海南无公害蔬菜生产专家诊断模型的构建与集成开发

董定超+梁伟红+濮文辉+秦小立

摘 要 以海南无公害蔬菜生产管理为背景，以生产实际数据和专家经验为应用基础，整合农业技术成果，构建无公害蔬菜生产专家诊断模型，开发海南无公害蔬菜生产咨询专家系统，将黄瓜、黄灯笼辣椒和苦瓜3种海南典型无公害蔬菜生产管理规则通过系统工程植入系统，应用于海南省无公害蔬菜生产。

关键词 无公害蔬菜 ；生产 ；专家系统

分类号 S63

Construction and Integrated Development of Expert Diagnosis Model for Pollution-free Vegetable Production in Hainan

DONG Dingchao LIANG Weihong PU Wenhui QIN Xiaoli

（Science and Technology Information Research Institute， CATAS， Danzhou， Hainan 571737）

Abstract With pollution-free vegetable production management as the background， the paper integrates agriculture technology achievements， build pollution-free vegetable production expert diagnosis model， and develop consultation expert system of pollution-free vegetable production based on the application of actual production data and expert experience in Hainan. This system includes cucumber， yellow lantern chili and balsam pear for actual production.

Keywords non-pollution ； vegetable ； production ； expert system

随着人民生活水平的提高和对生态环境问题认识的不断深化，人们的消费已逐步从数量型向质量型转变，对蔬菜质量有了新的要求，生产供应无公害蔬菜的呼声越来越高。

海南具有全国一流的农业生产环境，自然条件优势得天独厚。空气、河流、湖泊、近岸海域环境质量，一直保持在国家一级标准内。同时，海南四面环海，具备天然的屏障，能够有效防治和阻止内地病虫害对本省瓜菜的侵害，发展无公害蔬菜生产具有很大的优势。自2000年以来，作为加强农产品质量安全管理的一项举措，海南省积极开展创建无公害农产品生产基地活动。海南省政府一直把无公害瓜菜的发展作为建设海南生态省的一项重要内容。目前全省已建立了无公害瓜果菜示范基地317个，已建立起琼海市、儋州市、三亚市、文昌市等4个全国无公害蔬菜生产示范市，无公害蔬菜生产基地达38.8万亩[1]。虽然海南无公害蔬菜生产发展势头较好，也取得了一定的进步，但就目前的生产现状看，还存在产业组织化程度和科技含量低，病虫害严重，农药残留、品种分级方式不规范，销售渠道不畅，信息化水平不高等问题。

笔者以生产实际数据和专家经验为应用基础，整合农业技术成果，构建无公害蔬菜生产专家诊断模型，开发海南无公害蔬菜生产咨询专家系统。该系统旨在帮助海南菜农解决在无公害蔬菜生产过程中所遇到的品种选择、栽培技术、病虫害防治、合理施肥等一系列问题，为海南无公害蔬菜生产管理和决策的智能化、科学化和数字化提供一定的借鉴。

1 数据的收集与整理

1.1 数据获取

1.1.1 数据范围

海南无公害蔬菜生产专家咨询系统数据的采集范围是海南省的无公害蔬菜的生产栽培管理等一系列的知识规程，主要包括文字、数据等形式的内容。

1.1.2 数据内容

海南无公害蔬菜生产专家咨询系统采集内容主要按照蔬菜种类采集，具体内容包括（1）黄瓜：收集整理黄瓜无公害生产栽培系列基础信息，内容包括园地选择、品种选择、育苗管理、播种定植管理、无公害栽培技术等；（2）黄灯笼辣椒：收集整理黄灯笼辣椒无公害生产栽培系列基础信息，内容包括产地环境、生产条件、栽培技术、病虫害防治等；（3）苦瓜：收集整理海南苦瓜无公害栽培相关信息，内容包括产地环境、栽培技术、病虫害防治、田园清洁、采收等。

2 模块的设计

2.1 变量的确定

变量是指没有固定的值，可以改变的数。在农业生产过程中存在很多变量，因此在农业生产专家诊断模型构建的过程中，变量的确定是农业生产实体向数字模型转化的首要条件。根据海南无公害蔬菜生产的实际情况，依照农业生产实物进行初期规划和拟定，如作物、土壤条件、病虫害等；在主变量确定后，依照二级细分原则，将变量进行枚举，包括变量、变量类型、变量归属等。具体见表1。

