溫室黃瓜安全生產智能管理專家決策系統(tǒng)的開發(fā)

1、溫室黃瓜安全生產智能管理專家決策系統(tǒng)的開發(fā),賀超興( 中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所100081）黃丹楓（上海交通大學農學院 200015）2007年7月長春,上海市科技興農重點攻關資助項目,引言 我國已有多種大田作物生產管理專家系統(tǒng)應用，然而蔬菜作物生長模擬研究開展較少，作為園藝研究人員應該把研究重點放在對產量形成直接相關的生長發(fā)育進程和產量病害發(fā)生等指標的模擬，把經驗性的知識上升為精確量化的知識，形成真正的“知

2、識模型”和數學模型。 基于黃瓜生長模擬模型和日光溫室環(huán)境數據庫本研究初步建立了黃瓜生長發(fā)育專家決策系統(tǒng),以便為生長管理和生產決策提供信息化的服務平臺。,,溫室生態(tài)系統(tǒng)的特點,溫室生態(tài)系統(tǒng),結構簡單,具可控性,,作物的種類比較單一；害蟲種類有限,,環(huán)境參數,監(jiān)測和調控,,,,研制智能專家系統(tǒng)的意義,溫室黃瓜生產,生長發(fā)育期,育苗期,定植期,開花期,坐果期,管理預測,病蟲害預防,定單農業(yè),,,,,,,環(huán)境控制,,,系

3、統(tǒng)總體結構,知識體系,知識庫,管理系統(tǒng),,,環(huán)境控制,,常用的知識,,黃瓜栽培技術,,病蟲害控制,,整個系統(tǒng),,有關的知識,,采用英國ELE環(huán)境監(jiān)測站對溫室溫光水氣CO2等環(huán)境因子進行實時監(jiān)測，采用溫濕度儀、光量子儀、CO2測定儀及LI-6400光合作用儀研究了日光溫室溫、濕、CO2變化的規(guī)律。采用遠程無線數字系統(tǒng)采集溫室環(huán)境參數人工測量調查黃瓜生長發(fā)育變化與光溫關系，建立生長模型。,日光溫室周年溫濕度環(huán)境通用數據庫,1. ELD

4、AR-SHANY智能環(huán)境監(jiān)測儀的功能包括：,采集作物生長信息：作物根部基質濕度、溫度溫室內外的濕度、溫度作物生長的光照作物吸收水分營養(yǎng)莖流作物葉面溫度、蒸騰量作物莖、果實生長速度,溫室使用的ELDAR-SHANY智能環(huán)境監(jiān)測儀，可對番茄果實生長進行監(jiān)測,,,溫室內外光照及溫室內的溫度、濕度、二氧化碳傳感器及土壤水分,AUTO－500B的計算機自動數據采集系統(tǒng)及所采數據,2. AUTO-500B 溫室綜合控制與數據采集器的功

5、能包括：,3. 溫室無線遠程環(huán)境檢測系統(tǒng)數據采集器的功能包括：,環(huán)境數據采集遠程無線傳輸數據實時上網遠程實時監(jiān)測數據共享多點多溫室采集,知識庫的基礎,在中國農科院蔬菜花卉研究所“十五”863項目“可控環(huán)境蔬菜高產優(yōu)質全季節(jié)栽培技術體系開發(fā)研究”成果基礎上。 通過對多年日光溫室環(huán)境數據的采集和處理，建立了環(huán)境數據庫,得出了黃瓜生長較為完善的生長發(fā)育參數和栽培量化指標。 根據這些量化指標和栽

6、培知識，基于環(huán)境數據庫建立起專家決策系統(tǒng),對實現工廠化生產、智能控制和計算機管理有重要的意義。,知識庫的建立,病蟲控防,栽培管理知識庫的主要內容,概述=(栽培歷史,栽培現狀,營養(yǎng)價值)生物學特性=(生物學性狀,對環(huán)境條件的要求,黃瓜的花芽分化,果實的發(fā)育和產量)生產基礎知識=(施肥技術,農藥使用技術)育苗=(育苗設施及苗床種類,種子消毒,催芽播種,工廠化育苗新技術)茬口安排及栽培技術=(秋冬茬、越冬茬、冬春茬、新技術),綠色食品

7、知識庫的主要內容,綠色食品基本知識綠色食品農藥使用準則無公害、綠色、有機食品的區(qū)別無公害蔬菜生產技術保障體系有機食品生產標準綠色食品安全衛(wèi)生指標,多媒體VCD,,黃瓜有機栽培技術溫室黃瓜栽培技術,病蟲害知識庫,病害概述=(病害名稱、照片、病害癥狀,發(fā)病條件,防治技術)蟲害概述=(蟲害名稱、照片、生活習性、危害、防治方法）病害診斷=(發(fā)病部位、發(fā)病癥狀、邏輯條件,診斷結果)知識庫維護=（病害添加、蟲害添加、病害診斷庫添加

