農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)2011年.ppt

1、農(nóng)業(yè)信息技術,主 講 人：褚慶全 聯(lián)系電話O）,農(nóng)業(yè)信息技術課程簡介,農(nóng)業(yè)信息技術是農(nóng)學專業(yè)新開的課程。這門課程系統(tǒng)地介紹信息技術體系及其理論的在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用。 應用性強。這門課程主要講述計算機技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用，其中包括專家系統(tǒng)（ES）、決策支持系統(tǒng)（DSS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感系統(tǒng)（RS）、精確農(nóng)業(yè)（PA）、數(shù)據(jù)庫技術和Internet技術。,課程的形式,課堂實驗 課程總學時：32學時，8次試驗 考核方式： 平時成績：30% 實驗成績：70%,教學的基本內(nèi)容,內(nèi)容一、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的基本原理和

2、使用（2次），重點：熟悉使用網(wǎng)絡專家系統(tǒng) 內(nèi)容二、作物模擬模型（DSSAT的使用，3次） 內(nèi)容三、地理信息系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)中的應用（2次），熟悉地理信息系統(tǒng)的功能及其在農(nóng)業(yè)中應用 內(nèi)容四、神經(jīng)網(wǎng)絡模型的應用（1次）,農(nóng)業(yè)信息技術的研究領域,農(nóng)業(yè)信息技術應用的幾個方面,數(shù)據(jù)庫技術(database technology) 專家系統(tǒng)（ES）（Expert System） 決策支持系統(tǒng)（DSS）（Decision Support System ） 模擬模型SS （Simulation System ） 遙感系統(tǒng)(RS) （Remote Sensing System） 全球定位系統(tǒng)(GPS) （Global

3、 Positioning System） 地理信息系統(tǒng)(GIS) （Geographical Information System） 精確農(nóng)業(yè)（Precision Agriculture） 多媒體技術(multimedia technology) 網(wǎng)絡技術(network technology),1、數(shù)據(jù)庫技術,種質(zhì)資源 作物品種數(shù)據(jù)庫 家禽品種 農(nóng)產(chǎn)品價格行情 農(nóng)村經(jīng)濟等數(shù)據(jù)庫 氣候數(shù)據(jù)庫 土壤數(shù)據(jù)庫 農(nóng)業(yè)情報檢索系統(tǒng),2、專家系統(tǒng),專家系統(tǒng)是側重開發(fā)利用特定領域中專家知識和經(jīng)驗的軟件，可以完成與專家水平相當?shù)淖稍児ぷ鳎瑸橛脩籼峁┙ㄗh和決策。,3、作物生長模擬系統(tǒng),作物生長模擬系統(tǒng)是用系統(tǒng)科

4、學的觀點，把作物生產(chǎn)看成一個由作物、環(huán)境、技術、經(jīng)濟四要素構成的整體系統(tǒng)，綜合各種學科的知識，利用計算機，通過建立數(shù)學模型來描述作物生長發(fā)育、器官建成和產(chǎn)量形成等生理生態(tài)過程與環(huán)境之間的數(shù)量關系，并在計算機上實現(xiàn)，來模擬作物生產(chǎn)全過程的軟件系統(tǒng)。,4、GPS全球定位系統(tǒng),GPS（Global positioning system）是一種高精度、全天候、全球性的無線電導航、定位、定時系統(tǒng)。 系統(tǒng)組成： 包括24顆地球衛(wèi)星組成的空間部分，地面監(jiān)控部分以及和用戶接收機3個主要部分組成。 兩大系統(tǒng)： 目前已建成投入運行的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)有美國國防部建設的GPS系統(tǒng)和俄羅斯建設的GLONASS（Glob

5、al Avigation Satellite System）系統(tǒng)。,GPS在農(nóng)業(yè)中的作用,精確定位。農(nóng)業(yè)機械可以將作物需要的肥料送到準確位置,也可以將農(nóng)藥噴灑到準確位置。 田間作業(yè)自動導航 測量地形起伏狀況。它通過差分系統(tǒng)進行精確定位和高度測量,利用記錄與顯示聯(lián)合收割機當前作業(yè)位置和土地單位面積的產(chǎn)量和微地形起伏狀況。,5、GIS地理信息系統(tǒng),農(nóng)田數(shù)據(jù)庫管理 GIS主要用于建立農(nóng)田土地管理、土壤數(shù)據(jù)、自然條件、生產(chǎn)條件、作物苗情、病蟲草害發(fā)生發(fā)展趨勢、作物產(chǎn)量等的空間信息數(shù)據(jù)庫和進行空間信息的地理統(tǒng)計處理、圖形轉換與表達等 繪制作物產(chǎn)量分布圖。 農(nóng)業(yè)專題地圖分析。 通過提供的覆合疊加功能將不同