2.2 决策规则的设置

规则就是数据库中对存储在表的列或用户自定义数据类型中的值的规定和限制。规则是单独存储的独立的数据库对象[2]。对于规则的制定，规则的制定需要充分考量变量在规则中的可用性和实用性，目的在于形成更简单高效的推理机作为模型算法的基础。在编写知识规则中，要做到尽可能涵盖本领域的所有情况。保证知识的完整性和推理的严密性。

求解型知识规则的编写以“黄瓜土壤酸碱度决策”为例，见表2。

诊断型知识规则编写以黄瓜病害诊断为例，见表3。

从表2、3可以看出，要充分考虑到变量的所有情况，才能保证决策的完整性与准确性。endprint

2.3 模块设置

按照农业生产管理及物候规律将专家诊断分为3个阶段，分别为“产前管理”、“产中管理”和“产后管理”。具体见图1。每个阶段通过模型构建对作物生长进行诊断，集成一种或几种作物生产规则，形成一个完整的决策模型，以农民可以通读的语句简单提示和选择[3]。

3 数据模型的集成开发

3.1 模块的构建

通过对生产实际结合较为紧密、实用型的相关领域专家的咨询和探讨，以及相关领域资料的收集整理，根据课题需求分析，对黄瓜、黄灯笼辣椒、苦瓜等3种主要热带蔬菜生产专家系统流程进行系统总体分析与设计，搭建了3种海南无公害蔬菜生产模块。

3.1.1 黄瓜专家系统各模块主要功能设计

黄瓜专家系统建立了 8大诊断决策模块，产前管理模块主要具备无公害蔬菜的产地环境条件、园地选择、品种选择；产中管理模块主要具备播种定植管理、病虫害诊断防治、肥料及农药的施用；产后管理模块主要具备采收、贮藏保鲜。

3.1.2 黄灯笼辣椒专家系统各模块主要功能设计

灯笼辣椒专家系统建立了10大诊断决策模块，产前管理模块主要具备无公害蔬菜的产地环境条件、生产条件、园地选择、品种选择；产中管理模块主要具备育苗、播种定植管理、田间管理、生长发育诊断、病虫害防治、肥料及农药的施用；产后管理模块主要具备贮藏保鲜。

3.1.3 苦瓜专家系统各模块主要功能设计

苦瓜专家系统建立了10大诊断决策模块，产前管理模块主要具备无公害蔬菜的产地环境条件、园地选择、品种选择；产中管理模块主要具备育苗、播种定植管理、田间管理、病虫害防治、肥料及农药的施用；产后管理模块主要具备采收、田园清洁。

3.2 诊断模型集成开发

3.2.1 事实表与事实库搭建

根据决策项目的内容确定事实表结构。搭建了3种主要无公害蔬菜生产事实表，由事实表组成事实库。标准表是为事实表服务的。标准文件中存放的是用户在进行推理需要直接调用的数据，如栽培数据、环境数据、病虫害数据等。标准表的结构和事实表的结构需一致，才能实现从数据库中调用数据。事实表根据标准表结构，设置了： 帐户、日期、编号、生产栽培等字段，由此输入与数据项对应的蔬菜生产栽培事实。事实表对应字段与标准表具有数据关联性，见图2。

3.2.2 专家系统的推理决策

推理决策是根据事实表中用户输入的信息和数据，推理机调用知识库中的知识和规则推理出决策结果，在推荐结果的显示上用户可有选择的显示相关信息，同时可以对推理的过程进行浏览。需要注意的是对前面建立的事实表中所涉及的参数的定义必须要和后面知识规则定义中的各项一一对应，否则推理机调用知识规则将推理不出决策结果[4]。

3.3 专家系统的生成

将相关作物对应的知识规则输入到按标准表结构建立的事实表中（总知识规则达300余条），进行知识规则定义，最终打包发布形成海南无公害蔬菜生产客户端查询页面，建立黄灯笼辣椒、黄瓜、苦瓜等3种海南无公害蔬菜生产专家系统。

3.4 诊断模型的应用

专家系统的规则全部录入完成后，就可以进行事实录入、推理。推理测试无误后，就可以打包、发行了。将开发好的专家系统打包后即可提供给用户使用 。系统运行后，其主要由主页、智能决策、专家论坛、专家答疑，专家知识，系统管理和帮助共7个功能菜单组成[5]。用户可以使用以上版块进行问题求解与信息咨询。系统首页如图3所示，在屏幕上部选择功能模块，在屏幕左部选择蔬菜种类，即可进行园地选择、品种选择、等诸多操作。具体流程见图4。

