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1、本科学生毕业设计水稻病害查询系统的研究系部名称： 计算机科学与技术系 专业班级： 计算机科学与技术BW04-8班 学生姓名： 刘晓东 指导教师： 刘晓红 职 称： 工程师 黑 龙 江 工 程 学 院二八年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeThe paddy rice disease harms search system of research tCandidate：Liu XiaodongSpecialty：Computer Science and TechnologyClass：BW04-8Supervisor：Engineer. Li
2、u XiaohongHeilongjiang Institute of Technology2008-06Harbin目 录摘要4ABSTRACT7第一章前言12 1.1问题的提出121.2文献综述13 1.2.1国内外农业专家系统研究概况13 1.2.2农业专家系统普遍存在的问题及可能的研究方向15 1.3本文研究的目的、意义16 1.4主要研究内容17 1.5本文特色18 1.6本文结构布局. 18第二章与本文相关的专家系统知识简介20 2.1概念性知识20 2.1.1专家系统(Expert System简称ES)定义20 2.1.2专家系统的主要特征20 2.1.3专家系统的功能与结构2
3、1 2.2专家系统理论知识24 2.2.1知识表示24 2.2.2知识表示方法25 2.2.3推理28 2. 3本章小节33第三章综合防治35 3.1选栽多抗性品种35 3.2控害保健栽培35 3.2.1培育无病壮苗35 3.2.2提高肥水管理技术,增强稻株抗力36 3.3药剂保护36 3.3.1采用多效药剂和复配剂36 3.3.2掌握防治适期36第四章总结与展望37 参考文献38 致谢42水稻病害诊断查询专家系统摘要 水稻是我国的三大粮食作物之一，要提高我国水稻产量和品质，实现水稻高产、优质、高效，在水稻生产过程中，水稻病害的良好控制是提高水稻产量和品质的重要方面之一。由于水稻病害种类繁多，
4、危害较重，有的甚至造成绝收，而且农民对水稻病害的认识不足，或者搞不清病害类型，更不用说拿出一套及时有效的治疗方案，加之水稻专家较少，不能及时地为农民提供服务，这就给稻区的广大稻农和技术人员在准确诊断和及时防治病害方面带来极大的困难。 农业专家系统的应用和发展，是实现我国农业信息化、现代化的重要途径，也是发展我国农业的一条新路子，因此在分析我国农业专家系统应用及发展现状的基础上，结合我国具体农业情况，针对国内水稻病害发病特点，对水稻病害知识进行了系统整理和较深入研究，有效地将计算机技术、专家系统原理与水稻植保知识进行合理地整合，构建了基于网络平台的水稻病害诊断查询专家系统。通过本系统实现领域知识
5、的共享，缓解了水稻领域植保专家数量的不足，提高水稻病害的综合防治，加快科技成果的转化具有重要意义。 系统以稻瘟病等12种在国内常见水稻病害为研究对象，把病害发病的症状表现、防治方法、发病规律、病原信息、图片等作为主要研究知识点。在领域专家协助下，对这些知识认真分析与系统整理，形成本专家系统的知识库。 从专家系统结构来讲，本系统是遵循专家系统的一般结构进行设计开发的，主要包括人机接口、推理机、知识库、综合数据库、解释、知识获取机构等主要部分组成。将所有知识规则存于关系数据库中，形成了知识库，实现了领域知识的存贮、管理与共享。推理机是根据用户的请求，基于知识存储的形式，利用面向对象技术，完成推理，
6、推理效果较好。知识获取机构面向领域专家，用以实现知识库的修改、扩充等维护任务。 从程序开发的角度来说，本系统基于WEB浏览器，以B/S结构作为网站实施模式，数据库管理系统选用了SQL Server 2000，采用JAVA, JSP, XML, T_ SQL等语言工具，基于IntelliJ IDEA 5.0平台，将数据库与专家系统知识相结合，研制、开发了该系统。因为系统采用跨平台的编程语言和面向对象技术进行程序开发的，因此具有良好的通用性和可扩充性。 系统前台主要实现查询和诊断两大服务功能。本系统的难点是诊断。是基于特征的诊断机制，根据病害在水稻各个部位的症状表现，筛选出了水稻重要的鉴别特征。根
7、据病害表现症状进行诊断时，采用了不精确推理方法，引用的是CF模型算法。利用病原信息进行诊断时，采用精确推理方法。系统不但能给出诊断的结论，还提供了这种病的防治方法、发病规律、以及对结论的解释、综合表现症状等内容信息。查询功能完成了己知病害名查找与此病相关的信息，查询是诊断的逆思维过程。后台实现了系统数据维护功能，一是对用户信息维护;二是对知识库中知识的维护。主要完成增加、删除、修改、查看等功能。 本专家系统特点: (1)在本系统中，由于系统知识获取机构和推理机是两个独立的系统，保证了知识库或推理机发生变化时相互不影响，这有利于系统扩充、修改和维护，同时通过健壮的维护功能，体现了系统具有良好的学
