溫室黃瓜安全生產(chǎn)智能管理專家決策系統(tǒng)的開發(fā)

1、溫室黃瓜安全生產(chǎn)智能管理專家決策系統(tǒng)的開發(fā),賀超興( 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所100081）黃丹楓（上海交通大學(xué)農(nóng)學(xué)院 200015）2007年7月長(zhǎng)春,上海市科技興農(nóng)重點(diǎn)攻關(guān)資助項(xiàng)目,引言 我國(guó)已有多種大田作物生產(chǎn)管理專家系統(tǒng)應(yīng)用，然而蔬菜作物生長(zhǎng)模擬研究開展較少，作為園藝研究人員應(yīng)該把研究重點(diǎn)放在對(duì)產(chǎn)量形成直接相關(guān)的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程和產(chǎn)量病害發(fā)生等指標(biāo)的模擬，把經(jīng)驗(yàn)性的知識(shí)上升為精確量化的知識(shí)，形成真正的“知

2、識(shí)模型”和數(shù)學(xué)模型。 基于黃瓜生長(zhǎng)模擬模型和日光溫室環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)本研究初步建立了黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育專家決策系統(tǒng),以便為生長(zhǎng)管理和生產(chǎn)決策提供信息化的服務(wù)平臺(tái)。,,溫室生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn),溫室生態(tài)系統(tǒng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shù),監(jiān)測(cè)和調(diào)控,,,,研制智能專家系統(tǒng)的意義,溫室黃瓜生產(chǎn),生長(zhǎng)發(fā)育期,育苗期,定植期,開花期,坐果期,管理預(yù)測(cè),病蟲害預(yù)防,定單農(nóng)業(yè),,,,,,,環(huán)境控制,,,系

3、統(tǒng)總體結(jié)構(gòu),知識(shí)體系,知識(shí)庫(kù),管理系統(tǒng),,,環(huán)境控制,,常用的知識(shí),,黃瓜栽培技術(shù),,病蟲害控制,,整個(gè)系統(tǒng),,有關(guān)的知識(shí),,采用英國(guó)ELE環(huán)境監(jiān)測(cè)站對(duì)溫室溫光水氣CO2等環(huán)境因子進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采用溫濕度儀、光量子儀、CO2測(cè)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(yuǎn)程無(wú)線數(shù)字系統(tǒng)采集溫室環(huán)境參數(shù)人工測(cè)量調(diào)查黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育變化與光溫關(guān)系，建立生長(zhǎng)模型。,日光溫室周年溫濕度環(huán)境通用數(shù)據(jù)庫(kù),1. ELD

4、AR-SHANY智能環(huán)境監(jiān)測(cè)儀的功能包括：,采集作物生長(zhǎng)信息：作物根部基質(zhì)濕度、溫度溫室內(nèi)外的濕度、溫度作物生長(zhǎng)的光照作物吸收水分營(yíng)養(yǎng)莖流作物葉面溫度、蒸騰量作物莖、果實(shí)生長(zhǎng)速度,溫室使用的ELDAR-SHANY智能環(huán)境監(jiān)測(cè)儀，可對(duì)番茄果實(shí)生長(zhǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),,,溫室內(nèi)外光照及溫室內(nèi)的溫度、濕度、二氧化碳傳感器及土壤水分,AUTO－500B的計(jì)算機(jī)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及所采數(shù)據(jù),2. AUTO-500B 溫室綜合控制與數(shù)據(jù)采集器的功

5、能包括：,3. 溫室無(wú)線遠(yuǎn)程環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器的功能包括：,環(huán)境數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上網(wǎng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享多點(diǎn)多溫室采集,知識(shí)庫(kù)的基礎(chǔ),在中國(guó)農(nóng)科院蔬菜花卉研究所“十五”863項(xiàng)目“可控環(huán)境蔬菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)全季節(jié)栽培技術(shù)體系開發(fā)研究”成果基礎(chǔ)上。 通過(guò)對(duì)多年日光溫室環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和處理，建立了環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù),得出了黃瓜生長(zhǎng)較為完善的生長(zhǎng)發(fā)育參數(shù)和栽培量化指標(biāo)。 根據(jù)這些量化指標(biāo)和栽

