施肥专家系统的开发与研究

２００６年第ｌＯ期　福建电脑　１６７　施肥专家系统的开发与研究　张　巍　ｆ河南农业职业学院　河南郑州４５１４５０、　【摘要】：本文分析了网络环境和单机环境下施肥专家系统的开发过程，专家系统的结构、功能厦实现技术。　【关键词】：施肥，网络系统，知识库，系统结构　１．前言　随着农业结构的的调整．经济作物的种植面积越来越大．优　质高产需要对作物栽培技术提高出了更高的要求．使农民即时　获取作物栽培技术、了解作物生长与时节的水、肥、温度、病虫害　发生情况的信息的是摆在我们面前的紧迫任务　为此我们就河　南省的实际开发了河南配方施肥专家系统　ｌＥ害Ｐ　ｍＨ　｝■　艚　敷制荤　氍＾盛　鲫詹　蝴　２．系统开发方案　图１三层分布计算体系结构　配方施肥专家系统是运用信息技术、人工智能技术．多媒体　采用这种结构，具有开放性、扩展性好、维护方便、客户端界　技术等，汇集农业领域专家的知识、经验和技术，结合相应的计　面统一简单、成本低、跨平台性等诸多优点。另外，系统町在分布　算机技术研制而成的可以科学指导农业生产实际的智能化信息　于网络环境下的多计算机上实现和运行．也可在单机环境下实　系统。　现和运行．解决了还不具备上网条件用户的问题　配方施肥专家系统是把农业领域的专家知识、实践经验、科　２．５软件编程方面的技术　技成果、数据资料、等有关信息与计算机技术相结合．构建了针　针对专家系统所需实现的功能．采用Ｍｉｃｍｓｏｆｔ公司的ＡＳＰ　对不同情况推荐优化方案的综合性专家系统　通过大面积的推　新技术开发动态交互式网络应　程序。ＡＳＰ属于Ｓｅｒｖｅｒ端技术．　广应用．对推动农业科技进步有重要的理论价值和实践意义。　对客户浏览器要求不高．使用其提供的五个内置服务器组件和　２．１系统开发的总体目标及原则　对象以及其它ＡｃｔｉｖｅＸ控件．可方便灵活地组织程序．既避免了　河南配方施肥专家系统的总体目标是以河南省农业实际为　传统的ＣＧＩ的复杂编程，又提高了程序效率．节省了网络带宽和　基础．农业专家和计算机专家紧密协作．采用智能化信息技术高　服务器资源。在数据库访问上利用ＡＤＯ（ＡｃｔｉｖｅＸ　Ｄａｔａ　Ｏｂｉｅ，Ｃｔ）对　度集成、组装配套有重要价值和应用前景的农业技术成果．开发　象。在服务器端运行ＶＢＳｃｒｉｐｔ或ＪＳｃｒｉｐｔ脚本代码、ＳＱＬ命令，通　可在单机和网络上运行的面向基层的专家系统软件　过ＯＤＢＣ接１３联接到后台ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ数据库．使用ＳＱＬ语句即　２。２软硬件选择　可存取系统数据库　对于单机运行而言．系统所需的硬件环境为ＩＢＭ—ＰＣ机及　另外一个技术特色是，在本专家系统中才　了最新的ＸＭＬ　其兼容机。软件平台为Ｗｉｎｄｏｗｓ９ｘ／２０００　技术。作为一个在线专家系统．需要把领域专家的知识通过文　对于网络运行而青．系统采用三层Ｂ／Ｓ结构　Ｗｅｂ浏览器为　字、符号、声音、罔形、图像、视频流等方式传达给用户．构成一个　表现层，提供人机交互界面，包括蠢媒体信息、表单提交及决策　基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／Ｉｎｔｒａｎｅｔ的信息系统　ＸＭＬ能够有效地表达网络上　结果等：服务器为应用层．提供专家系统中与应用逻辑有关的各　的各种知识．为信息的交换和计算提供新的载体　ＸＭＬ可以说　种服务构件；数据库系统为数据层，提供各类数据库。包括知识　是网络信息的标准代码．它表示的不是符号信息．而是知识化的　库、模型库等。