8、习能力。 (2)系统根据各个部位表现症状进行诊断时采用了不精确推理方法，比同类专家系统的精确推理更符合情理。 (3)系统人机界面人性化很强、操作简单、方便，用户无需被培训，直接可以使用本系统。 (4)本系统文字描述和图片相结合，为用户提供了形象、直观的数据选择方式。 对系统推理和求解过程进行理论上的合理检验，证明系统设计是合理的。但系统还需进一步实践性验证。关键词:专家系统，水稻病害，诊断，查询An Expert System to Diagnose and Inquire about Plant Diseases for PaddyRice of Jilin ProvinceAbstract
9、 Paddy rice is one of the three main food provision crops of Chinese province. In order to enhance the quantity and quality of paddy rice and realize high一yield, high-quality and high一return paddy rice crop，a very important part is to put plant diseases of paddy rice under control well in produce pr
10、ocess. Due to numerous plant diseases of paddy rice which are harmful for the crops and sometimes bring devastation to them and the farmers little knowledge about plant diseases or mixing up the types of the plant diseases sometimes and no a just-in-time and effective treatment programme and no time
11、ly services and few experts on paddy rice，the technical staff，when to diagnose，treat and control the plant diseases correctly for the farmers of the paddy rice crops areas ,have met great difficulties. The application and development of agriculture expert system is a key route to accomplish the info
12、rmationization and modernization of agriculture. On the basic of analysing the application of agriculture expert system and the developmental tempo and considering the agricultural present situation and the characteristics of the plant diseases of Jilin province ,the krnowledge of plant diseases has
13、 been systematic collatived and studied in depth, and then a system to efficiently combine the computer technology with the principle of the expert system and the plant protection of paddy rice begins, at the same time，the expert system to diagnose and inquire about plant diseases for paddy rice of
14、Jilin province on the basis of network start to be constructed. By sharing konwledges of the relative domains through this system, a few experts on plant protection of paddy rice is not a problem, and the integrated control of the plant diseases of the paddy rice will be improved .What s more, it s
15、significant that the transform of the findings of science and technology will speed up. This system considers 12 kinds of plant diseases of paddy rice including rice blast ,etc. as the objects of study .The main points of the study cover the symptoms of tlhe plants which fell ill，prevention and cure
