姚玉霞，張蕓，劉曉彥，隋慶茹，韓智慧

（長春科技學院，吉林長春130600）

依托智能管理技術 提高玉米生產(chǎn)能力

姚玉霞，張蕓，劉曉彥，隋慶茹，韓智慧

（長春科技學院，吉林長春130600）

本文研究吉林玉米生產(chǎn)中需要的現(xiàn)代化信息技術，利用網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)（Web GIS）技術和可數(shù)據(jù)挖掘技術，結合不確定性推理技術，針對吉林省玉米生產(chǎn)的情況，充分考慮引起玉米病蟲害發(fā)生的因素及不確定性，將地理信息系統(tǒng)、專業(yè)知識、農(nóng)民經(jīng)驗和可視化有機結合，研究玉米智能專家系統(tǒng)進行推廣，在吉林省部分地區(qū)的應用中取得了良好效果。

玉米；WebGIS計算機技術；智能系統(tǒng)

吉林省是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大省和重要的商品糧基地，開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與計算機技術應用的研究是提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、保護生態(tài)環(huán)境、適應市場和提高農(nóng)產(chǎn)品國際競爭力的重要手段。充分利用計算機技術在農(nóng)業(yè)知識、信息和技術的傳播與控制的潛能，依托現(xiàn)有的信息基礎設施和工作基礎，依靠權威農(nóng)業(yè)專家和計算機專家的緊密結合，獲取權威領域?qū)I(yè)知識；利用專家系統(tǒng)開發(fā)平臺和各種智能化信息服務工具，研制開發(fā)吉林省玉米生產(chǎn)智能專家系統(tǒng)；配合農(nóng)業(yè)技術推廣部門，組織開展智能系統(tǒng)的培訓和示范推廣工作；促進吉林省農(nóng)業(yè)信息化進程，從根本上實現(xiàn)“智能吉林”的宏偉目標。通過實施農(nóng)業(yè)信息化的工程，力爭使吉林省農(nóng)業(yè)科技的基礎設施得到進一步加強；農(nóng)業(yè)科技研究與推廣隊伍的力量得到充實，人員素質(zhì)得到進一步提高；農(nóng)業(yè)技術、知識、信息、成果的傳播體系逐步建立；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平得到全面提高，用農(nóng)業(yè)信息化帶動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。

1 研究技術內(nèi)容的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

智能農(nóng)業(yè)在國外始于20世紀80年代，國外的智能農(nóng)作在實踐過程中已經(jīng)獲得較好的效果，尤其是美國、加拿大、澳大利亞等國家智能農(nóng)作在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已得到較廣泛的應用，并且許多成熟的技術已經(jīng)形成；智能農(nóng)業(yè)在歐洲同樣得到較好的發(fā)展，農(nóng)民采用全面基于空間技術和處理水平的精確農(nóng)作技術，包括自動采集數(shù)據(jù)和集成MIS/DSS技術。不僅西方國家對智能農(nóng)業(yè)的技術實踐引起重視，在日本、韓國、巴西、馬來西亞等國也開始了實驗示范研究[1]。

目前，農(nóng)業(yè)信息技術及計算機技術已貫穿于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后全過程。積極發(fā)展農(nóng)業(yè)信息技術，是我國農(nóng)業(yè)迎接知識經(jīng)濟的挑戰(zhàn)和推動新的農(nóng)業(yè)科技革命的重大舉措。研制相關的吉林玉米專家智能系統(tǒng)的應用軟件，向玉米的生產(chǎn)管理者、生產(chǎn)技術推廣人員、加工銷售企業(yè)、生產(chǎn)經(jīng)紀人和廣大農(nóng)民用戶提供玉米經(jīng)濟科技信息服務，為農(nóng)民的遠程教育和大面積培訓奠定基礎。

2 研究的主要內(nèi)容與方法

對農(nóng)業(yè)知識、經(jīng)驗和基礎數(shù)據(jù)的收集和整理，針對示范基地實際情況，進行必要的玉米知識和基礎數(shù)據(jù)的獲取、整理。從深度和廣度上補充和建立專家系統(tǒng)知識庫、數(shù)據(jù)庫和模型庫，重點研究示范吉林玉米規(guī)范化栽培技術，從效益出發(fā)研究示范大面積玉米優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)品種選擇、合理施肥、適宜密度等栽培技術體系；積極與示范區(qū)當?shù)赜嘘P部門協(xié)作，開展培訓工作。重點培養(yǎng)示范基地農(nóng)業(yè)技術推廣人員和微機操作員，積極幫助示范區(qū)建立一支應用智能化農(nóng)業(yè)信息技術指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的骨干隊伍。

