农业专家系统2011年.ppt

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1、农业信息技信息技术 主 讲 人：褚庆全 联系电话：010-62731207（O）13466595196 中国农业大学农学院中国农业大学农学院农业信息技术课程简介l农业信息技术是农学专业新开的课程。这门课程系统地介绍信息技术体系及其理论的在现代农业生产中的应用。l应用性强。这门课程主要讲述计算机技术在农业生产中的应用，其中包括专家系统（ES）、决策支持系统（DSS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、遥感系统（RS）、精确农业（PA）、数据库技术和Internet技术。中国农业大学农学院中国农业大学农学院课程的形式l课堂堂实验l课程程总学学时：3232学学时，8 8次次试验考核方式

2、：考核方式：平平时成成绩：30%30%实验成成绩：70%70%中国农业大学农学院中国农业大学农学院教学的基本内容内容一、农业专家系统的基本原理和使用（2次），重点：熟悉使用网络专家系统内容二、作物模拟模型（DSSAT的使用，3次）内容三、地理信息系统在农业中的应用（2次），熟悉地理信息系统的功能及其在农业中应用内容四、神经网络模型的应用（1次）中国农业大学农学院中国农业大学农学院农业信息技术的研究领域 中国农业大学农学院中国农业大学农学院农业信息技术应用的几个方面l数据数据库技技术(database technology)(database technology)l专家系家系统（ESES）（）

3、（Expert SystemExpert System）l决策支持系决策支持系统（DSSDSS）（）（Decision Support Decision Support System System）l模模拟模型模型SS SS（Simulation System Simulation System）l遥感系遥感系统(RS)(RS)（Remote Sensing SystemRemote Sensing System）l全球定位系全球定位系统(GPS)(GPS)（Global Positioning Global Positioning SystemSystem）l地理信息系地理信息系统(GIS)

4、(GIS)（Geographical Geographical Information SystemInformation System）l精确精确农业（Precision AgriculturePrecision Agriculture）l多媒体技多媒体技术(multimedia technology)(multimedia technology)l网网络技技术(network technology)(network technology)中国农业大学农学院中国农业大学农学院1、数据库技术l种种质资源源l作物品种数据作物品种数据库l家禽品种家禽品种l农产品价格行情品价格行情l农村村经济等数据

5、等数据库l气候数据气候数据库l土壤数据土壤数据库l农业情情报检索系索系统 中国农业大学农学院中国农业大学农学院2、专家系统l专家系家系统是是侧重开重开发利用特定利用特定领域中域中专家知家知识和和经验的的软件，可以完成与件，可以完成与专家家水平相当的咨水平相当的咨询工作，工作，为用用户提供建提供建议和决策。和决策。中国农业大学农学院中国农业大学农学院3、作物生长模拟系统l作物生作物生长模模拟系系统是用系是用系统科学的科学的观点，把作点，把作物生物生产看成一个由作物、看成一个由作物、环境、技境、技术、经济四四要素构成的整体系要素构成的整体系统，综合各种学科的知合各种学科的知识，利用利用计算机，通算

6、机，通过建立数学模型来描述作物生建立数学模型来描述作物生长发育、器官建成和育、器官建成和产量形成等生理生量形成等生理生态过程程与与环境之境之间的数量关系，并在的数量关系，并在计算机上算机上实现，来模来模拟作物生作物生产全全过程的程的软件系件系统。中国农业大学农学院中国农业大学农学院4、GPS全球定位系统全球定位系统lGPSGPS（Global positioning systemGlobal positioning system）是一种高精度、）是一种高精度、全天候、全球性的无全天候、全球性的无线电导航、定位、定航、定位、定时系系统。l系系统组成：成：包括包括2424颗地球地球卫星星组成的空成

