甘肅馬鈴薯專家系統開發與應用

趙婧 趙貴賓 熊春蓉 朱永永 陳恒

摘要：針對甘肅省馬鈴薯生產現狀及需求， 采用知識工程的方法和手段 ，利用計算機人工智能技術 ，將馬鈴薯領域專家的知識、經驗和解決問題的方法系統化、形式化，設計出馬鈴薯專家系統功能模塊和數據庫，開發研制了馬鈴薯專家系統并進行應用，可快捷、方便地為基層農業技術人員和農業經營者提供技術指導和科學管理決策參考。

關鍵詞：甘肅； 馬鈴薯； 專家系統； 開發與應用

中圖分類號：TP311.13 文獻標志碼：A 文章編號：1001-1463（2017）07-0071-04

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2017.07.018

Abstract： Introduction experiment of 11 oil flax cultivars is carried out in Gaoping experiment stations of Pingliang Institution of Agricultural Science. The result shows that the comprehensive chavaiters is excellent， the plants grew well， the evenness of the plant are strong， and the yield components are high， which the growth stages of 3911 and 9718 are shorter than that of other cultivars， 99012 QS05 and Longya 10 are longer in the condition of open ground drilling. The growth of Tianya 10， Longyaza 14， 99012 QS05， Longya 10 are vigorous and uniform. Tianya 10 have the highest yield and achieved 9.55% increase over the CK Longya 10. The yield of Longyaza 14 is second to Tianya 10 and 6.82% increase over the CK. Longyaza 14 have the lowest plant height which may enable it a good lodging resistance. Tianya 10 and Longyaza 14 are suitable for planting in Pingliang.

Key words：Oil flax；Pingliang；Cultivars；Introduction

馬鈴薯是甘肅省三大糧食作物之一，在全省農業和農村經濟中占有重要地位。全省馬鈴薯面積自2011年以來一直穩定在67萬hm2左右，總產1 000萬 t左右[1 ]，2015年達到68.2萬hm2，產量1 126.5萬t。改革開放以來，隨著農產品供求形勢的變化和市場經濟的發展，馬鈴薯已由解決溫飽的糧食作物轉變為重要的糧、菜、加工等多種用途的兼用作物，由于其產量高、耐瘠薄、抗干旱、適應性強、避災減災、比較效益高等特點，已成為甘肅省最具有發展前景的高產作物之一。尤其是隨著市場經濟的發展和農村產業結構調整的不斷深化，馬鈴薯也由抗旱救災作物發展成為支持農村經濟發展，促進農民增收致富的經濟作物，種植面積逐年擴大。為加快推動甘肅省馬鈴薯產業快速發展，針對甘肅省馬鈴薯的生產現狀，我們將計算機技術與馬鈴薯相關的農業知識進行有機的結合，開發出了甘肅馬鈴薯專家系統。該系統具有清晰美觀的多媒體人機交互界面和方便的查詢與搜索功能，整個系統操作靈活、方便，易于掌握和推廣。甘肅馬鈴薯專家系統的廣泛應用，大大促進了新技術、新成果的推廣，對甘肅省的馬鈴薯生產具有深遠的意義。填補了甘肅省馬鈴薯產業專家信息系統的空白。該系統已經應用于馬鈴薯大田生產、貯藏和加工等方面，提升了甘肅省馬鈴薯種植技術的信息化水平，取得了較好的經濟效益。

1 甘肅馬鈴薯專家系統的設計

通過對山西省馬鈴薯專家系統、畢節地區馬鈴薯專家系統、榆林基于移動互聯平臺的馬鈴薯生產管理專家系統和貴州省馬鈴薯栽培管理專家系統等系統進行分析[2 - 6 ]，在消化吸收各地研制經驗的基礎上[7 - 8 ]，針對甘肅省當前馬鈴薯產業發展中存在的問題，并結合當地的應用需求，以通信技術以及互聯網、移動互聯網平臺為基礎，構建了基于互聯網和移動智能終端的應用系統，以滿足甘肅省廣大馬鈴薯種植戶、基層農業技術人員在馬鈴薯種植、技術推廣方面的信息化需求。