4 结语

本研究从变量映射、规则梳理和模型构建三个方面入手，在科技研究成果的基础上，将计算机网络信息、人工智能等现代计算机技术与蔬菜种植、病虫害防护等农业专业知识结合，研制出海南无公害蔬菜生产专家诊断模型。该诊断模型经过安装调试使用后，能够较好的运行，基本上达到了设计要求。用户界面友好，内容丰富，操作灵活。从实践上将现代信息技术应用到海南省无公害蔬菜生产中。构建海南无公害蔬菜生产专家咨询系统，促进海南无公害蔬菜生产管理决策的科学化、智能化及信息化，为海南反季节蔬菜及绿色农业建设提供信息支撑和数据保障。

但是农业生产过程中的不确定因素较多，生产上也面临很多尚未解决的问题或难题，可供决策的知识相对来说比较缺乏，所以在诊断模型的构建和知识库的建立等方面还存在不足，因此，该系统还需要在实际生产运用中不断加以完善。

参考文献

[1] 海南省推进无公害农业建设进程纪实. http：//d.gouhainan.com/index.php？m=content&c=index&a=show

&catid=5&id=60.2007-11-12

[2] 段爱玲，杨丽华，于桂玲，等. 数据库原理与应用[M]. 北京邮电大学出版社有限公司，2010.

[3] 陈赞章，张 峰，张德生. 基于PAID5.0的农业智能专家系统开发研究[J]. 农学学报，2011，（12）：43-48.

[4] 王海江，马玉成，吕 新. 基于 PAID 平台的新疆棉花施肥专家系统的建立[J]. 新疆农业科学，2007，44（S3）：111-115.

[5] 国家农业信息化工程技术研究中心[Z]. 农业专家系统开发平台PAID5.0使用手册.endprint

2.3 模块设置

按照农业生产管理及物候规律将专家诊断分为3个阶段，分别为“产前管理”、“产中管理”和“产后管理”。具体见图1。每个阶段通过模型构建对作物生长进行诊断，集成一种或几种作物生产规则，形成一个完整的决策模型，以农民可以通读的语句简单提示和选择[3]。

3 数据模型的集成开发

3.1 模块的构建

通过对生产实际结合较为紧密、实用型的相关领域专家的咨询和探讨，以及相关领域资料的收集整理，根据课题需求分析，对黄瓜、黄灯笼辣椒、苦瓜等3种主要热带蔬菜生产专家系统流程进行系统总体分析与设计，搭建了3种海南无公害蔬菜生产模块。

3.1.1 黄瓜专家系统各模块主要功能设计

黄瓜专家系统建立了 8大诊断决策模块，产前管理模块主要具备无公害蔬菜的产地环境条件、园地选择、品种选择；产中管理模块主要具备播种定植管理、病虫害诊断防治、肥料及农药的施用；产后管理模块主要具备采收、贮藏保鲜。

3.1.2 黄灯笼辣椒专家系统各模块主要功能设计

灯笼辣椒专家系统建立了10大诊断决策模块，产前管理模块主要具备无公害蔬菜的产地环境条件、生产条件、园地选择、品种选择；产中管理模块主要具备育苗、播种定植管理、田间管理、生长发育诊断、病虫害防治、肥料及农药的施用；产后管理模块主要具备贮藏保鲜。

3.1.3 苦瓜专家系统各模块主要功能设计

苦瓜专家系统建立了10大诊断决策模块，产前管理模块主要具备无公害蔬菜的产地环境条件、园地选择、品种选择；产中管理模块主要具备育苗、播种定植管理、田间管理、病虫害防治、肥料及农药的施用；产后管理模块主要具备采收、田园清洁。

3.2 诊断模型集成开发

3.2.1 事实表与事实库搭建

根据决策项目的内容确定事实表结构。搭建了3种主要无公害蔬菜生产事实表，由事实表组成事实库。标准表是为事实表服务的。标准文件中存放的是用户在进行推理需要直接调用的数据，如栽培数据、环境数据、病虫害数据等。标准表的结构和事实表的结构需一致，才能实现从数据库中调用数据。事实表根据标准表结构，设置了： 帐户、日期、编号、生产栽培等字段，由此输入与数据项对应的蔬菜生产栽培事实。事实表对应字段与标准表具有数据关联性，见图2。