7、的空间部分，地面部分，地面监控部分控部分以及和用以及和用户接收机接收机3 3个主要部分个主要部分组成。成。l两大系两大系统：目前已建成投入运行的全球目前已建成投入运行的全球卫星定位系星定位系统有美国国有美国国防部建防部建设的的GPSGPS系系统和俄和俄罗斯建斯建设的的GLONASSGLONASS（GloGlobal bal A Avigation vigation S Satellite atellite S Systemystem）系）系统。中国农业大学农学院中国农业大学农学院GPS在农业中的作用在农业中的作用l精确定位。精确定位。农业机械可以将作物需要的肥料送机械可以将作物需要的肥料送到准

8、确位置到准确位置,也可以将也可以将农药喷洒到准确位置。洒到准确位置。l田田间作作业自自动导航航l测量地形起伏状况。它通量地形起伏状况。它通过差分系差分系统进行精确定位和高度行精确定位和高度测量量,利用利用记录与与显示示联合收割机当前作合收割机当前作业位置和土地位置和土地单位面位面积的的产量和微地形起伏状况。量和微地形起伏状况。中国农业大学农学院中国农业大学农学院5、GIS地理信息系统地理信息系统l农田数据田数据库管理管理 GISGIS主主要要用用于于建建立立农田田土土地地管管理理、土土壤壤数数据据、自自然然条条件件、生生产条条件件、作作物物苗苗情情、病病虫虫草草害害发生生发展展趋势、作作物物产

9、量量等等的的空空间信信息息数数据据库和和进行行空空间信信息息的的地地理理统计处理理、图形形转换与表达等与表达等l绘绘制作物制作物产产量分布量分布图图。l农业专题地地图分析。分析。通通过提提供供的的覆覆合合叠叠加加功功能能将将不不同同农业专题数数据据组合合在在一一起起,形形成成新新的的数数据据集集。例例如如,将将土土壤壤类型型、地地形形、作作物物覆覆盖盖数数据据采采用用覆覆合合叠叠加加,建建立立三三者者在在空空间上上的的联系系,可可以很容易分析出土壤以很容易分析出土壤类型、地形、作物覆盖之型、地形、作物覆盖之间的关系。的关系。中国农业大学农学院中国农业大学农学院杂草分布图杂草分布图杂草分布图杂草

10、分布图播种密度图播种密度图 中国农业大学农学院中国农业大学农学院6、RS遥感系统遥感系统l（Remote SensingRS）l遥感是遥感是农业技技术体系中大面体系中大面积快速快速获得得田田间数据的重要工具。遥感技数据的重要工具。遥感技术可以利可以利用高分辨率（米用高分辨率（米级分辨率）分辨率）传感器，在感器，在不同的作物生不同的作物生长期，期，实施全面施全面监测，根，根据光据光谱信息，信息，进行空行空间定性、定位分析，定性、定位分析，为定位定位处方方农作提供大量的田作提供大量的田间时空空变化信息化信息 中国农业大学农学院中国农业大学农学院农业资源和农情动态监测技术l运用信息技运用信息技术建成

11、了各建成了各类灾害灾害预警信息系警信息系统进行行农业灾害的灾害的监测、预报、分析与、分析与评估估 l利用利用3S3S（RS RS、GIS GIS、GPSGPS）技）技术在在农情情监测和和产量、和量、和农作物作物的播种面的播种面积估算估算l资源普源普查、植被普、植被普查、海况、海况预报、渔情情预测、海洋生物、海洋生物资源源调查、环境和生境和生态信息的采集、信息的采集、处理等理等方面方面 中国农业大学农学院中国农业大学农学院7、精确农业技术l精精确确农业是是将将遥遥感感、地地理理信信息息系系统、全全球球定定位位系系统、计算算机机技技术、通通讯和和网网络技技术、自自动化化技技术等等高高科科技技与与地