6、農(nóng)業(yè)專題數(shù)據(jù)組合在一起,形成新的數(shù)據(jù)集。例如,將土壤類型、地形、作物覆蓋數(shù)據(jù)采用覆合疊加,建立三者在空間上的聯(lián)系,可以很容易分析出土壤類型、地形、作物覆蓋之間的關系。,雜草分布圖,播種密度圖,6、RS遙感系統(tǒng),（Remote SensingRS） 遙感是農(nóng)業(yè)技術體系中大面積快速獲得田間數(shù)據(jù)的重要工具。遙感技術可以利用高分辨率（米級分辨率）傳感器，在不同的作物生長期，實施全面監(jiān)測，根據(jù)光譜信息，進行空間定性、定位分析，為定位處方農(nóng)作提供大量的田間時空變化信息,農(nóng)業(yè)資源和農(nóng)情動態(tài)監(jiān)測技術,運用信息技術建成了各類災害預警信息系統(tǒng)進行農(nóng)業(yè)災害的監(jiān)測、預報、分析與評估 利用3S（RS 、 GIS 、 G

7、PS）技術在農(nóng)情監(jiān)測和產(chǎn)量、和農(nóng)作物的播種面積估算 資源普查、植被普查、海況預報、漁情預測、海洋生物資源調(diào)查、環(huán)境和生態(tài)信息的采集、處理等方面,7、精確農(nóng)業(yè)技術,精確農(nóng)業(yè)是將遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、計算機技術、通訊和網(wǎng)絡技術、自動化技術等高科技與地理學、農(nóng)業(yè)、生態(tài)學、植物生理學、土壤學等基礎學科有機地結合，實現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程中對農(nóng)作物、土地、土壤從宏觀到微觀的實時監(jiān)測，以實現(xiàn)對農(nóng)作物生長、發(fā)育狀況、病蟲害、水肥狀況以及相應的環(huán)境狀況進行定期信息獲取和動態(tài)分析，通過診斷和決策，制定實施計劃，并在GPS和GIS集成系統(tǒng)支持下進行田間作業(yè)的信息化現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 具體含義：按照農(nóng)業(yè)操作每一單元的

8、具體條件,精細準確地調(diào)整各項農(nóng)業(yè)管理措施,在每一生產(chǎn)環(huán)節(jié)上最大限度地優(yōu)化各項農(nóng)業(yè)投入,以獲取最大經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。,8、動植物可視化表達與虛擬農(nóng)業(yè),虛擬農(nóng)業(yè)是虛擬現(xiàn)實技術向農(nóng)業(yè)領域的延伸，它在計算機上以三維可視化的方式對農(nóng)業(yè)信息進行組織、管理和表現(xiàn)，逼真地再現(xiàn)各種條件變化對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)行為的影響，更加形象和精確地幫助人們進行有預見性地科學決策，采取合理的措施，使農(nóng)業(yè)系統(tǒng)行為按照人類需要的方向發(fā)展。,9、農(nóng)業(yè)數(shù)字化控制系統(tǒng),遠程水質(zhì)指標監(jiān)測系統(tǒng) 自控型溫室自動控制系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)灌溉微機變頻自動監(jiān)控系統(tǒng) 氣調(diào)貯藏自動監(jiān)控系統(tǒng) 環(huán)境溫度實時檢測和控制系統(tǒng)等,試驗一、基于網(wǎng)絡的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的使用和評價,一

9、什么是專家系統(tǒng),專家系統(tǒng)（Expert System，ES） 簡單地講就是具有與人類專家同等解決問題能力的智能程序系統(tǒng)。具體地講，專家系統(tǒng)是指在特定的領域內(nèi)，根據(jù)某一專家或?qū)＜胰后w提供的知識、經(jīng)驗及方法進行推理和判斷，模擬人類專家做決定的過程，來解決那些需要人類專家決定的復雜問題，提出專家水平的解決方法或決策方案的計算機程序系統(tǒng).,（二）農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的類型,（1）作物栽培專家系統(tǒng)。此類系統(tǒng)根據(jù)特定地區(qū)氣候、土壤特點和作物栽培經(jīng)驗，為當?shù)赜脩籼峁┯嘘P大田作物、園藝作物的品種選擇、土壤耕作、灌水施肥、病蟲草害防治、產(chǎn)量估算等田間栽培管理綜合措施的技術指導。,三、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的類型,（2）農(nóng)田施肥專