主要內(nèi)容：首先進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫的完善。玉米生產(chǎn)數(shù)據(jù)存在著復雜而多變的情況。一是數(shù)據(jù)來源存在多樣性。從來源手段上來看，有調(diào)查數(shù)據(jù)，有化驗數(shù)據(jù)，有檢測數(shù)據(jù)；從來源種類上來看，有田間生長數(shù)據(jù)，有土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)，有病蟲草害數(shù)據(jù)等；二是數(shù)據(jù)存儲存在異構性，大部分數(shù)據(jù)都存儲在Excel表格中、word文檔中，不便于建立聯(lián)系和進行深層次的分析[2]；三是已經(jīng)建立的部分玉米數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由于建立時沒有遵循軟件工程和數(shù)據(jù)庫設計原理，導致數(shù)據(jù)庫中存在大量的冗余及不一致現(xiàn)象。為了解決以上問題，我們提出按軟件工程方法建立一個規(guī)范化的數(shù)據(jù)庫。根據(jù)玉米蟲害、草害與產(chǎn)量關系的試驗，收集整理玉米苗期和成熟期等玉米生長性狀指標的數(shù)據(jù)、玉米病蟲草害發(fā)生程度的數(shù)據(jù)，完善了玉米病蟲草害診治的數(shù)據(jù)庫和知識庫，建立了基于框架表示的玉米病蟲草害診治模型；利用ArcGIS軟件繪制了玉米作物精準作業(yè)系統(tǒng)中核心技術示范區(qū)和輻射推廣區(qū)的土壤養(yǎng)分空間變異圖，并分析了土壤分異規(guī)律及其影響因素，通過黑土區(qū)大量田間試驗，應用肥料效應函數(shù)法，在明確土壤肥力基礎上，采用智能技術進行施肥，節(jié)省肥料用量，降低玉米生產(chǎn)成本，提高化肥利用率，減少過量施肥對環(huán)境造成的污染，經(jīng)濟效益和生態(tài)效益都十分顯著。

研究方法：首先進行知識獲取、知識表示與知識庫的建立。以農(nóng)業(yè)領域?qū)＜抑R成果整理、基礎數(shù)據(jù)采集的準確性、實用性為基礎，是建立合理、豐富的知識庫。采用產(chǎn)生式規(guī)則、案例表示、框架表示和面向?qū)ο笙嘟Y合的知識表示方法，以提高系統(tǒng)的智能化程度[3]。作物生產(chǎn)中涉及品種、土壤、環(huán)境、氣象等諸多因素的影響，不確定因素較多，各種生長因素間的相互作用、相互制約的關系用數(shù)學模型加以抽象描述較難，且需要大量實踐和經(jīng)驗積累，建立適宜的模型庫，進行上述模型與不確定性推理技術相結合的研究，以提高系統(tǒng)的推理質(zhì)量和推理效率；智能系統(tǒng)采用信息技術和計算機技術集成，重點突出系統(tǒng)的智能化和決策化功能，集成ES技術、多媒體技術、數(shù)據(jù)庫技術、軟構件技術、超文本技術、不確定性推理方法和網(wǎng)絡技術，研制智能化程度高、推理準確，人機界面友好、適用性強，易于廣大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理者、農(nóng)業(yè)技術推廣人員和廣大農(nóng)民用戶使用的智能系統(tǒng)和信息系統(tǒng)。

3 關鍵技術采用與技術路線實施

3.1 關鍵技術思維采用

在專家系統(tǒng)研制工作中，進行了GIS技術、GPS技術、專家系統(tǒng)技術、數(shù)據(jù)庫技術、多媒體技術、軟構件技術和平臺技術等技術應用。在玉米生產(chǎn)智能系統(tǒng)中采用了軟構件技術、面向?qū)ο蠹夹g和后臺數(shù)據(jù)庫操作技術，成功地解決了與其他系統(tǒng)的鏈接，同時進行了相應的多媒體課件的制作，作為專家系統(tǒng)軟件推廣應用的輔助。