12、地理理学学、农业、生生态学学、植植物物生生理理学学、土土壤壤学学等等基基础学学科科有有机机地地结合合，实现在在农业生生产全全过程程中中对农作作物物、土土地地、土土壤壤从从宏宏观到到微微观的的实时监测，以以实现对农作作物物生生长、发育育状状况况、病病虫虫害害、水水肥肥状状况况以以及及相相应的的环境境状状况况进行行定定期期信信息息获取取和和动态分分析析，通通过诊断断和和决决策策，制制定定实施施计划划，并并在在GPS和和GIS集集成成系系统支支持下持下进行田行田间作作业的信息化的信息化现代代农业 l具具体体含含义：按按照照农业操操作作每每一一单元元的的具具体体条条件件,精精细准准确确地地调整整各各项

13、农业管管理理措措施施,在在每每一一生生产环节上上最最大大限限度度地地优化化各各项农业投投入入,以以获取取最最大大经济效效益益和和环境境效效益。益。中国农业大学农学院中国农业大学农学院 中国农业大学农学院中国农业大学农学院8、动植物可视化表达与虚拟农业l虚拟农业是虚拟现实技术向农业领域的延伸，它在计算机上以三维可视化的方式对农业信息进行组织、管理和表现，逼真地再现各种条件变化对农业系统行为的影响，更加形象和精确地帮助人们进行有预见性地科学决策，采取合理的措施，使农业系统行为按照人类需要的方向发展。中国农业大学农学院中国农业大学农学院 中国农业大学农学院中国农业大学农学院 中国农业大学农学院中国农

14、业大学农学院9、农业数字化控制系统l远程水程水质指指标监测系系统l自控型温室自自控型温室自动控制系控制系统l农业灌灌溉微机微机变频自自动监控系控系统l气气调贮藏自藏自动监控系控系统l环境温度境温度实时检测和控制系和控制系统等等试验一、基于网络的农业专家系试验一、基于网络的农业专家系统的使用和评价统的使用和评价 中国农业大学农学院中国农业大学农学院一一 什么是专家系统什么是专家系统l专家系统（Expert System，ES）简单地讲就是具有与人类专家同等解决问题能力的智能程序系统。具体地讲，专家系统是指在特定的领域内，根据某一专家或专家群体提供的知识、经验及方法进行推理和判断，模拟人类专家做决

15、定的过程，来解决那些需要人类专家决定的复杂问题，提出专家水平的解决方法或决策方案的计算机程序系统.中国农业大学农学院中国农业大学农学院（二）农业专家系统的类型（1）作物栽培专家系统。此类系统根据特定地区气候、土壤特点和作物栽培经验，为当地用户提供有关大田作物、园艺作物的品种选择、土壤耕作、灌水施肥、病虫草害防治、产量估算等田间栽培管理综合措施的技术指导。中国农业大学农学院中国农业大学农学院三、农业专家系统的类型三、农业专家系统的类型（2）农田施肥专家系统。也叫肥料推荐专家系统，主要针对特定地区土壤理化性质，评估肥力水平，根据作物、气候、土壤、栽培管理及肥料特点，推荐肥料运筹与施肥方法，计算施肥

16、效益等。（3）植物保护专家系统。根据特定地区农作物病、虫、草害发生规律，为用户提供有关作物的病、虫、草害诊断、预测预报和防治方法。中国农业大学农学院中国农业大学农学院三、农业专家系统的类型三、农业专家系统的类型（4）设施农业专家系统。主要针对果蔬的温室栽培和冷库储藏开发的实时控制专家系统，以达到对设施农业环境的自动监测与控制。（5）新品种选育专家系统。包括动、植物的亲本选配、后代选择和品种评价，提高农业生物育种的效率。（6）畜禽水产养殖专家系统。提供各种家畜、家禽、水产品的科学养殖技术，包括场所建设、品种选择、饲料配合、科学饲养、病虫防治等方面。中国农业大学农学院中国农业大学农学院三、农业专家