3.2.2 专家系统的推理决策

推理决策是根据事实表中用户输入的信息和数据，推理机调用知识库中的知识和规则推理出决策结果，在推荐结果的显示上用户可有选择的显示相关信息，同时可以对推理的过程进行浏览。需要注意的是对前面建立的事实表中所涉及的参数的定义必须要和后面知识规则定义中的各项一一对应，否则推理机调用知识规则将推理不出决策结果[4]。

3.3 专家系统的生成

将相关作物对应的知识规则输入到按标准表结构建立的事实表中（总知识规则达300余条），进行知识规则定义，最终打包发布形成海南无公害蔬菜生产客户端查询页面，建立黄灯笼辣椒、黄瓜、苦瓜等3种海南无公害蔬菜生产专家系统。

3.4 诊断模型的应用

专家系统的规则全部录入完成后，就可以进行事实录入、推理。推理测试无误后，就可以打包、发行了。将开发好的专家系统打包后即可提供给用户使用 。系统运行后，其主要由主页、智能决策、专家论坛、专家答疑，专家知识，系统管理和帮助共7个功能菜单组成[5]。用户可以使用以上版块进行问题求解与信息咨询。系统首页如图3所示，在屏幕上部选择功能模块，在屏幕左部选择蔬菜种类，即可进行园地选择、品种选择、等诸多操作。具体流程见图4。

4 结语

本研究从变量映射、规则梳理和模型构建三个方面入手，在科技研究成果的基础上，将计算机网络信息、人工智能等现代计算机技术与蔬菜种植、病虫害防护等农业专业知识结合，研制出海南无公害蔬菜生产专家诊断模型。该诊断模型经过安装调试使用后，能够较好的运行，基本上达到了设计要求。用户界面友好，内容丰富，操作灵活。从实践上将现代信息技术应用到海南省无公害蔬菜生产中。构建海南无公害蔬菜生产专家咨询系统，促进海南无公害蔬菜生产管理决策的科学化、智能化及信息化，为海南反季节蔬菜及绿色农业建设提供信息支撑和数据保障。

但是农业生产过程中的不确定因素较多，生产上也面临很多尚未解决的问题或难题，可供决策的知识相对来说比较缺乏，所以在诊断模型的构建和知识库的建立等方面还存在不足，因此，该系统还需要在实际生产运用中不断加以完善。

参考文献

[1] 海南省推进无公害农业建设进程纪实. http：//d.gouhainan.com/index.php？m=content&c=index&a=show

&catid=5&id=60.2007-11-12

[2] 段爱玲，杨丽华，于桂玲，等. 数据库原理与应用[M]. 北京邮电大学出版社有限公司，2010.

[3] 陈赞章，张 峰，张德生. 基于PAID5.0的农业智能专家系统开发研究[J]. 农学学报，2011，（12）：43-48.

[4] 王海江，马玉成，吕 新. 基于 PAID 平台的新疆棉花施肥专家系统的建立[J]. 新疆农业科学，2007，44（S3）：111-115.

[5] 国家农业信息化工程技术研究中心[Z]. 农业专家系统开发平台PAID5.0使用手册.endprint

2.3 模块设置

按照农业生产管理及物候规律将专家诊断分为3个阶段，分别为“产前管理”、“产中管理”和“产后管理”。具体见图1。每个阶段通过模型构建对作物生长进行诊断，集成一种或几种作物生产规则，形成一个完整的决策模型，以农民可以通读的语句简单提示和选择[3]。

3 数据模型的集成开发

3.1 模块的构建

通过对生产实际结合较为紧密、实用型的相关领域专家的咨询和探讨，以及相关领域资料的收集整理，根据课题需求分析，对黄瓜、黄灯笼辣椒、苦瓜等3种主要热带蔬菜生产专家系统流程进行系统总体分析与设计，搭建了3种海南无公害蔬菜生产模块。

3.1.1 黄瓜专家系统各模块主要功能设计

黄瓜专家系统建立了 8大诊断决策模块，产前管理模块主要具备无公害蔬菜的产地环境条件、园地选择、品种选择；产中管理模块主要具备播种定植管理、病虫害诊断防治、肥料及农药的施用；产后管理模块主要具备采收、贮藏保鲜。

