王鳳萍，柳小妮，李 毅，王紅霞，潘冬榮

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院／草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室／甘肅省草業(yè)工程實驗室／中－美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

草坪可以綠化、美化城市環(huán)境，有護(hù)坡固岸、防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水土和凈化空氣等作用，種植草坪不僅能為人們提供一個愉悅、干凈、舒適的工作和生活環(huán)境［1，2］，而且可獲得相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)效益［3－5］。

美國的草坪業(yè)已經(jīng)成為其十大支柱產(chǎn)業(yè)之一［6］，我國草坪業(yè)起步晚，但發(fā)展速度快。草坪業(yè)的迅速發(fā)展，促使新的草坪草品種不斷問世，建植管理技術(shù)也不斷更新。但與草坪相關(guān)的大量的科學(xué)資料和研究成果過于分散，加大了草坪工作者在草坪信息查詢過程中的工作量和復(fù)雜性［7］，給實際工作帶來不便。因此，在計算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展和普及的現(xiàn)代社會，利用計算機(jī)技術(shù)集成草坪研究成果，實現(xiàn)信息共享已成為當(dāng)前的形勢需要。近年來，在計算機(jī)草坪管理系統(tǒng)建設(shè)方面，取得了不少成果［2，8－13］。這些系統(tǒng)在草坪管理、雜草鑒別、草坪草種和草坪病蟲害等方面擁有的信息量較大，查詢簡捷方便，但數(shù)據(jù)時效性差，有的系統(tǒng)基于PC版，不利于推廣。

本研究擬設(shè)計一個具有智能決策和瀏覽查詢功能的草坪建植管理的智能決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)初始條件，在知識庫尋找相關(guān)知識，經(jīng)過推理機(jī)運(yùn)算推理，將不同用途草坪建植管理方案的全過程展現(xiàn)給用戶，為使用者提供比較準(zhǔn)確的查詢結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)化的草坪建植管理方法。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能決策支持系統(tǒng)（Intelligent Decision Support System，簡稱IDSS）是在傳統(tǒng)決策支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種基于知識、智能化的決策支持系統(tǒng)。核心思想是將人工智能（AI，Artificial Intelligence）和DSS（決策支持系統(tǒng)）相結(jié)合，使DSS能夠更充分地應(yīng)用人類專家的知識，通過邏輯推理來幫助解決復(fù)雜的決策問題［14］。草坪管理智能決策系統(tǒng)也是由模型庫、數(shù)據(jù)庫、知識庫、推理機(jī)及人機(jī)交互界面等部分組成（圖1）。用戶可通過人機(jī)交互界面對知識庫中的知識、模型數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。推理機(jī)通過匹配知識庫中的知識、數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)、模型模擬的輸出結(jié)果進(jìn)行推理，最后由輸出系統(tǒng)輸出結(jié)果。

1.1 知識庫

草坪建植管理智能決策系統(tǒng)的核心是知識庫，其建設(shè)需長期而連續(xù)的資料積累和信息收集，只有存貯了足夠信息的系統(tǒng)才能有其真正的作用和意義［15］。因此，在建設(shè)系統(tǒng)知識庫前，首先要收集、整理相關(guān)的數(shù)據(jù)和資料，并按照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式。

圖1 草坪建植管理智能決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of turf establishment and management intelligence decision system

按照系統(tǒng)目的，該系統(tǒng)知識庫主要包括有關(guān)草坪的各種基礎(chǔ)知識和信息，如草坪草種、草坪建植、草坪管理、草坪機(jī)械、觀賞植物以及草坪評價等方面的相關(guān)基礎(chǔ)知識（圖2）。

圖2 知識庫結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of knowledge base

1.1.1 草坪草種 收集了禾本科8個屬（翦股穎屬、狗牙根屬、黑麥草屬、早熟禾屬、羊茅屬、堿茅屬、結(jié)縷草屬、菭草屬）和豆科1個屬（三葉草屬）共計46種300多個草坪草品種的相關(guān)信息，包括草坪草品種的中文名、英文名、科名屬種學(xué)名，以及分布、形態(tài)特征、生態(tài)習(xí)性、栽培要點和園林用途等文字、圖片信息。