网络操作系统采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　ｗｉｎｄｏｗｓ２０００　ｓｅｒｖｅｒ．　块状内容。它代表了网络上的互操作的方向。例如．本专家系统　数据库服务器采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ　２０００　硬件环境要求Ｐ　中．采用ＸＭＬ技术在病虫草害模块中实现了矗询功能．并利用　Ⅳ２．６／４０Ｇ／２５６Ｍ以上。用户可以通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，Ｉｎｔｒａｎｅｔ来实现对　超链接使用户能够方便地查询详细情况　系统的访问　３．１多媒体生产管理及信息交互子系统的设计　２＋３系统拟实现功能　本系统运行于Ｉｎｔｅｍｅｔ之上．用户只要通过浏览器就可以来　系统实现功能主要包括三个方面：　获得他们所需要的信息。功能的实现主要使用ＨＴＭＬ和ＸＭＬ技　ｆ１）信息交互子系统。包括一般性知识、咨询服务、相关站　术．部分页面的设计还使用了ＡＳＰ技术。考虑到系统需要包含　ｎ、占　、ｏ　众多的多媒体信息．因此我们也注熏了图片及录象的剪裁设计。　（２１多媒体生产管理咨询子系统。包括文字、声音、图片、影　为方便用户使用．我们采刚了表单处理技术及对话框提示的方　像等。　式．力求页面布局简明直观。　（３１决策支持子系统。作物种植地方根据地壤质地和作物品　３，２知识库构建　种进行施肥种类、施肥时期、施肥量进行决策。　在施肥专家系统的知识库中．知识表示为事实、知识规则和　采用这种层次化、模块化结构．解决了用户随机查询的问　结论　知识库中既存贮了农业专家的知识和经验．也存贮了许多　题，叉便于系统的及时扩充和维护。　基本数据．例如，农田地理位置、土壤质地、土壤养分含量（Ｎ、Ｐ、　２．４系统框架　Ｋ、Ｍｎ）、种植作物品种及当地气象条件、有效积温、ｔ：ｌ平均气温　系统结构采用当前Ｗｅｂ应用主流技术即”Ｗｅｂ浏览器／Ｗｅｂ　：等。此外，知识库中还要存贮必要的约束性规则。而且，当　户提　服务器／数据库系统”的三层分布计算体系结构（见图１），ｗｅｂ浏　交信息进行决策时．相应的信息也要进入知识库．参与推理　览器为表现层．提供专家系统人机交互界面．为用户提供多媒体　知识获取把解决问题的专门知识转化为计算机可以识别的　信息显示，表单及决策结果等；Ｗｅｂ服务器为应用层，提供专家　代码．知识的表示通过规则来实现。每一条规则都包含前提和结　系统中与应用逻辑有关的各种服务构件．也是系统运行的枢纽　论以及阅值和可信度。阈值指定推理时。某规则是否可以应用。　部分；数据库系统为数据层，提供和管理各类数据库，包括对数　阈值给定的范围内．由前提推出结论．结论由可信度标明其逻　据库、知识库和模型库的存取访问。　辑蕴涵强度。各规则之间具有逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑异或　等关系．此外规则间还具有互补和互斥关系。上述规则都是基于　维普资讯 http://www.cqvip.com