17、系统的类型三、农业专家系统的类型（7）水利灌溉专家系统。提供灌溉水源预报、灌溉需水量预报、作物灌溉制度拟定、灌区用水计划管理、灌溉设施的自动化控制等。（8）其它学科领域的专家系统，包括农业生产管理、农机具优化设计与选择、农业经济分析、农产品评价、水土保持等方面。中国农业大学农学院中国农业大学农学院l试验目的：目的：熟悉使用网络专家系统l试验要求：完成实验报告，报告的内容：找1个网络农业专家系统（某一种作物），写出专家系统的功能（能解决的问题），内容（包括哪些部分）并评价这个专家系统的优缺点，如果你负责设计这个农业专家系统，你会怎样调整、改进其功能？lhttp:/ 中国农业大学农学院中国农业大学

18、农学院l报告格式：告格式：题 目：目：完完 成成 人：姓名人：姓名 班班级 学号学号一、一、专家系家系统的功能：的功能：二、二、专家系家系统的内容：的内容：三、三、对专家系家系统的的评价：价：四、四、对此此专家系家系统的改的改进意意见：中国农业大学农学院中国农业大学农学院实验二、农业专家系统推理功能的学习 中国农业大学农学院中国农业大学农学院专家系统基本结构专家系统基本结构l专家系统是一个计算机软件系统，由知识库、推理机构、人机交互接口和其它有关部分组成。专家系统最常见的系统结构。数据库推理机构知识库解释机构人机交互接口用户专家 中国农业大学农学院中国农业大学农学院 1 1知知识识库库 是专家

19、系统的核心，是用于存放领域知识的部分，在系统中独立于其它部分，这是专家系统结构的一个重要特征。知识的来源可以是专家、技术人员，也可以是书本、资料、试验数据与事例等，包括数据、公式、方法、经验、信息和模型。2 2推推理理机机构构 是控制整个专家系统进行工作、求解问题的机构，又称为推理机、控制机构或问题求解器。它的控制方式叫推理机制或推理策略。中国农业大学农学院中国农业大学农学院 3 3解解释释机机构构 专用于向用户解释“为什么”、“怎样”之类的发问。其功能强弱反映了专家系统的透明度和信任程度。4 4人人机机交交互互接接口口 又叫用户界面，即用户与专家系统进行联系的部分，一般用来进行数据、信息或命

20、令的输入，结果的输出和信息的显示等。与用户交往的媒介可以是文字、声音、图象、图形、动画、音像等。5 5数数据据库库 存放着系统的有关数据，包括用户输入数据、中间推理结果及最终结果等。中国农业大学农学院中国农业大学农学院一 一个简单农业专家系统推理过程分析 l小麦施肥专家系统的演示 中国农业大学农学院中国农业大学农学院 进入专家系统后，选择施肥模块，按照提示操作。l有机质（）为多少？（知道（数据），不知（N），想问为什么（W）：*1.05l碱解氮（mg/kg）为多少？（知道（数据），不知（N），想问为什么（W）*35l施农家肥（斤亩）为多少（知道（数据），不知（N），想问为什么（W）*2000l

21、农家肥质量（不好（0），一般（1），较好（2）为多少？（知道（数据），不知（刚，想问为什么（w）*1l早晚播（适播（0），晚播（1）为多少？（知道（数据），不知（N），想问为什么（w）*0l速效磷（mg/kg）为多少？（知道（数据），不知（N），想问为什么（W）*9 中国农业大学农学院中国农业大学农学院l容重（g/cm3）为多少？（知道（数据），不知（N），想问为什么（W）l*127l耕层厚度（cm）为多少？（知道（数据），不知（N），想问为什么（W）l*17l全氮（）为多少？（知道（数据），不知（N），想问为什么（W）l*0077l全磷（%）为多少？（知道（数据），不知（N），想问为什么（W

