種植制度知識(shí)模型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、種植制度知識(shí)模型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)彭漢艮姚霞朱艷曹衛(wèi)星3(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江蘇省信息農(nóng)業(yè)高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室農(nóng)業(yè)部作物生長(zhǎng)調(diào)控重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室江蘇南京210095)摘要:以優(yōu)化利用農(nóng)業(yè)自然資源為出發(fā)點(diǎn)著重運(yùn)用系統(tǒng)分析原理和數(shù)學(xué)建模技術(shù)來(lái)研究種植制度設(shè)計(jì)的知識(shí)表達(dá)體系在系統(tǒng)收集和分析種植制度設(shè)計(jì)方面的文獻(xiàn)資料以及專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過(guò)定量解析種植制度指標(biāo)與生態(tài)環(huán)境、品種類型、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系創(chuàng)建了種植制度設(shè)計(jì)知識(shí)模型充分利用軟構(gòu)件的

2、技術(shù)特點(diǎn)在Vis2ualC平臺(tái)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化和組件化的種植制度知識(shí)模型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了適宜作物選擇、作物搭配、作物布局設(shè)計(jì)和系統(tǒng)維護(hù)等功能。本研究克服了傳統(tǒng)種植制度專家系統(tǒng)地域性強(qiáng)和廣適性弱的不足為實(shí)現(xiàn)種植制度設(shè)計(jì)的定量化和數(shù)字化奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞:種植制度知識(shí)模型系統(tǒng)專家系統(tǒng)中圖分類號(hào):S126文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10002030(2005)02012504Designimplementationofaknowledgemodel

3、systemfdecision2makingoncroppingsystemPENGHan2genYAOXiaZHUYanCAOWei2xing3(Hi2TechKeyLabatyofInfmationAgricultureofJiangsuProvinceKeyLabatyofCropGrowthRegulationMinistryofAgricultureNanjingAgriculturalUniversityNanjing210

4、095China)Abstract:Takingoptimaluseofagriculturalnaturalresourcesintobasicconsiderationthisresearchfocusedonapplyingthesys2temanalysisprinciplemathematicalmodelingtechniquestoknowledgeexpressionsystemfcroppingsystemdesign

5、.Basedoncollectionanalysisofliteratureexpertknowledgeexperienceincroppingsystemaknowledgemodelfcroppingsystemdesignwasdevelopedbyquantifyingrelationshipsofcroppingsystemindicestoecologicalconditionscroptypessocialeconom2

6、iclevels.Withincpationofthesoftcomponentacteristicsacomponent2basedknowledgemodelsystemfdigitalcroppingsystemdesignwasestablishedontheplatfmofVisualC.Thesystemrealizedfourmajfunctionssuchassuitablecropse2lectioncropcombi

7、nationyear2roundcropdistributionsystemmaintenance.Thepresentknowledgemodelsystemovercomestheshtcomingsasspecificsitelimitationlowquantificationoftraditionalexpertsystemslaysafoundationffacilitatingthequantificationdigiti

8、zationofcroppingsystemdesign.Keywds:croppingsystemknowledgemodelsystemexpertsystem種植制度既是區(qū)域農(nóng)業(yè)微觀管理也是區(qū)域農(nóng)業(yè)宏觀調(diào)控的重要環(huán)節(jié)和基礎(chǔ)因此如何科學(xué)有效地進(jìn)行種植制度設(shè)計(jì)是亟待解決的重要問(wèn)題之一[12]。計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)等的發(fā)展使得種植制度設(shè)計(jì)的科學(xué)化和智能化成為可能尤其是專家系統(tǒng)的迅速發(fā)展及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理中的廣泛應(yīng)用極大地促進(jìn)了

9、種植制度優(yōu)化設(shè)計(jì)研究工作的發(fā)展[2～4]。然而傳統(tǒng)種植制度設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)中的知識(shí)規(guī)則一般包含了許多具有較強(qiáng)地域性和時(shí)間性的專家經(jīng)驗(yàn)和參數(shù)限制了不同環(huán)境條件下系統(tǒng)決策的廣適性和準(zhǔn)確性而且由于專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)規(guī)則越全面決策的效果就越好這樣就勢(shì)必帶來(lái)知識(shí)庫(kù)過(guò)于龐大的問(wèn)題[5]。因此筆者針對(duì)專家系統(tǒng)的這些弱點(diǎn)運(yùn)用系統(tǒng)學(xué)方法和結(jié)構(gòu)化途徑構(gòu)建并實(shí)現(xiàn)具有時(shí)空規(guī)律的種植制度設(shè)計(jì)知識(shí)模型系統(tǒng)旨在解決傳統(tǒng)種植制度設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)地域性強(qiáng)、知識(shí)庫(kù)龐大等難題從

10、而為實(shí)現(xiàn)種植制度設(shè)計(jì)的定量化和數(shù)字化奠定基礎(chǔ)。收稿日期:20050108基金項(xiàng)目:國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目(2003AA209030)國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(30030090)作者簡(jiǎn)介:彭漢艮(1970)碩士。3通訊作者Crespondingauth:曹衛(wèi)星(1958)教授主要從事作物生理生態(tài)與農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究Tel:02584396565E2mail:caow@njau1edu1cn。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)200528(2):125～1