１６８　福建　电脑　２００６年第１Ｏ期　知识的．要进行推理还必须建立基于规则的规则．以确定规则之　间的联系．从而实现规则之间的计算。规则的提取和逻辑关系的　确定由领域专家和知识工程师共同完成．然后集成为规则库。　考虑上述原因．农业知识库由三部分组成，分别是静态知识　库、动态知识库和规则库　将农业专家的经验和知识用数学模型法处理后存贮为静态　知识库．它包括品种决策知识库、播量播期知识库、施肥知识库、　病虫草害知识库以及收获储藏知识库等内容。此外，静态知识库　还存贮了各地基本数据．如：海拔、积温、日平均气温等。　动态知识库根据用户的决策需求．保存推理机计算出的中　间值和过程参数．并将最终的结果通过推理机发送到Ｗｅｂ服务　器。动态知识库针对各地用户的具体查询而建立．在运行中动态　更新．有利于保证静态知识库的安全性、一致性和完整性。　规则库则建立了事实与结论之间的逻辑关系．当用户进行　决策时．由系统从用户所建立的事实表中提取数据，并发送到推　理机．由推理机决定所需适用的规则．然后进行推理。　知识库中的知识由事实和规则组成．规则分为两种．一种是　用于逻辑推理的演绎性规则．另一种是完整性约束规则，用来检　验事实。因此，知识库中就包含了某个领域的大量知识，其中既　有事实性知识．也有规则性知识　在我们所研究和开发的系统中．知识库可细分为规则库、静　态知识库和动态知识库　这三种知识存储方式依靠太型数据库　ＳＱＬ　ＳＥＲＶＥＲ　２０００来实现。　为了便于系统检索．规则中各条件部分和结论部分的表示　法与全局数据库中数据的表示形式尽量保持一致．并尽可能简　化．这样也便于推理机将规则条件与全局数据库中的数据进行　比较判断，根据动作部分修改全局数据库的数据。其次，给不同　的农业生产决策模块分别以不同模块名、知识ＩＤ来标识．同时　为了系统管理需要．还有一些文件管理和控制表的设计。根据需　要划分为元知识表、知识表、结果表、文件类别表、控制文档、界　面文档、事实表、帐户表、模块定义表、地理信息表、系统运行参　数表等等　（上接第１９６页）　利用ＯＤＢＣ可以使得知识库的访问容易实现。当用户填写　事实表中的各项数据并发送后，数据就被提交到相应的ＡＳＰ程　序．由后者建立与知识库的连接。并在推理模型的控制下完成推　理任务．然后结果被送到客户端的浏览器。　３．３推理机制　推理就是依据一定的原则和事实推出结论的过程。从逻辑　角度划分，推理方式有：演绎推理、归纳推理、外展推理、非单词　推理和不精确推理。从推理方法分类，可以有：基于规则的推理、　基于模型的推理和基于事例的推理三类。　本系统是基于规则的产生式系统．因而其推理机制是演绎　性推理。规则中的结论可以是另外一些规则的”前件”（前提条　件１．而某些规则的前提条件也可以是另外一些规则的结论。利　用产生式系统的推理机制可以是前件驱动式和结论驱动式两　种．分别对应正向推理和反向推理。　目前．我们已经在多项决策中使用了多级推理。多级推理的　主要优点在于：第一，在构建规则库时可以大大减少了数据组合　数量．从而减少了规则数量，可以提高推理的效率；第二，在数据　组合量很大的情况下．可以有效地减少规则数量，消除推理瓶　颈：第三，控制策略的执行效率高，易于快速搜索匹配，对于不合　理数据能够及早发现：第四，推理结构层次清晰精练，调试和维　护极为方便．当模型的个别因子因农业条件变化而需要修正时，　不必做大的改动就可以实现升级　要实现多级推理必须认真分　析和钻研模型，合理设计推理结构和层次。在数据组合数量较少　的情况下．由前提事实直接推理出结论的优点是十分明显的，开　发容易．不易出错。　４．数据更新　鉴于专家知识的复杂性．尤其是各地土壤养分含量整理时　需要大量的资料．并且受农业生产周期、生产环境、生产过程的　影响．因此。数据库数据需要不断的更新，所以开发数据更新与　修改界面．用户可根据自己种植情况的改变提交某一地块土壤　养分的含量．数据库管理员核实后对数据进行更新。　１０００。新旧校区分馆各设一台。服务器用图书馆已有的设备，放　通过以上设置．新旧图书馆工作机虽然处于不同的局域网，一样　在旧馆机房，新馆不增设服务器。