8、）,智能決策功能的開發(fā),通過分析和研究溫室黃瓜生產管理的現狀以及目前國內外關于專家系統(tǒng)、輔助決策系統(tǒng)的研究現狀，我們提出了三個原則。,,,簡單,靈活,實用,系統(tǒng)各功能模塊,環(huán)境數據庫模塊,生長管理模塊,預測功能模塊,幫助手冊模塊,,,,,,,,環(huán)境數據導入模塊,,,產量效益預測模塊,,算法采用：根據溫室黃瓜產量由栽培密度、平均單株瓜數及平均單瓜重三個因子決定，從而根據單株黃瓜擔瓜數來預測采收上市量。效益預測則根據上市時的市場價格與產量扣

9、除生產成本得出。計算數據：溫室栽培密度由定植時獲得、單果瓜由品種決定，單株座瓜數根據人工調查獲得。,,,,產量效益計算程序,產品采收期預測,目的：為定單農業(yè)服務實現方式：根據黃瓜品種生育期的生理發(fā)育天數值，結合已建立的溫室環(huán)境數據庫數據資料，通過軟件程序計算就可以得出黃瓜的主要生育期到達日期如播期、定植期、開花期、采收期等一系列有用的目標值。,,環(huán)境數據導入,生長階段預測模塊,,算法采用：根據溫室周年環(huán)境數據庫的參數計算黃瓜不同季

10、節(jié)的生理發(fā)育天數來根據播期確定黃瓜采收期或根據市場采收期安排播種期計算數據：溫室環(huán)境周年數據庫結合實際環(huán)境溫度數據進行校正。 具體實現：采用SQL查詢化語言實現 ，把 梯形積分公式簡化成和的形式,,,,田間管理檔案記錄,采用了數據庫編程可以記錄溫室代號、管理人員、田間操作類型、方式及數量如施肥、灌溉、打藥的種類、濃度、時間、用量等及對田間病蟲害發(fā)生情況的調查結果及采收、放秧、打葉等操作過程 。

11、,,田間管理檔案,溫室病害發(fā)生預測模塊,,算法采用：根據黃瓜不同病害發(fā)生的發(fā)病條件結合溫室周年溫度、濕度環(huán)境數據庫的參數來預測短期內溫室黃瓜病害發(fā)生的可能發(fā)生率，并通過對溫室環(huán)境實測值的運用來指導生產上提前采取措施來早期預防病害的發(fā)生。,,,,溫室環(huán)境數據導入模塊,,由于不同地區(qū)溫室的環(huán)境參數不同，同一地區(qū)不同溫室的參數也不同，同一溫室不同年份的環(huán)境參數也有一定差異，因此采用通用環(huán)境數據庫進行的預測結果與實際值可能有一定偏差，本軟件設置

12、的溫室環(huán)境參數導入模塊可以將具備數據采集條件的溫室采集的實時數據直接導入系統(tǒng)，更新原有環(huán)境數據庫用于生產預測，從而提高預測準確度和降低誤差率。該模塊可將溫室自動采集的溫、濕度環(huán)境參數數據以Access數據庫的形式直接導入系統(tǒng)數據庫，用于計算生理發(fā)育天數進行生長期預測和病害預測，亦可通過人工方式將測得數據導入Access數據庫文件再導入。,,,,病蟲害防治軟件,幫助模塊,本模塊記錄了本軟件的作者、版本號、聯系方法及本專家系統(tǒng)各功能模塊的內

13、容組成和主要作，可以為生產者應用提供應用說明和參數輸入方法，指導新用戶的使用 。,,未來發(fā)展設想,完善溫室環(huán)境數據庫，建立不同類型日光溫室周年環(huán)境數據庫用于預測和指導生產研究黃瓜生長發(fā)育與輻照、溫度的量化關系建立溫室黃瓜高產栽培環(huán)境量化管理指標體系開發(fā)基于生長發(fā)育模型的溫室黃瓜高產優(yōu)質栽培管理決策支持系統(tǒng)和和可視化軟件，并具有網絡互動功能。,溫室黃瓜專家系統(tǒng)的完善和應用,根據生產實際需要，補充新模塊，增加實用功能知識和模塊。結合

14、驗證試驗，充實環(huán)境數據庫，提出簡化的環(huán)境數據測量應用新方法。應用專家系統(tǒng)給出的肥水優(yōu)化措施，提出不同栽培條件下優(yōu)化量化的灌水施肥方案。在不同類型溫室基地進行生產示范推廣，明確黃以專家系統(tǒng)的應用效果。,專家系統(tǒng)用于輔助決策、智能管理和預測分析,在專家系統(tǒng)管理的溫室引進可視化攝像系統(tǒng)，結合環(huán)境參數的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現遠程生產監(jiān)控。利用黃瓜生長的數學理論模型對黃瓜生產的主要環(huán)境因子進行優(yōu)化將建立的溫室黃瓜專家系統(tǒng)進行品種特性、溫室參數