农作物病虫害防治知识库构建探讨

左志平，唐少先

（1.湖南农业大学生物安全科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.湖南农业大学信息科学技术学院，湖南 长沙 410128）

农业专家系统是应用人工智能技术和计算机技术，根据农业领域的专家知识、实验数据和数学模型，就某一领域农业问题进行推理、判断和决策的智能型计算机系统[1-2]。农业专家系统中保存着特定领域的农业信息和知识，通过智能化处理，对特定领域的农业问题提供有效的指导，为农技人员和农民提供方便、实用的农技咨询和服务[3-4]。近年来，随着互联网技术的飞速发展，在网络平台基础上构建的农业专家系统进一步提升了其应用水平。网络化的农业专家系统可从互联网获取信息，有效地扩展了专家系统的知识知识来源[5-7]。与此同时，手机平台的加入，使用户可在田间、地头随时进行信息咨询，加强了与用户的互动。农药是农业生产中病虫害防治不可或缺的资源，其品种繁多、应用面广、使用频繁。然而，在我国农业生产中，农药的使用缺乏科学的指导，常常造成不必要的资源浪费和环境污染[8]。因此，利用互联网构建新型农作物病虫害防治专家系统，科学地指导广大农户科学使用农药，对于建设现代化农业具有显著的现实意义。

1 领域知识的分类

农业专家系统一般由7 个部分组成[1]：知识库管理系统、独立的知识库、数据库、推理机、解释器、知识获取模块和用户界面。其中，知识库和推理机是农业专家系统最核心的部分[9-10]。知识库用于存储农业领域的原理性知识、农业专家的经验性知识以及相关事实等，其组织方式直接影响着专家系统的功能和质量。因此，设计结构优良、功能实用、易于扩展、能及时更新的知识库构架对整个专家系统十分重要。

将病虫害专家知识划分成4 个模块，独立进行管理，有助于知识获取和优化。

模块1：由农药类型的选择知识组成。对病虫害判别不清或采用不适当的农药，防治效果都会不理想，有时甚至会产生药害现象；由于农药自身防效的局限，有些农药对某些病虫有良好的防治效果，但对另一些病虫却无能为力，防效极差，此外，由于气象条件如不同的温度、湿度、光照、风力、阴晴等条件对病虫的发生、活动规律和防治效果也都有影响。因此，在使用农药之前，首先要分析农作物所患病虫害的具体情况，并结合区域环境、气候条件和农药购买者的经济条件选择适当的农药。这些知识对于农药的最终使用效果十分重要。

模块2：由用药时机知识组成。把握农药的使用时机十分重要，打药务必抓住时机，只有了解病虫害发生规律，才能药到病除。昆虫的活动除受日夜交替规律的支配之外，也有自己的“生物钟”。因此，应掌握害虫的活动规律，在一天中，分不同时间，有针对性地施药，才能达到最佳效果，提高农药的利用效率，并降低施药量和施药次数。

模块3：由施药方法知识、喷施器械的操作及使用知识组成。田间病虫的发生、危害和栖息在作物上都有一个固定的部位，这些特定的部位，便是农药作用的靶位点。射不中靶，农药防效就差，防效差了农户就会加大施药量或增加施药次数，如此循环，病菌和害虫的抗药性增强，进而阻碍农药发挥应有防效和潜在效能。因此，良好的施药方法很重要。目前，农村普遍使用的喷药器具，费劳力、浪费大、雾粒粗。这种喷雾器喷出的雾粒，一方面粘着性差，不利于药液附着于作用部位；另一方面沉积率低，药液滴落在土壤时容易随着雨水流失到水域中，不但造成浪费，而且严重污染环境。

模块4：由农药药效评估知识组成。有些用户在使用农药之后对于药效不能作出正确的评判，导致不必要的多次用药或缺乏必要的二次用药。因此，及时对药效作出正确的评估是农药应用中的重要问题，而一般用户往往缺乏这类专业知识。

2 与知识密切相关的农药信息

专家知识的使用往往需要相关信息配合。通过政府网站、市场、用户等提供的信息来提高知识的应用效能十分有效。这些信息包括：（1）药物质量和特性，例如农药试验登记信息、药效试验的相关信息和要求、已经使用该农药的用户评价及反馈意见等；（2）土壤及气候信息，从国家相关的环境数据库中获得地区的环境信息，农药管理部门的相关信息等。

3 知识的组织与表示方法

图1 知识库结构模型

为了提高知识获取及推理的效率，知识库被分成独立管理的四个层次：应用问题集合层、驱动规则集合层、领域专家知识层和相关信息层。

3.1 应用问题集合层

应用问题单独为一层，有利于应用问题的扩充。应用问题的求解通过调用驱动规则来实现，通过对规则的优化和调整可以实现对问题求解质量的优化。

3.2 驱动规则集合层

驱动规则是驱动系统服务的核心机制，它将问题求解规划为若干个操作。对问题求解的调整可通过相应驱动规则的调整来实现。驱动规则的前件以事实组成，而后件则对应若干函数。这样的表示方法有简明、可灵活改变求解模式、易于扩充等优点。

3.3 领域专家知识层

领域知识是在应用环境基础之上组成的相应模块。这样使得问题的求解更便捷，缩小了搜索范围。底层的信息集合用于优化求解，因为某些专家知识的运用依赖于具体环境中的状态参数值和信息。

3.4 具体规则的形式

驱动规则采用以目标的产生式规则为基础的形式，如：if 求解问题then 求解子问题1 and-----and 子问题k。这样有利于对问题求解的优化。

第3 层的知识可采用询问的嵌套规则，以增加与用户交互的能力，提高知识的应用效果。为了增强判断的准确性，还应配备典型病害图片的集合。

例如：If 农作物类型是A and 地域条件是B and 气候特征是C

then 展示（典型病害图片D）and { if 典型病害D 相似程度G 被确认then 列举（可选择农药）}

4 总 结

笔者提出了农作物病虫害防治专家系统知识的组织方案，该方案从模块化分层的角度构建新型知识库，适用于以互联网为基础的专家知识系统，对农作物病虫害防治专家系统的深入发展有十分积极的作用。

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