新馆只需掭一些相关的工作　机。网络连接如图２所示。　４．１方通１Ｏ０ｏ防火墙设置　方通１０００防火墙同时具有路由功能．能够实现ＮＡＴ技术　设置。对于资金不足的图书馆．且只需实现跨校区访问内部服务　也能实现互访内部设备　４．４数据安全的解决　通过上述设置．很明显数据通过校园网时使用了公网ｌＰ　（２１０．３４．３６．９９）。这就存在数据安全的问题。那么如何解决这一　问题呢？具体办法如下：　（１１设置防火墙规则，２１０．３４．３６．９９这个ＩＰ只能通过新馆防　器，使用这套设备很实用。而且。所有功能设置均支持Ｗｉｎｄｏｗｓ　２１９．２２０．１０９３５１来访问。以保证只有新馆的工作机能访问　界面，容易管理。两校区图书馆防火墙的内部端口０ｎｓｉｄｅ１．均连　火墙（接图书馆内部网络．设置为私网ＩＰ（￣ｆｌ旧校区为１９２．１６８．０．１３８、　这个ＩＰ。　新校区为１９２．１６８．０．１３９）；外部端口（Ｏｕｔｓｉｄｅ），连接校园网，设置　ｆ２１将服务器上的数据库绑定在私网ＩＰ（１９２．１６８．０．１６５）＆。　为公网ＩＰｆ如旧校区为２１０．３４．３６．９、新校区为２１９．２２０．１０９．３５）。　这样一来．只有内部网络的工作机能够访问这台服务器，并获取　４．２服务器与工作机的设置　数据。　服务器与工作机均设置私网ＩＰ。如：图书管理系统服务器　设置为１２．９１６８．０．１６５．其他工作机设置为１９２．１６８．０．１—２５４没有　被占用的地址。　４．３跨校区访问内部服务器的实现　图书管理系统服务器已设置了私网ＩＰ（１９２．１６８．０．１６５）．对　于旧馆同属一个局域网的工作机访问这台服务器不会存在任何　问题，但对于新馆的工作机（虽然也设置了一样的私网ＩＰ１，由于　不属于同一个局域网。也就无法直接访问这台服务器。为了解决　这一问题，我们就利用ＮＡＴ技术借助校园网。在两个分馆之间　实现内部网络互访。实现步骤如下：　（１）在旧馆路由器上设置ＮＡＴ规则。利用静态地址转换。将　服务器私网ＩＰ（１９２．１６８．０．１６５）￣校园网ＩＰ￣１０．３４．３６．９９１建立转　换。以实现新馆的工作机通过校园网也能访问旧馆的内部服务　ｆ３１将两边的防火墙均配置为只能由内部指定计算机登录　管理，避免遭到外界攻击。　通过以上设置．就实现了跨校区内部网络设备的互访，而且　数据安全也得到了保障。　５结束语　目前．ＮＡＴ技术已在我校新旧校区图书馆图书管理系统中　正式投入使用　通过新旧馆之间的通还通借、资源共享、数据安　全等方面，取得了一定的效果。在使用过程中，我们将不断探索、　总结，使其更加完善，并得到更广泛的应用。　参考文献：　１．鲁士文．计算机通信网络【Ｍ】．北京：科学出版社。２０００　２．顾新征。黄文学．如何提高校因网的安全性Ⅱ】．计算机系统应用，２００２，４　３．曾达志．用ＶＬＡＮ构建大型局城网络Ⅱ】．计算机与通信．１９９８，２５２７　器。　（２１在新馆路由器上设置ＮＡＴ规则，将访问私网ＩＰ（１９２．　４．刘自虹．路由嚣ＮＡＴ功能在互联网上的应用与配置田　中国数据通讯　１６８．０．１６５）转换为访问２１０．３４．３６．９９。以实现新馆工作机访问图　５．胡志宙．ＮＡＴ路由嚣在图书馆网络中的应用们．新世纪图书馆，２００４。５　书管理系统时，虽然使用私网ＩＰ。也能达到旧馆的服务器上。ｆ因　６．王华伟．图书馆计算机网络的ＮＡＴ解决方案Ⅱ】．现代图书情报技术　为为了增加数据安全。将数据库与私网ＩＰ绑定，以保证新馆工　２００１。５　作机访问数据库时，必须使用私网１Ｐ。所以需要增加这项设置。１　网络，２０００。６