16、, regularity of onset, information of pathogen, photographs. On the assistance of the experts of the relative domains, these knowledges have been analysed carefully and systematic collatived and the knowledge database of this expert system has come into being.In respect of the structure of the exper
17、t system, this system is designed and developed on the basis of general structure of expert systems mainly including man-machine interface, inference engine, knowledge base, generalized database, instruction interpretation, knowledge acquisition system, ete.All the knowledge and regulation are store
18、d at relational database to form the; knowledge base, which achieved storage, management and shared for the domain knowledge. Under requisitions of users, to utilize the form for knowledge storage and the object oriented technology to complete the inferences effectively and correctly. Turning in the
19、 direction of domain experts knowledges and experiences, knowledge acquisition system can give the functions to the knowledge base include modify, expand,maintain, etc.On the program development side this system is Web-browser-based, the implementation mode of the web site is based on B/S organizati
20、on, SQL Server 2000 is used as the data base management system, the programme languages adopted are Java, Jsp, XML, T SQL.The design and development of this system combine the database and knowledge bout expert system on the IntelliJ IDEA 5.0 platform. Due to design by the over-platform programme la
21、nguages and development by object oriented technology for the software in this system, the universality and the expandability of this system are flexible.The front-end server of this system provides diagnosis and query.The key function of this system is diagnosis which is difficult to realize and th
22、e diagnosis mechanism is on the strength of characteristics，significant to identify, which are sieved out of the symptoms of plant diseases of each part of the paddy rice. When diagnosing by the symptoms of plant diseases, fuzzy reasoning method is used, employing CF model and algorithm. When using