1.1 構建專家知識庫

構建專家知識庫的主要目的就是把馬鈴薯專家的經驗知識、理論知識采用信息化的方式進行表達和推理，通過現代化的通訊技術，遠程為馬鈴薯種植戶、基層農業技術人員和馬鈴薯生產加工企業提供專家級的知識服務，解決馬鈴薯種植或生產過程中遇到的問題，提高馬鈴薯的產量和品質。甘肅馬鈴薯專家系統將馬鈴薯栽培技術、病蟲草害防治技術、加工技術所涉及的各類專業知識分門別類的整理，根據每類知識的特點，依據關鍵主題詞、特征、業務規則建立知識表達邏輯，并通過判定樹進行知識推理機制，建立了整地、品種選擇、播種、施肥、田間管理、病蟲草害防治、收獲、儲藏、加工等知識庫。依據推理機制對外部輸入的條件進行知識推理，獲取所需的專業知識。

1.2 開發基于互聯網和移動互聯網的專家應用系統

甘肅馬鈴薯專家系統涉眾群體包括全省馬鈴薯種植戶、全省基層農技人員、全省馬鈴薯生產加工企業等眾多群體。由于涉眾群體種類多，每個人員的應用需求、應用環境不同，為了滿足不同人員的應用需求，本系統利用互聯網、移動互聯網技術、人工智能等技術構建基于互聯網+馬鈴薯專家服務的模式，開發出單機版本、網絡版本和手機APP版本共3個版本，用戶可以通過PC終端、手機終端很便捷的使用本系統，隨時、隨地的獲取專家級的技術指導。

2 甘肅馬鈴薯專家系統的架構設計

本項目在.net平臺下開發，整體架構設計采用REST面向資源的架構體系，構建分布式應用系統，使系統具有很好的可擴展性和伸縮性。

系統采用REST面向資源架構體系，按架構各部分完成的業務邏輯進行分層設計，各層之間的功能相互獨立，保證數據的安全性和完整性。

系統的業務邏輯采用分層架構設計模式，根據實際需求，將本系統分為業務應用層、業務服務層、業務邏輯層、數據訪問層4層結構。每層之間相互獨立，完成各自的功能，層和層之間自上而下交互。業務應用層直接面向用戶，接受用戶輸入的數據和業務應用請求，并將接收的數據和業務應用請求轉發給業務服務層。業務服務層接受到服務請求后，調用業務邏輯層相應的業務功能模塊完成服務請求。業務邏輯層根據業務應用請求調用相應的業務處理邏輯模塊處理用戶的業務服務請求，并將處理結果返回到業務服務層，當業務邏輯組件需要訪問數庫資源時，通過數據訪問層的持久化對象獲取相應的數據資源。數據訪問層負責對數據進行訪問。

2.1 業務應用層

業務應用層主要和用戶交互，接收用戶輸入的請求，并將請求的結果顯示給用戶。系統提供了基于PC終端的業務應用和移動終端的業務應用，用戶可以通過電腦和手機執行相應的業務應用。