1.1.2 草坪建植 草坪建植主要包括坪床制備和建植兩個步驟：

坪床制備 草坪質(zhì)量主要取決于其坪床結(jié)構(gòu)及其建造質(zhì)量，制備草坪坪床要遵循一定的原則［16］。不同用途的草坪其坪床制備不同，坪床結(jié)構(gòu)類型多樣，在建造坪床之前應(yīng)綜合考慮場址狀況、當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、坪床的質(zhì)量水平、使用強(qiáng)度、資金等因素等。

坪床制備知識庫主要包括場地清理、土壤改良、排灌系統(tǒng)的安裝3個方面的具體步驟。不同地域、不同用途草坪的坪床制備要點也不同。

草坪建植 草坪建植方法多種多樣，但一種好的方法會給生產(chǎn)者帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)效益［17］。不同的建植方法各有其優(yōu)缺點，如鋪草坪卷，成坪速度快，但整齊度差，成本高。該部分知識庫囊括了營養(yǎng)繁殖和種子直播的具體步驟和注意事項。

1.1.3 草坪管理 草坪建成后的關(guān)鍵是養(yǎng)護(hù)管理，不實施科學(xué)管理，草坪質(zhì)地就會過早地變壞、退化、雜草叢生［18］。該系統(tǒng)收集了不同用途草坪的幼坪養(yǎng)護(hù)和成坪養(yǎng)護(hù)知識，主要包括澆水、施肥、修剪、雜草防除、病蟲害防治以及草坪復(fù)壯更新等的具體措施和要點。

1.1.4 草坪機(jī)械 根據(jù)草坪的建植管理情況，草坪機(jī)械分為三大塊，分別是坪床準(zhǔn)備機(jī)械、草坪建植機(jī)械和草坪養(yǎng)護(hù)管理機(jī)械。系統(tǒng)包括坪床制備機(jī)械（除根機(jī)、開溝埋管機(jī)、推土機(jī)、平整滾壓器、旋耕機(jī)、鏵式犁、圓盤耙、挖掘機(jī)、平整機(jī)等）、草坪建植機(jī)械（播種機(jī)械、噴播機(jī)械、草皮移植機(jī)械、起草坪機(jī)等）和養(yǎng)護(hù)管理機(jī)械（割灌機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、梳草切根機(jī)、中耕機(jī)、剪草機(jī)、雜草修剪機(jī)、施肥機(jī)、打孔機(jī)、滾壓機(jī)、打藥機(jī)械、修邊機(jī)械、清潔機(jī)械、噴灌設(shè)備等），共300多種不同型號的草坪機(jī)械的相關(guān)知識。

1.1.5 觀賞植物 觀賞植物也是草坪不可缺少的一部分。如高爾夫球場的設(shè)計是草坪、樹木、花卉等要素的完美組合。系統(tǒng)主要收集了草本花卉、灌木、喬木、藤本等200多個常用觀賞植物的文本資料（形態(tài)特征、栽培要點、習(xí)性與應(yīng)用等）和圖片等信息，可供查詢和檢索。

1.1.6 草坪有害生物 由于我國地域遼闊，氣候條件復(fù)雜，在不同氣候帶地區(qū)，草坪病害都對草坪草造成了不同程度的危害。該系統(tǒng)收集30多種草坪常見病害，包括其名稱、癥狀、病原、寄主范圍、發(fā)生規(guī)律、防治方法以及相應(yīng)的圖片等，資料齊全。

草坪蟲害也是草坪有害生物的一部分，系統(tǒng)收集了93種蟲害，包括蟲害名稱、俗名、拉丁名、蟲害類別、特征、寄主、危害部位、危害癥狀、生活史、天敵、發(fā)生條件和防治措施等，資料詳細(xì)。草坪植物的蟲害相對于病害危害比較輕，但是害蟲取食草坪草，污染草地、傳播疾病，嚴(yán)重影響草坪質(zhì)量。