23、information of pathogens to diagnose, precise reasoning method are considered. This system could provide not only the conclusions of diagnosis but also the prevention and cure method and onset regularity of corresponding diseases. Whats more, the explanations of conclusions and the synthetic symptom
24、s could also be reached. The function of query，inverse process of diagnosis, can search for the denominations and other information about the. plant diseases in a corresponding way. Back一end server of this system provides maintainability of data which include users information and data from knowledg
25、e base., its main functions are addition, deletion，modification ,view, etc.Characteristics of The Expert System: (1) In this system, knowledge acquisition organization and inference engine are independent each other, so the changing of each of them wont influence the other, which is benefit for the
26、system to extense，to modify and to maintain. Furthermore，the system has great abilities to learn through the robust maintenance function. (2) It is better to use the fuzzy reasoning method to diagnose勿the the symptoms of plant diseases of each part of the pad勿rice than precise reasoning methods used
27、 in other expert systems. (3) The man一machine interface of the system are maturely human一based，users are not to be trained and could use this system directely because that the manipulation for this system is very easy and extremely convenient. (4) Text descriptions are combined well with photographs
28、 in the system which provides the users with intuitional and visual data selection. It proves that the design of this system is proper, logical and correct by reasonable theory testing on systemic inference and procedural solving，it is also necessary to do more practical experiments.Key Words: Exper
29、t System，Plant disease of Paddy rice, diagnosis, query.第一章前言1.1问题的提出 随着科学技术的发展，以计算机为中心的现代信息正迅速地向农业领域渗透，信息技术和数字化建设给现代农业赋予了崭新的内涵，也给生产和管理带来了深远 的影响，这些又会使农业科技研究面临崭新的课题，我国国情和发达国家的经验决定了我国必须用先进的信息技术改造传统农业，大力发展工业化农业，实现可控条件下农业生产的集约化、高效化生产经营方式，全面提升农业生产、管理、经营水平，真正实现农产品的两高一优。综合利用计算机技术和网络技术，将领域知识数字化、网络化是我国赶上发达国家目
30、前事在必行的事情。 水稻是我省主要的粮食作物之一。要提高我省水稻产量和品质，实现水稻高产、优质、高效，在水稻生产过程中，应该时刻做好水稻病害诊断、防治工作，水稻病害的良好控制是提高水稻产量和品质的重要方面之一。 病害控制的关键是及时正确诊断。多年来，由于水稻病害诊断及措施采取方案不当，使水稻的生产效益受到很大的影响。绝大多数农民对病害的发生及流行规律不甚了解，水稻病害诊断还存在很大盲目性，不能抓住问题的关键环节，同时由于不科学的使用化学农药，造成生产成本提高和环境污染。农民迫切需要得到专家对病害诊断方面的技术指导，而作为拥有病害诊断知识与经验的水稻专家及科学技术人员，不太可能随时随地挨家挨户上
