蟲診斷數據庫；獲取防治措施、防治措施數字化、錄入數據形成農業害蟲防治措施數據庫。

2平臺建設步驟

2.1構建農業害蟲診斷數據庫

2.1.1農業害蟲診斷數據庫元數據獲取。 在平臺中應錄入以下元數據。

(1)害蟲調查。調查農業產區主要害蟲及相應天敵種類，采集農業害蟲及天敵標本進行分類鑒定；整理相關調查數據并數字化以備錄入農業害蟲專家系統網絡平臺，形成農業害蟲信息數據庫。

(2)害蟲診斷。首先由昆蟲分類專家完成種類鑒定工作，完成后對標本進行圖像記錄，拍攝害蟲整體及主要鑒別特征圖片，編制物種檢索表，將標本進行數字化處理，為農業害蟲專家系統網絡平臺中害蟲診斷中多媒體圖像查詢、檢索表式查詢等多種查詢方式提供相關資料和檢索依據，并實現正反雙向檢索。

2.1.2農業害蟲診斷數據庫標本的數字化表達。對害蟲種類進行鑒定后，確保物種鑒定和數據來源準確、信息完整齊備，信息錄入規范、標準；對采集到的標本進行數字圖像采集(尤其是鑒別特征數字圖像的采集)；進行數字化表達字段包括害蟲名稱，引發病癥的生物物種名稱，害蟲種類所在綱、目、科、屬、種，害蟲的鑒別特征，對農業的危害部位、危害時期，形成危害的害蟲發育期，害蟲生態圖片等；并編制病害蟲分類信息檢索表及圖像鑒定體系，以備錄入形成農業害蟲診斷數據庫，供害蟲診斷使用。農業害蟲診斷數據庫擬數字化表達的內容字段見圖1。

2.1.3主要農業害蟲的診斷系統的工作模式。對“農業害蟲數據庫”的主要字段進行檢索，實現害蟲的診斷。為保證診斷效果，要實現單一與多條件2種檢索模式，并要形成由現象到病癥和由病癥到現象的雙向診斷模式。主要診斷途徑設計見圖2。

2.2農業害蟲防治措施數據庫構建

2.2.1防治措施獲取。防治措施的獲取主要通過以下途徑：①知識積累。對國內外發表的相關害蟲防治文獻進行歸納、整理和總結，將有關知識抽提并精練，形成規范化的系統知識。②專家經驗。通過對相關害蟲防治專家及各級害蟲防治技術人員咨詢，將專家在長期的實踐中積累的經驗和解決特定問題的推理路線整合，總結一套合理的防治措施。③田間試驗。對常見易發害蟲的防治技術進行田間試驗，進行多種防治方法防治效果及產生經濟、社會效益進行對比，優選出害蟲防治的較佳措施，針對不同發育時期的不同害蟲提出及時有效的防治措施。

2.2.2防治措施數字化。將獲取后的防治措施按如下條目進行整理歸納，錄入農業害蟲專家系統網絡平臺，形成農業害蟲防治措施數據庫，通過“害蟲名稱”字段與農業害蟲數據庫進行數據對接，實現診斷—防治一體化服務體系。

2.3兩數據庫聯動形成專家系統平臺將農業害蟲診斷數據庫和農業害蟲的防治措施數據庫通過診斷模式聯動，形成信息、診斷、防治于一體的農業害蟲專家系統信息化平臺。其主要工作模式見圖3。

圖1　農業害蟲專家系統需數字化表達字段Fig.1　Digital expression of agricultural pests expert system

圖2　農業害蟲專家系統診斷途徑Fig.2　Diagnosis approach of agricultural pests expert system

3結語

農業害蟲診斷的目的無疑是快速、科學、準確地給出診斷結果。傳統農業害蟲診斷的設計思路大多是首先讓用戶選擇害蟲所屬的目、科、屬，這種設計思路從本質上就是本末倒置的；而另一種設計思路是根據害蟲的形態特征，如通過害蟲的觸角形狀、體色、翅型、翅色、足型等特征來診斷害蟲[11-12]。筆者認為，設計害蟲專家系統時采用后一種思路，采用多種害蟲診斷方式，結合農民的認知方式，設計出害蟲診斷系統的框架結構、知識庫構成和推理機，操作方便簡單，更有利于基層人員的使用，也有效地提高了害蟲診斷的準確性。建立一套具有專家級知識和經驗的網絡害蟲專家防治系統，對農業害蟲進行科學診斷，并實施有效的防治措施，方便農民及從事農業害蟲防治的技術人員能準確、快速地推理、診斷農業害蟲及查找自己所需要的信息，使農民能及時得到專家的指導信息，解決農業生產中害蟲防治技術不到位的問題，使農業專家的知識和經驗得到有效地推廣和應用，農業生產水平將會提高一大步，產生巨大的經濟效益。

圖3　農業害蟲專家系統網絡平臺主要工作流程Fig.3　Main workflow of agricultural pests expert system platform

參考文獻

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基金項目貴州省教育廳項目(黔教合KY字[2014]271，黔教合人才團隊字[2015]71)。

作者簡介趙路歡(1994- )，女，貴州遵義人，本科生，專業：農學。*通訊作者，副教授，在讀博士，從事昆蟲學研究。

收稿日期2016-04-06

中圖分類號S 126

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)15-255-02

Construction of Expert System Information Platform of Agricultural Pests

ZHAO Lu-huan,ZHANG Yu-bo*

(Anshun Universtiy/Guizhou Province Key Laboratory for Insect Information System and Resource Development &Utilization,Anshun,Guizhou 561000)

AbstractBased on the summarization of agricultural pests knowledge and the experience of experts,the design thought was put forward for the establishment of agricultural pests consulting expert system based on the network.The main bodies of this platform were agricultural pests diagnosis database and agricultural pests control measure database.This system designed a relatively complete system function of identification, enquiry, prevention,cure and medical instruction of agriculture pests,which realized the network diagnosis and inquiry function of agricultural pests,and provided expert decision-making system of the scientific prevention and control measures and the comprehensive control of agricultural pests.

Key wordsAgricultural pests; Expert system; Database; Bioinformatics