3.2 技術路線實施

依托現(xiàn)有的信息基礎設施和工作基礎，依靠權威計算機專家和農(nóng)業(yè)專家的相互配合，嚴格按照計劃進行計算機軟硬件技術主題制定的系統(tǒng)規(guī)范，在已取得的相關研究成果的基礎上，分析國內(nèi)外有關的最新研究成果，以提高專家系統(tǒng)的智能化、適用化為核心，以服務農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后為基礎，以專家系統(tǒng)的規(guī)范化、產(chǎn)品化和商品化為目標，研制出適宜吉林省種植區(qū)的專家系統(tǒng)，以加速科技成果轉(zhuǎn)化，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率、增加農(nóng)民收入和實現(xiàn)軟件的產(chǎn)業(yè)化為目標。探索了農(nóng)業(yè)專家知識獲取的新途徑，在開發(fā)專家系統(tǒng)中，知識獲取是至關重要的，成功的知識獲取能夠保證專家系統(tǒng)的推理精度。反之，專家系統(tǒng)可能起不到應有的作用。在具體實踐中，應根據(jù)不同的知識表示形式制定不同的知識表示模板，農(nóng)業(yè)領域?qū)＜铱梢圆扇μ柸胱姆绞教钊胂嚓P的知識或數(shù)據(jù)，這就減少了知識獲取的盲目性，提高了知識獲取的效率[4]。

4 智能專家系統(tǒng)的推廣與應用

我國農(nóng)業(yè)目前總體上正處于由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的方向轉(zhuǎn)變的歷史時期，利用信息技術在農(nóng)業(yè)知識、信息傳播與控制的潛能來促進我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程，大力發(fā)展實用和易用的智能化農(nóng)業(yè)信息技術，對提高農(nóng)業(yè)、農(nóng)村和農(nóng)民的現(xiàn)代化水平將起到支撐、引領、先導和決定性作用。吉林省玉米智能專家系統(tǒng)作為一種現(xiàn)代化的載體，對提高科技成果轉(zhuǎn)化率、提高科學種田管理水平和廣大農(nóng)民的素質(zhì)所起的作用更是不可低估的。根據(jù)玉米生產(chǎn)的時空性特點及處理時空信息的需要，開發(fā)了基于WebGIS的玉米智能決策支持系統(tǒng)。以地理信息系統(tǒng)為基礎，結合網(wǎng)絡技術，把不同空間尺度資料，不同時段資料和不同格式的資料在統(tǒng)一的坐標體系下進行高效、有序和集中統(tǒng)一的管理，實現(xiàn)了對玉米生產(chǎn)過程中施肥和噴藥的決策及其他的分析功能。本軟件可以在互聯(lián)網(wǎng)的任意客戶端查詢采樣點信息并進行決策和分析，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的各個部門提供決策的參考信息，為用戶有針對性的科學施肥和合理施藥提供指導[5]。針對吉林省玉米產(chǎn)區(qū)施肥中存在的主要問題，以玉米按品種喜肥特性為核心技術，示范內(nèi)容包括調(diào)控玉米高產(chǎn)養(yǎng)分限制因子，實現(xiàn)養(yǎng)分平衡供應、劃分玉米吸肥能力等級，實現(xiàn)玉米按級施肥、掌握磷肥后效生統(tǒng)顯著時期，進行減磷肥或隔年減半施磷，合理施用鉀肥技術。通過以上技術的單項與多項集成示范，顯著提高了玉米的化肥利用效率，降低了玉米生產(chǎn)成本，提高了玉米產(chǎn)量和品質(zhì)，減少了過量施用化肥對環(huán)境造成的污染。

[1]劉孝永,等.病蟲害專家系統(tǒng)研究進展[J].山東農(nóng)業(yè)科學，2013(09):138-143.

[2]李東朝,等.農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的發(fā)展概識與展望[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡信息,2009(02):4-7.

[3]姚玉霞,等.基于Web GIS吉林玉米病蟲草害診治專家系統(tǒng)的研究與應用[J].吉林農(nóng)業(yè),2014,(10).

[4]蘇利,等.大宗農(nóng)作物病蟲害防治數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的研究[J].陜西農(nóng)業(yè)科學,2009(04):66-72.

[5]姚玉霞,等.基于遙感技術的玉米產(chǎn)量預測估產(chǎn)研究與實踐[J].黑龍江科技信息,2016(03):89-91.

吉林省教育廳，編號：吉教科驗字〔2014〕625號

F323.3

A

10.14025/j.cnki.jlny.2016.24.010

姚玉霞，長春科技學院，教授，研究方向：計算機與應用。