3.1.2 黄灯笼辣椒专家系统各模块主要功能设计

灯笼辣椒专家系统建立了10大诊断决策模块，产前管理模块主要具备无公害蔬菜的产地环境条件、生产条件、园地选择、品种选择；产中管理模块主要具备育苗、播种定植管理、田间管理、生长发育诊断、病虫害防治、肥料及农药的施用；产后管理模块主要具备贮藏保鲜。

3.1.3 苦瓜专家系统各模块主要功能设计

苦瓜专家系统建立了10大诊断决策模块，产前管理模块主要具备无公害蔬菜的产地环境条件、园地选择、品种选择；产中管理模块主要具备育苗、播种定植管理、田间管理、病虫害防治、肥料及农药的施用；产后管理模块主要具备采收、田园清洁。

3.2 诊断模型集成开发

3.2.1 事实表与事实库搭建

根据决策项目的内容确定事实表结构。搭建了3种主要无公害蔬菜生产事实表，由事实表组成事实库。标准表是为事实表服务的。标准文件中存放的是用户在进行推理需要直接调用的数据，如栽培数据、环境数据、病虫害数据等。标准表的结构和事实表的结构需一致，才能实现从数据库中调用数据。事实表根据标准表结构，设置了： 帐户、日期、编号、生产栽培等字段，由此输入与数据项对应的蔬菜生产栽培事实。事实表对应字段与标准表具有数据关联性，见图2。

3.2.2 专家系统的推理决策

推理决策是根据事实表中用户输入的信息和数据，推理机调用知识库中的知识和规则推理出决策结果，在推荐结果的显示上用户可有选择的显示相关信息，同时可以对推理的过程进行浏览。需要注意的是对前面建立的事实表中所涉及的参数的定义必须要和后面知识规则定义中的各项一一对应，否则推理机调用知识规则将推理不出决策结果[4]。

3.3 专家系统的生成

将相关作物对应的知识规则输入到按标准表结构建立的事实表中（总知识规则达300余条），进行知识规则定义，最终打包发布形成海南无公害蔬菜生产客户端查询页面，建立黄灯笼辣椒、黄瓜、苦瓜等3种海南无公害蔬菜生产专家系统。

3.4 诊断模型的应用

专家系统的规则全部录入完成后，就可以进行事实录入、推理。推理测试无误后，就可以打包、发行了。将开发好的专家系统打包后即可提供给用户使用 。系统运行后，其主要由主页、智能决策、专家论坛、专家答疑，专家知识，系统管理和帮助共7个功能菜单组成[5]。用户可以使用以上版块进行问题求解与信息咨询。系统首页如图3所示，在屏幕上部选择功能模块，在屏幕左部选择蔬菜种类，即可进行园地选择、品种选择、等诸多操作。具体流程见图4。

4 结语

本研究从变量映射、规则梳理和模型构建三个方面入手，在科技研究成果的基础上，将计算机网络信息、人工智能等现代计算机技术与蔬菜种植、病虫害防护等农业专业知识结合，研制出海南无公害蔬菜生产专家诊断模型。该诊断模型经过安装调试使用后，能够较好的运行，基本上达到了设计要求。用户界面友好，内容丰富，操作灵活。从实践上将现代信息技术应用到海南省无公害蔬菜生产中。构建海南无公害蔬菜生产专家咨询系统，促进海南无公害蔬菜生产管理决策的科学化、智能化及信息化，为海南反季节蔬菜及绿色农业建设提供信息支撑和数据保障。

但是农业生产过程中的不确定因素较多，生产上也面临很多尚未解决的问题或难题，可供决策的知识相对来说比较缺乏，所以在诊断模型的构建和知识库的建立等方面还存在不足，因此，该系统还需要在实际生产运用中不断加以完善。

参考文献

[1] 海南省推进无公害农业建设进程纪实. http：//d.gouhainan.com/index.php？m=content&c=index&a=show

&catid=5&id=60.2007-11-12

[2] 段爱玲，杨丽华，于桂玲，等. 数据库原理与应用[M]. 北京邮电大学出版社有限公司，2010.

[3] 陈赞章，张 峰，张德生. 基于PAID5.0的农业智能专家系统开发研究[J]. 农学学报，2011，（12）：43-48.

[4] 王海江，马玉成，吕 新. 基于 PAID 平台的新疆棉花施肥专家系统的建立[J]. 新疆农业科学，2007，44（S3）：111-115.

[5] 国家农业信息化工程技术研究中心[Z]. 农业专家系统开发平台PAID5.0使用手册.endprint