喬 建 ，沈佐銳 ，李 穎 ，劉 偉 ，邢 鯤 ，王 鑫 ，楊慧勇 ，牛國飛

（1.太原市星火技術(shù)發(fā)展中心，山西太原030009；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，北京100193；3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，山西太原030032）

隨著信息技術(shù)的日益成熟和不斷發(fā)展，高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日趨成熟，在良好的軟硬件環(huán)境、速率高達(dá)100 M/1 000 M的網(wǎng)絡(luò)被普及、技術(shù)部門與用戶間密切合作的今天，遠(yuǎn)程咨詢系統(tǒng)已被運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域[1]。在農(nóng)業(yè)方面，由于對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的需求，遠(yuǎn)程咨詢已成為一些發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一個(gè)關(guān)鍵組成。我國在這方面也做了有益的嘗試，并取得了一定的成就，特別是近年來，國家高新技術(shù)發(fā)展計(jì)劃對(duì)農(nóng)業(yè)方面的大力投入更是使信息技術(shù)推廣于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的多個(gè)方面。可以預(yù)見，隨著我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，遠(yuǎn)程咨詢技術(shù)將向多樣化、通用化、專業(yè)化方面發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程信息咨詢必將發(fā)揮出更大的作用。

本研究根據(jù)昆蟲分類學(xué)中以二叉式分類為主的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了基于二叉分類推理的昆蟲分類輔助鑒定，建立病蟲害輔助診斷系統(tǒng)[2]。該系統(tǒng)是基于當(dāng)前主流的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在Internet上結(jié)合PHP動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁與MYSQL等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來構(gòu)建的。該平臺(tái)可以集文字、圖像等多媒體信息于一體，為農(nóng)業(yè)病蟲害的診斷與識(shí)別提供一個(gè)有效的輔助工具。

1 病蟲害遠(yuǎn)程輔助診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)根據(jù)病蟲害分類學(xué)中以二叉式分類為主的特點(diǎn)[3]，實(shí)現(xiàn)了基于二叉分類推理的病蟲害分類輔助鑒定，是基于當(dāng)前主流的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（也采用了二叉式推理方式對(duì)病蟲害進(jìn)行分類鑒定），在Internet上結(jié)合PHP動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁與MYSQL等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來構(gòu)建的。該系統(tǒng)主要包括多媒體知識(shí)庫（規(guī)則庫）、推理機(jī)、系統(tǒng)界面等幾個(gè)部分，可以集文字、圖像、聲音等多媒體信息于一體[4]，為農(nóng)業(yè)病蟲害的診斷與識(shí)別提供一個(gè)有效的輔助工具。該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及人機(jī)交互對(duì)話機(jī)制如圖1所示。

1.1 專家系統(tǒng)知識(shí)庫（規(guī)則庫）的設(shè)計(jì)

檢索表是分類分析的工具，它廣泛應(yīng)用于各分類單元的鑒定。在一般分類學(xué)研究中，都是由專家根據(jù)所需鑒定類群的特點(diǎn)編制成分類鑒定檢索表，在分類鑒定過程中，根據(jù)所獲取樣本的特點(diǎn)，對(duì)照檢索表進(jìn)行查詢鑒定。目前最通用的檢索表形式是兩項(xiàng)式檢索表，如果與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來對(duì)照的話，應(yīng)該說這種檢索表的結(jié)構(gòu)就是一種二叉樹結(jié)構(gòu)。對(duì)于專家系統(tǒng)而言，如何有效地進(jìn)行專家知識(shí)的組織，也就是專家系統(tǒng)知識(shí)庫的構(gòu)建，對(duì)專家系統(tǒng)的功能有很大的影響。具體到本平臺(tái)系統(tǒng)，如何將所涉及到的分類鑒定檢索表以數(shù)據(jù)庫形式表示成知識(shí)庫成為本研究所要解決的主要問題。專家系統(tǒng)知識(shí)庫以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建。另外，該數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)（表1）還提供了多級(jí)分類單元結(jié)構(gòu)的支持，即在組織知識(shí)庫時(shí)，可將其根據(jù)對(duì)象組織成不同級(jí)別的分類單元，識(shí)別過程可逐級(jí)進(jìn)行，使得系統(tǒng)知識(shí)庫的組織更加條理化，避免因知識(shí)庫過于龐大而引起的維護(hù)不便等問題。