10、家系統(tǒng)。也叫肥料推薦專家系統(tǒng)，主要針對特定地區(qū)土壤理化性質(zhì)，評估肥力水平，根據(jù)作物、氣候、土壤、栽培管理及肥料特點，推薦肥料運籌與施肥方法，計算施肥效益等。 （3）植物保護專家系統(tǒng)。根據(jù)特定地區(qū)農(nóng)作物病、蟲、草害發(fā)生規(guī)律，為用戶提供有關作物的病、蟲、草害診斷、預測預報和防治方法。,三、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的類型,（4）設施農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)。主要針對果蔬的溫室栽培和冷庫儲藏開發(fā)的實時控制專家系統(tǒng)，以達到對設施農(nóng)業(yè)環(huán)境的自動監(jiān)測與控制。 （5）新品種選育專家系統(tǒng)。包括動、植物的親本選配、后代選擇和品種評價，提高農(nóng)業(yè)生物育種的效率。 （6）畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖專家系統(tǒng)。提供各種家畜、家禽、水產(chǎn)品的科學養(yǎng)殖技術，包括場所

11、建設、品種選擇、飼料配合、科學飼養(yǎng)、病蟲防治等方面。,三、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的類型,（7）水利灌溉專家系統(tǒng)。提供灌溉水源預報、灌溉需水量預報、作物灌溉制度擬定、灌區(qū)用水計劃管理、灌溉設施的自動化控制等。 （8）其它學科領域的專家系統(tǒng)，包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理、農(nóng)機具優(yōu)化設計與選擇、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟分析、農(nóng)產(chǎn)品評價、水土保持等方面。,試驗目的：熟悉使用網(wǎng)絡專家系統(tǒng) 試驗要求：完成實驗報告，報告的內(nèi)容：找1個網(wǎng)絡農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)（某一種作物），寫出專家系統(tǒng)的功能（能解決的問題），內(nèi)容（包括哪些部分）并評價這個專家系統(tǒng)的優(yōu)缺點，如果你負責設計這個農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，你會怎樣調(diào)整、改進其功能？ 中科院北京仲訓雄風 杭州農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)

12、:4000/ 浙江省寧波市專家系統(tǒng),三、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)實例,報告格式： 題 目： 完 成 人：姓名 班級 學號 一、專家系統(tǒng)的功能： 二、專家系統(tǒng)的內(nèi)容： 三、對專家系統(tǒng)的評價： 四、對此專家系統(tǒng)的改進意見：,實驗二、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)推理功能的學習,專家系統(tǒng)基本結構,專家系統(tǒng)是一個計算機軟件系統(tǒng)，由知識庫、推理機構、人機交互接口和其它有關部分組成。專家系統(tǒng)最常見的系統(tǒng)結構。,用戶,專家,1知識庫 是專家系統(tǒng)的核心，是用于存放領域知識的部分，在系統(tǒng)中獨立于其它部分，這是專家系統(tǒng)結構的一個重要特征。知識的來源可以是專家、技術人員，也可以是書本、資料、試驗數(shù)據(jù)與事例等，包括數(shù)據(jù)、公式、方法、經(jīng)驗、信息和模

13、型。 2推理機構 是控制整個專家系統(tǒng)進行工作、求解問題的機構，又稱為推理機、控制機構或問題求解器。它的控制方式叫推理機制或推理策略。,3解釋機構 專用于向用戶解釋“為什么”、“怎樣”之類的發(fā)問。其功能強弱反映了專家系統(tǒng)的透明度和信任程度。 4人機交互接口 又叫用戶界面，即用戶與專家系統(tǒng)進行聯(lián)系的部分，一般用來進行數(shù)據(jù)、信息或命令的輸入，結果的輸出和信息的顯示等。與用戶交往的媒介可以是文字、聲音、圖象、圖形、動畫、音像等。 5數(shù)據(jù)庫 存放著系統(tǒng)的有關數(shù)據(jù)，包括用戶輸入數(shù)據(jù)、中間推理結果及最終結果等。,一 一個簡單農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)推理過程分析,小麥施肥專家系統(tǒng)的演示,進入專家系統(tǒng)后，選擇施肥模塊，按照