6、培知識(shí)，基于環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)建立起專家決策系統(tǒng),對(duì)實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)、智能控制和計(jì)算機(jī)管理有重要的意義。,知識(shí)庫(kù)的建立,病蟲控防,栽培管理知識(shí)庫(kù)的主要內(nèi)容,概述=(栽培歷史,栽培現(xiàn)狀,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值)生物學(xué)特性=(生物學(xué)性狀,對(duì)環(huán)境條件的要求,黃瓜的花芽分化,果實(shí)的發(fā)育和產(chǎn)量)生產(chǎn)基礎(chǔ)知識(shí)=(施肥技術(shù),農(nóng)藥使用技術(shù))育苗=(育苗設(shè)施及苗床種類,種子消毒,催芽播種,工廠化育苗新技術(shù))茬口安排及栽培技術(shù)=(秋冬茬、越冬茬、冬春茬、新技術(shù)),綠色食品

7、知識(shí)庫(kù)的主要內(nèi)容,綠色食品基本知識(shí)綠色食品農(nóng)藥使用準(zhǔn)則無(wú)公害、綠色、有機(jī)食品的區(qū)別無(wú)公害蔬菜生產(chǎn)技術(shù)保障體系有機(jī)食品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)綠色食品安全衛(wèi)生指標(biāo),多媒體VCD,,黃瓜有機(jī)栽培技術(shù)溫室黃瓜栽培技術(shù),病蟲害知識(shí)庫(kù),病害概述=(病害名稱、照片、病害癥狀,發(fā)病條件,防治技術(shù))蟲害概述=(蟲害名稱、照片、生活習(xí)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(jié)果)知識(shí)庫(kù)維護(hù)=（病害添加、蟲害添加、病害診斷庫(kù)添加

8、）,智能決策功能的開發(fā),通過(guò)分析和研究溫室黃瓜生產(chǎn)管理的現(xiàn)狀以及目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于專家系統(tǒng)、輔助決策系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，我們提出了三個(gè)原則。,,,簡(jiǎn)單,靈活,實(shí)用,系統(tǒng)各功能模塊,環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)模塊,生長(zhǎng)管理模塊,預(yù)測(cè)功能模塊,幫助手冊(cè)模塊,,,,,,,,環(huán)境數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊,,,產(chǎn)量效益預(yù)測(cè)模塊,,算法采用：根據(jù)溫室黃瓜產(chǎn)量由栽培密度、平均單株瓜數(shù)及平均單瓜重三個(gè)因子決定，從而根據(jù)單株黃瓜擔(dān)瓜數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)采收上市量。效益預(yù)測(cè)則根據(jù)上市時(shí)的市場(chǎng)價(jià)格與產(chǎn)量扣

9、除生產(chǎn)成本得出。計(jì)算數(shù)據(jù)：溫室栽培密度由定植時(shí)獲得、單果瓜由品種決定，單株座瓜數(shù)根據(jù)人工調(diào)查獲得。,,,,產(chǎn)量效益計(jì)算程序,產(chǎn)品采收期預(yù)測(cè),目的：為定單農(nóng)業(yè)服務(wù)實(shí)現(xiàn)方式：根據(jù)黃瓜品種生育期的生理發(fā)育天數(shù)值，結(jié)合已建立的溫室環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)資料，通過(guò)軟件程序計(jì)算就可以得出黃瓜的主要生育期到達(dá)日期如播期、定植期、開花期、采收期等一系列有用的目標(biāo)值。,,環(huán)境數(shù)據(jù)導(dǎo)入,生長(zhǎng)階段預(yù)測(cè)模塊,,算法采用：根據(jù)溫室周年環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)的參數(shù)計(jì)算黃瓜不同季

