北京地区蔬菜病虫害远程诊治专家系统ＶＰＲＤＥＳ的研究

邵　刚　李志红　王维瑞　周琪访　阎晓军　郑建秋　师迎春

摘要以软件工程原理和专家系统技术为基础，采用I．UBAN模型和JSP编程语言，通过构建农业病虫害辅助诊治推理机，研制了北京地区蔬菜病虫害远程诊治专家系统VPRDES。VPRDES是一个针对北京地区140余种蔬菜常见病虫害进行远程辅助诊治和信息查询、管理的网络型专家系统。该系统对实时推广北京地区主要蔬菜病虫害的无公害治理技术、促进衣户合理用药、提高蔬菜产品的安全性等具有重要作用。

关键词植物保护学；蔬菜病虫害；专家系统

中图分类号S 436．6

专家系统技术和数据库技术在农业诸多领域的应用引起人们广泛重视。国内与蔬菜生产相关的专家系统以蔬菜栽培管理方面的居多，没有病虫害诊断识别功能或仅将其作为部分功能，如重庆大学2001年研制的“多媒体蔬菜栽培专家系统MVPES”，该系统涉及了番茄、辣椒、黄瓜、榨菜等4种蔬菜的栽培管理技术，又如中国农业大学2001年研制的“黄瓜温室栽培管理专家系统”，该系统是一个针对温室黄瓜栽培管理、病虫害识别与防治的汁算机辅助决策系统。国内与蔬菜病虫害治理相关的专家系统研究报道较少，且不适于在Internet上运行，如李忐红1997年研制的单机版系统“蔬菜害虫辅助鉴定多媒体专家系统PestDiag"(计算机软件著作权登记号为980756)，该系统实现了蔬菜生产中80种主要害虫的辅助鉴定；又如中国农业大学与北京市农业局2003年合作研制的单机版系统“蔬菜病虫害可持续治理专家系统VPSMES”(计算机软件著作权登记号为2003SR5962)，该系统采用多媒体数据库技术，建立了辅助鉴定库，支持用户进一步扩展病虫害种类和鉴定的特征信息；再如江苏大学2003年研制的单机版系统“温室番茄病虫害、缺素诊断与防治系统”，该系统针对温室番茄病虫害和缺素症进行诊断，辅助用户进行防治。国外研制的蔬菜病虫害专家系统多针对一种或几种蔬菜的病虫害，如希腊雅典农业大学1997年研制的“VEGES”，该系统针对6种温室蔬菜常见病虫害，U为单机版系统；埃及农业专家系统中心实验室2000年研制的“PCEST”，该系统仅针对番茄病虫害；日本子叶大学1983年研制的“番茄病虫害诊断专家系统MTCCS”等。北京地区蔬菜病虫害的种类及防治方法与其他地区的情况不尽相同，上述软件在很大程度上不能满足北京地区的需要。为厂帮助北京地区广大农民实时地了解、获取蔬菜病虫害诊治的知识和技术。帮助农技人员将蔬菜病虫防治新方法、新技术迅速地推广到农户。本研究以“蔬菜病虫害町持续治理专家系统VPSMES”为基础，设计、开发北京地区蔬菜病虫害远程诊治专家系统(Vegetable Pest Remote Diagnosis Expert Sys—tem，VPRDES)。VPRDES通过Internet为广大农户提供蔬菜病虫害科学诊断和防治服务，对实时推广北京地区主要蔬菜病虫害的无公害治理技术、促进农户合理用药、提高蔬菜产品的安全性等具有重要作用。

1研究方法

本研究以软件工程理论为指导思想、以LU—BAN模型为基本方法，以JSP--MSSQl。Server为软件开发技术，结合北京地区蔬菜病虫害的特点，进行北京地区蔬菜病虫害远程诊治专家系统的研制。研究步骤包括6个阶段，即需求分析阶段、系统设计阶段、知识获取与信息处理阶段、原型开发与测试阶段、诊治库和信息库求精阶段、系统集成应用阶段。

本研究所需要的主要软件包括Sqi。Server2000(后台数据库)、Tomcat(JSP运行引擎)、Win—dows2000 AdvancedServer(JSP运行环境)、Dream—weaverMX(JSP开发环境、HTMI。页面浏览软件)、Photoshop6．0(图像处理系统)、Flash5．0(动画制作软件)。

2系统研制与初步应用

2．1系统设计

北京地区蔬菜病虫害远程诊治专家系统是一个针对北京地区蔬菜常见病虫害进行远程辅助诊治和信息查询、管理的网络型专家系统。VPRDES能够为各类用户提供有关蔬菜病虫害诊治的远程服务，主要功能包括用户管理、病虫害信息查询、病虫害信息浏览、病虫害辅助诊治、病虫害信息管理以及诊治知识管理等。VPRDES包括140余种北京地区蔬菜生产中常见病虫害的基础信息，内容涉及病虫害名称、寄主植物、危害特征、生活习性(发病规律)、尢公害防治措施以及形态特征(症状)等。