22、）l*0075lpH值为多少？（知道（数据），不知（N），想问为什么（W）l*83l孔隙度（%）为多少？（知道（数据），不知（N），想问为什么（W）l*w 用户反问系统：为什么要问孔隙度数据？中国农业大学农学院中国农业大学农学院l本系统解释为什么要问孔隙度的原因。l我们已知l有机质（%）l碱解氮（mg/kg）l速效磷（mg/kg）l容重（g/cm3）l耕层厚度（cm）l全氮（）l全磷（）lpH值 这些参数值用户上面已回答过。l如果我们知道l孔隙度（）l排灌条件（不好（0），一般（1），较好（2）l速效钾（mg/kg）l则我们可推算出肥力等级（高肥（1），中肥（2），低肥（3）l则我们可推算出肥

23、力度（02)l 解释完毕。中国农业大学农学院中国农业大学农学院l孔隙度（）为多少？（知道（数据），不知（N），想问为什么（W）继续问下去。*48l排灌条件（不好（0），一般（1），较好（2）为多少？（知道（数据），不知（N），想问为什么（W）*1l速效钾（mg/kg）为多少？（知道（数据），不知（N），想问为什么（W）*95l最终算得：得到此次咨询的最后结果。l预估产量（斤亩）61166l预估收入（元亩）=104.91l化肥成本（元亩）1743l化肥产投比=265l肥力等级（高肥（1），中肥（2），低肥（3）=2l肥力度（02）=094l施氮（斤亩）1725l折合尿素（斤亩）375l施磷（斤亩

24、）=935l折合过磷酸钙（斤亩）7792l施钾（斤亩）=0l折合氯化钾（斤亩）0 中国农业大学农学院中国农业大学农学院l具体显示每一步推理分析过程。l *l我们已知l有机质（%）=105l碱解氮（mg/kg）35l由规则组8得l施氮（斤亩）1925l *l我们已知l施氮（斤亩）1925l施农家肥（斤亩）=2000l农家肥质量（不好（0），一般（1），较好（2）=1l由规则组4得l施氮（斤亩）1725l *中国农业大学农学院中国农业大学农学院l我们已知l施氮（斤亩）1725l有机质（）：105l碱解氮（mg/kg）35l速效磷（mgkg）=9l容重（gcm3）=127l耕层厚度（cm）17l全氮

25、（）=0077l全磷（%）=0075lpH值=83 中国农业大学农学院中国农业大学农学院l孔隙度（）=48l排灌条件（不好（0），一般（1），较好（2）=1l速效钾（mg/kg）=95l由规则组12得到l肥力等级（高肥（1），中肥（2），低肥（3）=2l肥力度（02）=0.94l*l我们已知l施磷（斤亩）=935l肥力等级（高肥（1），中肥（2），低肥（3）2l施农家肥（斤亩）=2000l农家肥质量（不好（0），一般（1），较好（2）=1l由规则组6得l施磷（斤亩）=935 中国农业大学农学院中国农业大学农学院l我们已知l肥力等级（高肥（1），中肥（2），低肥（3）=2l肥力度（02）=094

26、l由规则组15得l施钾（斤亩）=0l*l我们已知 l施氮（斤亩）1725l施磷（斤亩）=935l肥力等级（高肥（1），中肥（2），低肥（3）=2l肥力度（02）=094l由规则组2得l预估产量（斤亩）61166l不施肥时收入（元亩）588l *中国农业大学农学院中国农业大学农学院试验目的和内容lhttp:/:4000/（宁波）（宁波）lhttp:/ 中国农业大学农学院中国农业大学农学院试验报告内容l专业 年年级 姓名姓名 学号学号l专家系家系统名称：名称：l专家系家系统的智能推理部分（找出的智能推理部分（找出专家系家系统的智能推理部分，的智能推理部分，200字左右）字左右）l推理推理过程，写出程，写出专家系家系统的推理的推理过称，称，输入的因素，入的因素，输出的出的结果，要果，要尝试不同不同的的输入因素，入因素，评价其推理功能的价其推理功能的优劣，劣，字数要求（字数要求（500-800字）字）