草坪雜草與草坪草爭奪光、水分、肥料，滋生病蟲害，嚴(yán)重影響草坪觀賞價值。該系統(tǒng)收集了75種雜草，主要包括雜草名稱、俗名、科名、屬名、種中文名、種英文名、種學(xué)名、雜草類別、識別要點、發(fā)證條件、防治措施、危害分布等基礎(chǔ)資料。

1.2 數(shù)據(jù)庫

1.2.1 草坪質(zhì)量評價數(shù)據(jù)庫 草坪質(zhì)量評價數(shù)據(jù)庫包括草坪外觀質(zhì)量（草坪顏色、草坪密度、草坪均一度、草坪質(zhì)地、草坪高度、草坪蓋度），草坪生態(tài)質(zhì)量（草坪組成成分、草坪草分枝類型、草坪草抗逆性、草坪綠期、草坪植物生物量），草坪使用質(zhì)量（草坪彈性、草坪滾動摩擦性能、草坪滑動摩擦性能），草坪基況質(zhì)量（土壤養(yǎng)分、土壤質(zhì)地、土壤水分、土壤酸堿度）4個方面的測定方法及評價標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 草坪草品種數(shù)據(jù)庫 該數(shù)據(jù)庫以品種名稱為索引字段，采集并整合現(xiàn)有的草坪草品種數(shù)據(jù)，建立草坪草品種信息數(shù)據(jù)庫（按照國際通用的數(shù)據(jù)庫分類法的源數(shù)據(jù)庫），實現(xiàn)準(zhǔn)確定位、快速查詢的功能。本庫共涉及300余種草坪草品種，其數(shù)據(jù)內(nèi)容包括品種名稱、品種特性、生態(tài)適應(yīng)性、分布、栽培要點等（表1）。

表1 草坪草品種信息數(shù)據(jù)庫Table1 Information of turfgrass cultivars database

1.2.3 氣象信息數(shù)據(jù)庫 氣象數(shù)據(jù)為中國區(qū)域內(nèi)2 300多個氣象站點1961～2004年的氣象屬性數(shù)據(jù)，包括站點名稱、年均降水量＞0℃的年積溫、經(jīng)度、緯度和海拔高度等。

1.3 模型庫

模型是對現(xiàn)實的事物、現(xiàn)象、過程或系統(tǒng)的抽象描述。系統(tǒng)對某些問題的推理、判斷，常需要以“規(guī)則＋模型”的方式來求解［19］。該系統(tǒng)主要依據(jù)草地綜合順序分類模型，按照熱量級劃分的5個人工草地?zé)崃繋В?1］對草坪建植區(qū)域進(jìn)行劃分。

草坪氣候生態(tài)區(qū)根據(jù)年均溫、最冷月（1月）和最熱月（7月）平均氣溫、年均降水量、最冷月（1月）和最熱月（7月）的平均相對濕度，共6項指標(biāo)劃分草坪氣候帶。指標(biāo)繁多，不易獲取，而且指標(biāo)重疊，導(dǎo)致部分地區(qū)同時屬于多個氣候帶，影響系統(tǒng)檢索。而草地綜合順序分類法主要以年均降水量和＞0℃年積溫為劃分標(biāo)準(zhǔn)，劃分結(jié)果范圍明晰，易于使用。

2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)兼有智能決策和瀏覽查詢功能，智能決策功能綜合運(yùn)用推理、解釋等機(jī)制幫助用戶設(shè)計建植管理方案，解答建植技術(shù)問題以及養(yǎng)護(hù)管理方法。設(shè)有普通查詢、專業(yè)咨詢、專家解疑以及信息管理維護(hù)等功能模塊，并設(shè)有信息輸出打印功能（圖3）。