10、節(jié)的生理發(fā)育天數(shù)來(lái)根據(jù)播期確定黃瓜采收期或根據(jù)市場(chǎng)采收期安排播種期計(jì)算數(shù)據(jù)：溫室環(huán)境周年數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合實(shí)際環(huán)境溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。 具體實(shí)現(xiàn)：采用SQL查詢化語(yǔ)言實(shí)現(xiàn) ，把 梯形積分公式簡(jiǎn)化成和的形式,,,,田間管理檔案記錄,采用了數(shù)據(jù)庫(kù)編程可以記錄溫室代號(hào)、管理人員、田間操作類型、方式及數(shù)量如施肥、灌溉、打藥的種類、濃度、時(shí)間、用量等及對(duì)田間病蟲害發(fā)生情況的調(diào)查結(jié)果及采收、放秧、打葉等操作過(guò)程 。

11、,,田間管理檔案,溫室病害發(fā)生預(yù)測(cè)模塊,,算法采用：根據(jù)黃瓜不同病害發(fā)生的發(fā)病條件結(jié)合溫室周年溫度、濕度環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)的參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)短期內(nèi)溫室黃瓜病害發(fā)生的可能發(fā)生率，并通過(guò)對(duì)溫室環(huán)境實(shí)測(cè)值的運(yùn)用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)上提前采取措施來(lái)早期預(yù)防病害的發(fā)生。,,,,溫室環(huán)境數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊,,由于不同地區(qū)溫室的環(huán)境參數(shù)不同，同一地區(qū)不同溫室的參數(shù)也不同，同一溫室不同年份的環(huán)境參數(shù)也有一定差異，因此采用通用環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際值可能有一定偏差，本軟件設(shè)置

12、的溫室環(huán)境參數(shù)導(dǎo)入模塊可以將具備數(shù)據(jù)采集條件的溫室采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入系統(tǒng)，更新原有環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)用于生產(chǎn)預(yù)測(cè)，從而提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度和降低誤差率。該模塊可將溫室自動(dòng)采集的溫、濕度環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)以Access數(shù)據(jù)庫(kù)的形式直接導(dǎo)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于計(jì)算生理發(fā)育天數(shù)進(jìn)行生長(zhǎng)期預(yù)測(cè)和病害預(yù)測(cè)，亦可通過(guò)人工方式將測(cè)得數(shù)據(jù)導(dǎo)入Access數(shù)據(jù)庫(kù)文件再導(dǎo)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(hào)、聯(lián)系方法及本專家系統(tǒng)各功能模塊的內(nèi)

13、容組成和主要作，可以為生產(chǎn)者應(yīng)用提供應(yīng)用說(shuō)明和參數(shù)輸入方法，指導(dǎo)新用戶的使用 。,,未來(lái)發(fā)展設(shè)想,完善溫室環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)，建立不同類型日光溫室周年環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)用于預(yù)測(cè)和指導(dǎo)生產(chǎn)研究黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育與輻照、溫度的量化關(guān)系建立溫室黃瓜高產(chǎn)栽培環(huán)境量化管理指標(biāo)體系開發(fā)基于生長(zhǎng)發(fā)育模型的溫室黃瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培管理決策支持系統(tǒng)和和可視化軟件，并具有網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)功能。,溫室黃瓜專家系統(tǒng)的完善和應(yīng)用,根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要，補(bǔ)充新模塊，增加實(shí)用功能知識(shí)和模塊。結(jié)合

14、驗(yàn)證試驗(yàn)，充實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)，提出簡(jiǎn)化的環(huán)境數(shù)據(jù)測(cè)量應(yīng)用新方法。應(yīng)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(jìn)行生產(chǎn)示范推廣，明確黃以專家系統(tǒng)的應(yīng)用效果。,專家系統(tǒng)用于輔助決策、智能管理和預(yù)測(cè)分析,在專家系統(tǒng)管理的溫室引進(jìn)可視化攝像系統(tǒng)，結(jié)合環(huán)境參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程生產(chǎn)監(jiān)控。利用黃瓜生長(zhǎng)的數(shù)學(xué)理論模型對(duì)黃瓜生產(chǎn)的主要環(huán)境因子進(jìn)行優(yōu)化將建立的溫室黃瓜專家系統(tǒng)進(jìn)行品種特性、溫室參數(shù)