11、28JournalofNanjingAgriculturalUniversity19942007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.113人機(jī)接口人機(jī)接口是系統(tǒng)的重要部件之一。本系統(tǒng)以Windows為界面通過(guò)下拉菜單、工具條、圖標(biāo)、圖形和表格等方式與用戶進(jìn)行交互整個(gè)操作只要通過(guò)簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)點(diǎn)按或快捷鍵敲擊即可完成。2系統(tǒng)的主要功能及技術(shù)原理種植制度

12、知識(shí)模型系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)作物選擇、作物搭配、作物布局設(shè)計(jì)和系統(tǒng)維護(hù)等功能(圖2)。211作物選擇系統(tǒng)首先通過(guò)比較決策點(diǎn)所能提供的生態(tài)條件和作物能夠生長(zhǎng)的上下限環(huán)境條件為用戶選擇能夠在決策點(diǎn)種植的作物并通過(guò)調(diào)用作物氣候和土壤生態(tài)適應(yīng)性評(píng)價(jià)子模型分別計(jì)算所選作物的氣候、土壤及綜合適應(yīng)性指數(shù)。212作物搭配系統(tǒng)首先從熱量、降水和水熱綜合3個(gè)水平分別計(jì)算不同作物類型下的熟制潛力并選擇適宜的熟制類型然后結(jié)合作物選擇的結(jié)果為用戶進(jìn)行適宜的作物搭配。21

13、3作物布局設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)行作物布局設(shè)計(jì)子模型分別從經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益和綜合效益四個(gè)角度對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)然后通過(guò)比較綜合評(píng)價(jià)結(jié)果確定最佳作物布局方案。214系統(tǒng)維護(hù)系統(tǒng)對(duì)于不同的用戶授予不同的權(quán)限用戶可以在自己的權(quán)限范圍內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽、查詢、增加、修改、刪除等操作。3系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)例311系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境與工具系統(tǒng)在中文WindowsXP操作平臺(tái)上開(kāi)發(fā)。采用VisualC610[6]設(shè)計(jì)系統(tǒng)的人機(jī)界面和模型Foxpro61

14、0設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)由符合COM標(biāo)準(zhǔn)的以自動(dòng)化形式封裝的軟構(gòu)件[7]組裝而成各大構(gòu)件既能單獨(dú)使用又能方便地與其他構(gòu)件進(jìn)行銜接具有較好的靈活性。312系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例分別建立南京等不同緯度地區(qū)常年氣象數(shù)據(jù)庫(kù)、土壤數(shù)據(jù)庫(kù)、作物生態(tài)特性數(shù)據(jù)庫(kù)、種植業(yè)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)并利用本系統(tǒng)為不同地區(qū)分別設(shè)計(jì)了一套作物種植制度。結(jié)果表明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各套種植制度與特定地點(diǎn)采用的種植制度[89]基本上是一致的。本文僅例舉了系統(tǒng)計(jì)算的南京地區(qū)不同種植方式下

15、的作物氣候適應(yīng)性指數(shù)(表1)。根據(jù)模型中的約定作物氣候適應(yīng)性指數(shù)x0185為適應(yīng)0150x≤0185為較適應(yīng)0135x≤0150為較不適應(yīng)x≤0135為不適應(yīng)。從表1可以看出以上幾種作物在南京地區(qū)的氣候適應(yīng)性指數(shù)都大于015屬適宜種植范圍其中晚熟粳稻的適應(yīng)性最好表明模型系統(tǒng)具有較好的決策性和適用性。4小結(jié)在系統(tǒng)收集和分析種植制度設(shè)計(jì)方面的文獻(xiàn)資料以及專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過(guò)定量解析種植制度指標(biāo)與生態(tài)環(huán)境、品種類型、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件之間的動(dòng)

16、態(tài)關(guān)系創(chuàng)建了種植制度設(shè)計(jì)知識(shí)模型系統(tǒng)。與以往種植制度專家系統(tǒng)[34]相比本系統(tǒng)具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn):(1)普適性強(qiáng)。知識(shí)模型描述了氣象、土壤、品種、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等與種植制度的動(dòng)態(tài)關(guān)系克服了傳統(tǒng)種植制度設(shè)計(jì)及專家系統(tǒng)中經(jīng)驗(yàn)知識(shí)規(guī)則的時(shí)空適應(yīng)性差等弱點(diǎn)原則上能用于不同地點(diǎn)、土壤和生產(chǎn)條件下的種植制度設(shè)計(jì)。(2)高度精煉性。知識(shí)模型用定量化的數(shù)學(xué)模型代替了傳統(tǒng)專家系統(tǒng)中一條條知識(shí)規(guī)則實(shí)現(xiàn)了定性、半定量到定量的升級(jí)較好地解決了傳統(tǒng)專家系統(tǒng)中知