表1 昆蟲分類系統(tǒng)知識(shí)庫的結(jié)構(gòu)示例

該知識(shí)庫中不但包含了病蟲害分類檢索表中描述的文字特征[5]，同時(shí)還包含傳統(tǒng)分類檢索表中所不具備的各種多媒體信息，如昆蟲特征圖片、聲音、視頻等，如果把這種結(jié)構(gòu)表示成二叉樹的形式，那么其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。本系統(tǒng)知識(shí)庫中“對(duì)應(yīng)的下一級(jí)特征序號(hào)”值如果為“-1”，則表示已到達(dá)二叉樹某一分枝的終止結(jié)點(diǎn)。

1.2 平臺(tái)推理機(jī)制的研究

推理機(jī)制是專家系統(tǒng)的一個(gè)重要部分，主要實(shí)現(xiàn)由已知的信息來查找與之相匹配的客體。根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，推理機(jī)的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上就是完成對(duì)上述二叉樹結(jié)構(gòu)分枝結(jié)點(diǎn)的搜索過程[6]。在本研究中，推理機(jī)工作機(jī)制的流程為：根據(jù)用戶給出的信號(hào)→調(diào)出病蟲害分類鑒定的知識(shí)庫（規(guī)則庫）→從專家知識(shí)庫中提取相應(yīng)的條件（推理規(guī)則）顯示到用戶界面上→由用戶進(jìn)行判斷→移動(dòng)知識(shí)庫（規(guī)則庫）數(shù)據(jù)指針到對(duì)應(yīng)的下一級(jí)位置（圖3）。該過程將反復(fù)進(jìn)行，直到滿足某一條件時(shí)（對(duì)應(yīng)的下一級(jí)特征序號(hào)為-1），推理過程結(jié)束。給出輔助診斷結(jié)論，并提供相關(guān)信息（如所鑒定對(duì)象的生物學(xué)特性、危害特征和防治方法等）。

1.3 用戶功能模塊的的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的用戶界面主要包括兩部分，一部分是系統(tǒng)主界面，也就是用戶輔助鑒定界面，另一部分就是系統(tǒng)知識(shí)庫維護(hù)界面[7]。用戶輔助鑒定界面主要包括特征描述顯示區(qū)、特征圖片顯示區(qū)、提示信息顯示區(qū)、功能鍵區(qū)及其他相關(guān)功能區(qū)域。

以上對(duì)象需進(jìn)行合理化布局，以形成用戶友好的圖形用戶界面。其中，功能按鈕與推理機(jī)等相聯(lián)結(jié)，執(zhí)行分類鑒定功能。系統(tǒng)知識(shí)庫維護(hù)界面則是為系統(tǒng)維護(hù)人員（或信息服務(wù)提供單位）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)知識(shí)庫的維護(hù)提供便利。該平臺(tái)遵循Internet標(biāo)準(zhǔn)，使用戶能夠用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器直接進(jìn)行訪問并進(jìn)行分類鑒定（圖4）。

1.4 平臺(tái)系統(tǒng)的合成

通過調(diào)試和檢驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行的硬、軟件環(huán)境是否安裝正確，檢查各個(gè)知識(shí)庫（規(guī)則庫）資料錄入是否正確，校驗(yàn)推理機(jī)的性能等，以保證系統(tǒng)各模塊的良好運(yùn)行。然后將上述各個(gè)模塊進(jìn)行有效的組合，其中要解決的問題主要就是將推理機(jī)、知識(shí)庫（規(guī)則庫）和用戶界面鏈接在一起，使之融合成一個(gè)整體，有效地進(jìn)行工作[8]。并編寫用戶手冊(cè)，將該系統(tǒng)打包，給用戶提供完整的應(yīng)用方案。最后進(jìn)行系統(tǒng)綜合功能的測(cè)試，在本系統(tǒng)的測(cè)試過程中，重點(diǎn)測(cè)試本系統(tǒng)中推理機(jī)與知識(shí)庫之間的接口，以及各部分與主界面間的連接。

2 結(jié)論

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理的描述，本系統(tǒng)主要是根據(jù)有害生物分類鑒定信息建立相關(guān)的有害生物種/類信息及分類特征信息數(shù)據(jù)庫，通過將有害生物種/類和分類識(shí)別特征信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)形成有害生物種類鑒定專家知識(shí)庫；在此基礎(chǔ)上，通過提供用戶接口，使用戶能夠通過選擇等方式與系統(tǒng)進(jìn)行交互，所選取的特征經(jīng)推理機(jī)與有害生物種類特征進(jìn)行匹配，最終確定可能的有害生物種/類。

因此，從總體上來看，該系統(tǒng)除具有典型的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（在結(jié)構(gòu)上大體將其分為有害生物種類鑒定專家知識(shí)庫和用戶界面模塊等）外，同時(shí)具有知識(shí)庫管理模塊和推理機(jī)及專家系統(tǒng)解釋模塊等部分功能，有很強(qiáng)的靈活性和開放性。

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