2.2 業務服務層

業務服務層完成系統的服務功能，本系統提供以下業務應用服務。

2.2.1 信息檢索服務 可以檢索到整地、起壟覆膜、種子處理、催芽、拌種、田間管理、收獲、儲藏和加工等方面的技術信息。

2.2.2 查詢服務 可以做到行政區劃信息查詢、品種信息查詢、病害信息查詢、蟲害信息查詢和生產企業信息查詢。

2.2.3 決策服務 提供品種選擇決策、播期決策、病害診斷、蟲害診斷、合理密植決策和施肥決策。

2.2.4 交流服務 提供了視頻播放、資料下載服務、用戶咨詢服務、用戶信息管理服務和新品發布服務。

2.3 業務邏輯層

業務邏輯層主要響應服務層傳遞過來的服務請求，根據服務請求調用相應的業務功能邏輯模塊，并將處理的結果返回到服務層，本系統將業務邏輯處理模塊分為以下幾大類。

2.3.1 查詢模塊 處理用戶發送的所有信息查詢請求，信息查詢處理模塊提供多指標、多條件的查詢接口，滿足用戶多種多樣的查詢方式。

2.3.2 檢索模塊 該業務模塊主要對基礎數據，資料數據如整地、起壟覆膜、視頻資料等進行檢索。

2.3.3 數據維護管理 對基礎資料數據進行管理和維護，包括數據的增、刪、改、查功能，并提供多種數據錄入方式，提高數據錄入的效率。

2.3.4 推理模塊 完成接收決策服務請求，完成專家推理功能，獲取決策的結果并返回到決策服務。

2.4 數據層

數據層主要利用數據庫系統完成數據的持久化存儲。本系統在數據層存儲的數據主要包括基礎數據、資料數據及專家知識庫。數據層除了完成數據持久化存儲外，還為業務邏輯層提供數據支撐，業務邏輯層通過數據層的持久化對象訪問數據庫中的數據。

3 馬鈴薯專家系統數據庫的內容

3.1 基本介紹

主要介紹甘肅省馬鈴薯生產狀況，馬鈴薯形態特征以及馬鈴薯生長發育的相關知識。

3.2 知識角

介紹了營養元素對馬鈴薯生長發育的影響，土、肥、水、氣對馬鈴薯產量的影響和雜草的防治知識。

3.3 脫毒薯生產技術

系統介紹了脫毒苗繁育技術、脫毒微型種薯的生產技術和脫毒原種高產栽培技術。

3.4 播前技術

介紹了整地、起壟覆膜相關知識，并能進行品種選擇決策。輸入所在地（市）縣（區）以及品種用途等因素，系統自動推薦出適宜當地栽培的高產、抗病品種，用戶可進一步根據當地馬鈴薯的適宜播期和用途來選擇需要的品種。

3.5 播種技術

介紹了種薯處理技術，并能對播期和密度進行決策。一是輸入所在縣（區）以及田地類型等因素，系統結合所輸入的因素能推理出適宜播期，使馬鈴薯的生育期進程與當地氣候條件相適應，充分發揮馬鈴薯的生產潛力。二是通過輸入所在縣（區）、田地類型、土壤肥料和品種用途可以決策出適宜的種植密度，避免用戶根據經驗來判斷株行距造成播種密度過大或者過小的問題。同時也對用種量提供依據。

3.6 田間管理

主要介紹了水地和旱地的馬鈴薯不同生育時期的田間管理措施。

3.7 施肥決策

依據土壤中氮肥、磷肥、鉀肥的肥力水平，建立相應的知識庫，預計產量以及給出合適的施肥方式和建議。避免了用戶因過量施肥或者施肥不均而造成肥料浪費或者減產的問題，幫助用戶獲得最大的經濟效益。

3.8 病蟲害防治

通過對馬鈴薯病害外在的表現、蟲害成蟲或幼蟲的體型特征以及相關的圖片進行分析，系統自動決策出病蟲害名稱，并鏈接有圖片和病害癥狀、發病規律以及防治方法的詳細資料。用戶可以將受害植株與圖片加以對比，提高決策的準確度。

3.9 收獲

主要介紹了收獲時間、除秧技術和收獲方式。

3.10 貯藏加工

對貯藏條件、貯藏方法、馬鈴薯淀粉和馬鈴薯全粉等信息做了介紹。

3.11 相關企業介紹

介紹了甘肅省馬鈴薯種薯企業、加工企業、農機企業和農藥企業。

3.12 互動交流平臺

互動交流平臺是甘肅馬鈴薯專家系統的主要創新點。通過互動交流平臺用戶可以和專家通過網絡交流，能更加便捷、高效的解決馬鈴薯生產上的實際問題，提高工作效率。

參考文獻：

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（本文責編：陳 珩）