根据系统定义和用户需求，对VPRDES总体结构进行设计。VPRDES后台数据库包括用户库、蔬菜病虫信息库、蔬菜病虫诊治库、留言库和公告库。功能模块由管理员端和客户端模块组成。客户端功能模块包括病虫害浏览模块、病虫害查询模块、病虫害诊治模块、咨询发布模块和公告浏览模块。病虫害浏览模块通过调用蔬菜病虫信息库，支持用户浏览所有病虫害信息；病虫害查询模块通过浏览子模块直接调用信息浏览模块，针对蔬菜病虫信息库，快速查询所需的病虫害信息；管理员端功能模块包括用户管理模块、病虫害信息管理模块、病虫害诊治管理模块、咨询管理模块和公告管理模块，其中管理员端用户管理模块针对用户库直接控制所有管理员用户信息记录．病虫害诊治管理模块针对蔬菜病虫诊治库中所有记录，对病虫害诊治过程中的病虫鉴定特征信息进行管理。

2．2推理机的实现

2．2．1知识获取与知识库的构建

VPRDES知识获取的主要内容是通过知识工程师和领域专家的协作将对分式病虫检索表转化为病虫诊治知识库表。本研究采用白板技术针对北京地区主要蔬菜病虫害进行辅助诊治的知识获取，首先整理、制作出蔬菜病虫害对分式检索表，然后根据对分式检索表与知识库结构的对应关系，将分类检索表整理成知识库表。

害虫诊治知识库表包括中文名称、特征描述、图像名称、肯定号码、否定号码、肯定结果、否定结果等字段(表1)。

现以害虫辅助诊治库小4种蚜虫的诊治过程为例，说明检索表和知识库表的对应关系和转化过程(表2、表3、表4)。

2．2．2推理机的实现和诊断结果的浏览

本系统采用5QI。浯言编码操作诊治知识库通过推理机来实现鉴定有害生物的过程。本系统的推理过程主要采用嵌套选择结构的方式，通过用户对有害生物的特征逐步地进行选择判断．直至得到鉴定结果(图1)。

根据表3中的知识库表。以害虫辅助诊治库中瓜蚜的诊治过程为例，说明推理机的实现过程如下：

(前置号码)＝1＼推理起点

汀(该类蚜虫在十字花科蔬菜上危害，不在瓜类或豆类或茄子、菠菜等蔬菜上危害。)then

(旨定号码)＝2＼符合该鉴定特征的推理路线

else

(否定号码)＝3＼不符合该鉴定特征的推理路线

在害虫辅助诊治页面(图2)上，根据该鉴定特征的特征描述和特征图像，由用户判断叮知瓜蚜不符合该鉴定特征，因此用户将选择“不具备本特征”，则推理机按照不符合该鉴定特征的路线进诊断。

selectxfrom(辅助诊治知识库表)where(前置号码)＝(否定号码)＝3＼搜索下一级推理的起点；

(前置号码)＝3＼下一级推理起点；

if(该虫具有下述特征：该种蚜虫带有光泽，即有翅胎生雌蚜黑绿色带有光泽，无翅胎生雌蚜黑色或紫黑色带光泽；主要危害豆类蔬菜。该虫不具有下述特征：该种蚜虫不带光泽，且虫体颜色随季节变化，夏季黄绿色，春秋墨绿色；主要危害瓜类和豆类蔬菜。)then

(肯定结果)＝(豆蚜)＼符合该鉴定特征的推理

终点else；

(否定结果)＝(瓜蚜)＼不符合该鉴定特征的推

理终点；

根据下一级推理鉴定特征的特征描述和特征图像，由用户判断可知瓜蚜不符合该鉴定特征，因此用户将再次选择“不具备本特征”，则推理机按照不符合该鉴定特征的路线到达推理终点，诊断结果为瓜蚜。

用户可以点击病虫害辅助诊治页面“浏览结果”进入结果浏览页面(图3)来浏览瓜蚜的详细信息。虫害信息主要包括包括8项内容，即中文名称、英文名称、寄主植物、特征图像、生活习性、形态特征、危害特征和无公害防治措施。

2．3系统运行与初步应用

VPRDES已申请国家版权局计算机软件著作权登记(登记号为2004SR06033)。目前本系统已经投人初步应用，运行于北京市农业信息网子网中。在客户端，普通农户可通过Internet对北京地区蔬菜常见病虫害进行信息查询和远程诊治；在服务器端，系统管理员对病虫害后台数据库(信息库和诊治库)以及其他信息进行管理。本系统客户端访问网址为：http：／／www．bjagri．gov．cn：8000／vprdes／in—dex．jsp。

3讨论

3．1系统运行维护问题

VPRDES最终目的是为北京地区广大农产提供蔬菜病虫害信息查询和辅助诊治的服务。目前，该系统已在外网发布。在其运行过程中，应注意该系统的维护工作，特别是蔬菜病虫害的最新动态信息，如无公害防治方法等，应及时、准确地进行补充。因此，依托相关专家，并由专人负责病虫害信息的收集、整理、录入是该系统可持续运行的保障。

3．2系统推广应用问题

VPRDES的应用尚处于起步阶段，为了发挥其最终服务农户的作用，应关注、加强该系统的推广应用工作。在推广过程中，一要重视利用各种途径对该系统进行宣传，使广大用户对其认知度得到加强；二要重视系统应用的培训工作，使广大用户真正掌握该系统的使用方法和技巧。