31、门服务。随着计算机技术的发展，农业专家系统将在这方面发挥独特作用。 我国是一个传统的农业大国，农业数字化起步较晚，农民科技文化素质较低，这是进一步发展农业和农村经济的重要障碍因素，l。建立并完善农业专家系统可极大地加快农业向信息化、数字化、现代化迈进的步伐。农业专家系统的研制是计算机在农业领域应用的一个热点。国家科技部曾明确提出:以农业专家系统为突破口，发展我国的农业信息技术20 如今农业发展进入了信息时代，高科技成果给很多研究工作提供了很好的技术手段，我们应不失时宜地抓住机遇，把农业信息技术不断推向新的高度，为我国的农业现代化建设做出更多的贡献。本专家系统的研制，必将为广大稻民及水稻科技工作
32、人员在技术指导及咨询方面又打开一扇窗口，这无疑又将给我省的农业发展带来了广阔的前景，充分利用信息技术发展农业，促进我省农业由传统粗放型向现代集约型的转变具有重要意义。 总之，本课题旨在依靠先进的科学技术，使农业信息、知识上升到数字化、智能化管理层次，促进劳动生产率的提高。1.2文献综述1.2.1国内外农业专家系统研究概况1、国外农业专家系统研究概况 专家系统是人工智能的一个重要分支，也是人工智能中发展和应用最成熟的一个方面3 q 0 1965年第一个专家系统DENDRAL在美国斯坦福大学问世，它的出现标志着人工智能研究开始向实际应用阶段过度，同时，标志着人工智能的一个崭新应用领域专家系统的诞生
33、1 5。从第一个专家系统诞生以来。经历了近40多年的研究与开发。专家系统已遍布各个专业领域。尤其在农业领域发挥着巨大的潜力，以美国、日本和欧洲国家最为突出。农业专家系统是专家系统理论在农业领域的具体应用，70年代美国伊利诺大学开发成功第一个农业专家系统大豆病害诊断专家系统以来，美国、日本等国相继开发了玉米螟危害测报，棉花作物种植和管理、番茄生产咨询等系统7 8 29。日本政府对这门高新技术在农业上的作用给予了高度重视。这些年来已取得了不少成绩。出现了若干农业专家系统，80年代中期，例如东京大学的西红柿栽培管理专家咨询系统、一培养液管理专家系统;20世纪80年代日本千叶大学利用MICCS工具开发
34、了番茄病害诊断专家系统、花卉栽培管理支持系统、庭院景观评价系统4。二十世纪后期国外的农业专家系统有了新的发展，涉及的领域更广，出现了许多农业专家系统。如密苏里一哥伦比亚大学的梯田专家系统，日本的温室控制专家系统，英国ESPRIT支持下的水果保鲜系统，德国的草地管理专家系统，埃及农垦部的黄瓜栽培管理专家系统，希腊的六种温室蔬菜病虫害和缺素诊断的多语种专家系统5 17。随着专家系统技术的发展，建立植保专家系统成为一个重要的探究方向。2、国内农业专家系统研究进展与现状 我国农业专家系统的开发应用虽然起步较晚，但发展较快。我国农业专家系统的研制始于20世纪80年代初，早在1985年由中国科学院人工智能
35、所开发的“砂姜黑土小麦施肥咨询专家系统”、“农业施肥专家系统”，在安徽市淮北平原得到很好的推广应用s。浙江大学“生物(蚕)遗传育种专家系统”(1987年)，“马尾松毛虫防治决策专家系统”(1989年)，中国农科院作物所完成了“小麦、玉米新品种选育的专家系统”，植保所的“粘虫测报专家系统”(1991年)I 7 8J 10 l7 23。吉林大学与吉林省农科院合作开发了“多媒体作物生产智能化专家系统”14l616。中科院合肥智能所与安徽农科院合作建立了“水稻施肥专家系统”17。云南省农业科学院植物保护研究所开发的“云南水稻栽培专家系统”18。吉林农业大学姚玉霞、陈桂芬等人建立了“水稻病虫害诊治智能化
36、专家系统”9，。 近几年的文献表明，我国农业专家系统的研究在广度上有了许多新的发展，应用范围也较广泛，涉及到作物栽培、生产管理、新品种选育、节水灌溉、施肥、病虫害防治、产量预测等。1.2.2农业专家系统普遍存在的问题及可能的研究方向20多年来，在农业专家系统领域里，我们所取得的成绩确实可喜可喝，极大的促进了科学的发展及劳动生产力的提高，但是目前开发的农业专家系统特别是植保方面的专家系统仍存在一些问题。其发展中存在的问题既有专家系统理论本身发展的不足，也有由于农业领域复杂的不确定因素较多的特点决定的。具体体现在如下几个方面: 1、农业专家系统在深度方面还有待于进一步加强。比如，如何将专家系统与许
37、多新技术相结合，研制集成式的知识系统，己成为农业专家系统的一个重要的发展趋势。将面向对象编程技术、地理信息系统(GIS )、知识工程、特别是当今的多媒体技术、计算机网络技术、Internet等技术与专家系统相互集成等，以提高系统求解问题的能力和性能，不仅做到将知识理论化、智能化而且做到系统的通用和知识共享。 2、总结近几年的农业专家系统，特别是植保方面的专家系统，具有浏览、查询、推理等功能，但推理机制过于简单，不是很充分，而且数据在安全性方面处理的比较差。 3、对结论不能给与足够的解释，更准确的说，不能从普通用户的角度对结论给予解释说明。合理解释结论，这对于用户来说是一项重要的功能，有时候用户