14、提示操作。 有機質(zhì)（）為多少？（知道（數(shù)據(jù)），不知（N），想問為什么（W）： * 1.05 堿解氮（mg/kg）為多少？（知道（數(shù)據(jù)），不知（N），想問為什么（W）*35 施農(nóng)家肥（斤畝）為多少（知道（數(shù)據(jù)），不知（N），想問為什么（W）* 2000 農(nóng)家肥質(zhì)量（不好（0），一般（1），較好（2）為多少？（知道（數(shù)據(jù)），不知（剛，想問為什么（w） * 1 早晚播（適播（0），晚播（1）為多少？（知道（數(shù)據(jù)），不知（N ），想問為什么（w） *0 速效磷（mg/kg）為多少？（知道（數(shù)據(jù)），不知（N），想問為什么（W）* 9,容重（g/cm3）為多少？（知道（數(shù)據(jù)），不知（N），想問為什么（W）

15、 * 127 耕層厚度（cm）為多少？（知道（數(shù)據(jù)），不知（N），想問為什么（W） * 17 全氮（）為多少？（知道（數(shù)據(jù)），不知（N），想問為什么（W） * 0077 全磷（%）為多少？（知道（數(shù)據(jù)），不知（N），想問為什么（W） * 0075 pH值為多少？（知道（數(shù)據(jù)），不知（N），想問為什么（W） *83 孔隙度（%）為多少？（知道（數(shù)據(jù)），不知（N），想問為什么（W） * w 用戶反問系統(tǒng)：為什么要問孔隙度數(shù)據(jù)？,本系統(tǒng)解釋為什么要問孔隙度的原因。 我們已知 有機質(zhì)（%） 堿解氮（mg/kg） 速效磷（mg/kg） 容重（g/cm3） 耕層厚度（cm） 全氮（） 全磷（） pH值 這

16、些參數(shù)值用戶上面已回答過。 如果我們知道 孔隙度（） 排灌條件（不好（0），一般（1），較好（2） 速效鉀（mg/kg） 則我們可推算出肥力等級（高肥（1），中肥（2），低肥（3） 則我們可推算出肥力度（02) 解釋完畢。,孔隙度（）為多少？（知道（數(shù)據(jù)），不知（N），想問為什么（W）繼續(xù)問下去。* 48 排灌條件（不好（0），一般（1），較好（2）為多少？（知道（數(shù)據(jù)），不知（N），想問為什么（W）*1 速效鉀（mg/kg）為多少？（知道（數(shù)據(jù)），不知（N），想問為什么（W） * 95 最終算得： 得到此次咨詢的最后結果。 預估產(chǎn)量（斤畝）61166 預估收入（元畝）=104.91 化肥成本

17、（元畝）1743 化肥產(chǎn)投比=265 肥力等級（高肥（1），中肥（2），低肥（3）=2 肥力度（02）=094 施氮（斤畝）1725 折合尿素（斤畝）375 施磷（斤畝）=935 折合過磷酸鈣（斤畝）7792 施鉀（斤畝）=0 折合氯化鉀（斤畝）0,具體顯示每一步推理分析過程。 * * * * * * * * * * * * * 我們已知 有機質(zhì)（%）=105 堿解氮（mg/kg）35 由規(guī)則組8得 施氮（斤畝）1925 * * * * * * * * * * * * * 我們已知 施氮（斤畝）1925 施農(nóng)家肥（斤畝）=2000 農(nóng)家肥質(zhì)量（不好（0），一般（1），較好（2）=1 由規(guī)則組4

18、得 施氮（斤畝） 1725 * * * * * * * * * * * * *,我們已知 施氮（斤畝） 1725 有機質(zhì)（）：105 堿解氮（mg/kg）35 速效磷（mgkg）=9 容重（gcm3）=127 耕層厚度（cm） 17 全氮（）=0077 全磷（%）=0075 pH值=83,孔隙度（）=48 排灌條件（不好（0），一般（1），較好（2）=1 速效鉀（mg/kg）=95 由規(guī)則組12得到 肥力等級（高肥（1），中肥（2），低肥（3）=2 肥力度（02）=0.94 * * * * * * * * * * * * * 我們已知 施磷（斤畝）=935 肥力等級（高肥（1），中肥（2），低肥（3）2 施農(nóng)家肥（斤畝）=2000 農(nóng)家肥質(zhì)量（不好（0），一般（1），較好（2）=1 由規(guī)則組6得 施磷（斤畝）=935,我們已知 肥力等級（高肥（1），中肥（2），低肥（3）=2 肥力度（02）=094 由規(guī)則組15得 施鉀（斤畝）=0 * * * * * * * * * * * * * 我們已知 施氮（斤畝）1725