2.1 查詢模塊

圖3 系統(tǒng)功能Fig.3 Function of system

查詢功能模塊主要設(shè)有常見草坪觀賞植物、草坪機(jī)械、草坪有害生物、草坪質(zhì)量評價、常見草坪草等選項。使用者可按照需要查詢的問題，輸入或者選擇下拉菜單內(nèi)容進(jìn)行查詢，系統(tǒng)將顯示查詢結(jié)果，并提供一些草坪信息相關(guān)研究進(jìn)展、相關(guān)文獻(xiàn)、相關(guān)網(wǎng)站等，方便用戶進(jìn)行草坪信息交流與資料查詢。

2.2 專業(yè)咨詢模塊

專業(yè)咨詢模塊是智能決策系統(tǒng)的核心部分（圖4）。當(dāng)使用者在界面輸入草坪建植地點名稱或選擇相應(yīng)的建植氣候區(qū)域，并選擇草坪類型（如高爾夫球場草坪）后，系統(tǒng)會通過推理機(jī)綜合進(jìn)行推理、判斷，最終展示從坪床制備、草坪草品種選擇、建植細(xì)節(jié)一直到養(yǎng)護(hù)管理等全過程，為用戶提供一個詳細(xì)全面的草坪建植養(yǎng)護(hù)方案。

以蘭州建植足球場為例，在查詢窗體輸入“蘭州”或選擇“溫帶”，并在草坪類型一欄選擇“足球場”，系統(tǒng)經(jīng)過推理，展示出適合蘭州建植足球場的草坪品種，足球場坪床的制備過程，足球場的建植方法以及足球場的養(yǎng)護(hù)管理。用戶可進(jìn)一步根據(jù)所需詳細(xì)資料查看足球場建植管理方案內(nèi)容。

（1）草坪坪床制備 不同類型草坪坪床的制備過程，主要包括場地的清除、土壤改良、平整、排灌系統(tǒng)的安裝等。

（2）草坪草種 根據(jù)不同建植區(qū)域和不同類型草坪篩選適合該地區(qū)的草種。

（3）草坪建植方法 提供最終的播種或者鋪植技術(shù)，如種子播種，包括品種配比、播種量、播種時間等具體操作方法。

（4）養(yǎng)護(hù)管理 包括不同類型草坪的成坪養(yǎng)護(hù)和幼坪養(yǎng)護(hù)技術(shù)。主要有灌溉、施肥、修剪、病蟲害雜草防治、復(fù)壯更新等管理措施。

圖4 草坪建植養(yǎng)護(hù)方案Fig.4 Flow chart of the system

2.3 信息維護(hù)與輸出

系統(tǒng)擬采用Delphi 6.0和SQL語言編程，按照軟件工程的設(shè)計方法，充分考慮了易維護(hù)、易操作和可擴(kuò)充性等要求，利用面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方式。使用者可根據(jù)所需，選擇部分或者全部查詢結(jié)果，通過打印功能輸出信息。同樣，草坪建植管理過程也可詳細(xì)顯示具體方法和步驟，并打印輸出。

在使用過程中，必然要對系統(tǒng)進(jìn)行定期維護(hù)和數(shù)據(jù)更新，主要是針對數(shù)據(jù)庫、模型庫和知識庫等的編輯修改、添加、更新、備份數(shù)據(jù)等，不僅保證數(shù)據(jù)的時效性，而且當(dāng)電腦安全遭到破壞時，應(yīng)有補(bǔ)救的措施，將系統(tǒng)損失降低到最低程度。

3 小結(jié)

草坪建植管理智能決策系統(tǒng)兼有智能決策和瀏覽查詢功能，不具備專業(yè)知識背景的使用者，也能方便的查詢到相關(guān)信息和知識，推廣應(yīng)用前景廣泛。

同時，草坪建植管理智能決策系統(tǒng)的建立，可完成從草坪草品種的選擇到草坪建植、養(yǎng)護(hù)管理等全過程的一個智能化的查詢和指導(dǎo)功能，將模型的功能與專家系統(tǒng)的邏輯推理相結(jié)合，增加了指導(dǎo)草坪建植管理的科學(xué)性，并同計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，可使原來僅局限于小范圍和專業(yè)人員應(yīng)用的系統(tǒng)，呈現(xiàn)在廣大普通用戶面前，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景和價值。

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