38、只要求知道答案，可是大部分用户需要知道结论得出的理由，而通常的专家系统无法对它的行为做出有说服力的解释，即使给予解释，也只能够告诉用户它使用了哪些规则得出的结论，而程序具体用了什么规则，这又不是用户所关心的事情，这种解释在用户面前显得苍白无力。 4、知识获取、知识维护困难较大，知识获取还有待进一步研究。 5、系统可移植性差，程序的运行受操作系统左右。程序多半局限VF, VB, VC+等语言编写，当然也有用现成的专家系统生成工具进行套用的，使用较小的数据库处理简单数据。多数是基于WINDOWS平台运行而且是单机操作，成为自成体系的孤岛型技术，当换个操作系统运行时，程序不能正常使用。农业领域涉及多
39、领域知识，我们要充分利用网络平台，构建农业专家系统，加强农业信息网络化和数据库的建设，及时解决实际问题。所以系统在开发时，如果能考虑到跨平台、基于网络系统，实现数据共享，就更能体现程序较强的通用性、更大范围的使用价值了。6、农业专家系统多是静态的系统。农业许多因素和时间、气候、地理环境息息相关，这就要求建立的专家系统的知识库、数据库等必须是动态的，要因时因地而异，不断进行更新。而我国目前的农业专家系统时效性差，后台维护、管理跟不上速度。重在理论研究，忽视实际效应。1.3本文研究的目的、意义 (1)综上所述，由于我国目前的农业实际情况和现有农业专家系统存在的问题，有必要研制开发水稻病害方面的专家
40、系统。 (2)根据国家政策形式，国家一再强调重视农业，想方设法地发展农业，建设社会主义新农村。而水稻是我国主要的粮食作物。现阶段，随着绿色优质稻米的生产，水稻在我国农村经济中发挥越来越重要的作用，而各种病害一直是制约水稻生产的严重障碍因素，它们种类多，危害重，而水稻专家又不能随叫随到，这就给稻区的广大稻民和技术人员在准确诊断和及时防治有害生物方面带来极大的困难。随着计算机和网络的普及，我们应该充分利用这些高科技资源，针对我省病害发生种类及病症特点等具体因素开发一个以水稻病害诊断、查询为主要功能的专门性的专家系统，系统虽不是真正水稻专家，但在某种方面起到专家的作用，对问题的解决具有实时性，使农业
41、专家系统真正成为农民朋友的好帮手。 (3)目前专家系统己渗透众多领域，并产生了巨大的社会效益和经济效益。我国国情和发达国家经验表明通过专家系统等信息技术整理、推广农业领域专家的先进技术和经验，全面提升农业生产、管理、经营水平有重要的现实意义。 (4)对水稻病害专家系统的深入研制，将推动专家系统在推理及知识管理方面向更深层次发展，使人机界面更进一步人性化。 (5)因专家系统需考虑的因素比较多，再加上农业领域知识本身不确定因素也较多，随着人工智能的飞速发展，对专家系统要求的硬、软件指标也不断提升，这迫使农业专家系统不断地开发、完善，再开发、再完善。随着生产力的不断发展，科学技术的不断进步，对专家系
42、统的开发，特别是农业专家系统的开发，将是永无休止循环上升的过程。1.4主要研究内容 概括起来，本文的研究内容主要包括以下几个方面: (1)本文针对我国水稻病害具体发病症状，研究怎样给出合理的诊断、查询方案。 (2)如何对水稻病害知识库进行合理构建。 (3)如何实现知识库的管理和维护，实现系统良好的可扩展性和可维护性。 (4)推理机的设计与实现。 (5)人机接口的设计和实现 (6)探讨了Web平台专家系统的网络安全，以及如何合理采用面向对象的设计方法分析和设计系统的各项功能。 第二章与本文相关的专家系统知识简介2. 1概念性知识2.1.1专家系统(Expert System简称ES)定义 由于专
43、家系统是一个新近的研究课题，其严格的内涵和外延尚未形成，再就是由于各个应用领域的特点不同，人们研究专家系统的出发点不同，看待问题的观点不同，追求的目标不同，导致对专家系统的定义存在不一致的看法。此外，专家系统的发展史是各种系统不断进化的历史，人们在不同时期对专家系统的理解是不完全一样的，上述各种原因造成了专家系统尚无统一的、严格的定义形式，但就其中心含义来讲，所谓专家系统，就是一种以知识为基础的智能化的计算机软件系统，它将领域专家的知识、经验加以总结，存入计算机建立知识库，采用合适的控制策略、按输入的原始数据进行推理、演绎，做出判断和决策，因此能起到领域专家的作用，专家系统是人工智能的一个重要
44、分支C97 L672.1.2专家系统的主要特征 专家系统是一个基于知识的系统，它用领域专家提供的专门知识，模拟人类专家的思维过程，解决本领域中的问题。专家系统本身是一个程序，但它与传统程序又有所不同，它将知识从处理流程中独立出来，是一类特殊的基于知识的系统。 专家系统的特征主要体现在以下几个方面 (1)启发性:专家系统除能利用大量专业知识，进行逻辑推理判断外，还可以利用经验知识、直觉的评判知识作为启发条件，对求解问题作假设、联想，对推理起到启发、引导作用，使推理继续进行。 (2)透明性:专家系统一般具有解释机构，对问题结论给予解释说明，以便用户更好地理解答案的依据，这对用户来说体现了专家系统具有较好的透明性。 (3)具备具有专家级别的专业知识解决专业问题的能力。专家系统的知识来源于同领域的高水平的专家，公开发表的书籍、刊物等，建造专家系统的目的是达到一个领域专家在解决问题时所体现的高水平、高质量、高速度，能够解决人类领域专家解决的复杂问题的，这体现专家系统的高性能和优良特性。 (4)具有交互性。专家系统一般具有良好的人机界面，可以进行方便的人机交互。2.1.3专家系统的功能与结构1.专家系统的功能根据所处理的任务类型和对象不同
