CN1119765C - 用于农业专家系统开发环境的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于农业专家系统开发环境的方法，该方法由DET编译机、执行机系统、DAT数据库获取系统、SIIS土壤养分空间信息系统、AES应用系统组成；这些系统可以彼此独立地完成自己的任务，通过虚拟的数据通道传递信息，相互制约，相互辅助，从而完成AES应用系统的农业专家开发环境工作。

Description

用于农业专家系统开发环境的方法

技术领域  本发明涉及一种用于农业专家系统开发环境的方法，特别涉及一种由计算机控制的用于农业专家系统开发环境的方法。

背景技术  农业专家系统是人工智能研究领域的一部分，是用计算机模拟专家的智能行为，根据农业专家的知识和系统内部的推理机制求解农业生产管理的一些问题，让计算机代替农业专家进行工作。农业专家系统早期的开发是以研究人员为主体，在开发过程中研究人员与农业领域专家之间需要花费相当多的时间进行交流，这个过程被称为“知识获取”。

很长一段时间内，“知识获取”被认为是农业专家应用开发过程中的“瓶颈”问题，随着农业专家应用层面的深入和扩展，人们不仅仅希望研究人员快速开发出实用的农业专家应用系统，更希望人工智能研究人员能够提供一种可以跨越行业界限，让农业领域专家自己来完成农业专家应用系统的开发以及对已有知识更新扩展的方法，从而避开“瓶颈”的限制。

在农业专家系统计算机软件研究中，人们相当一部分注意力是放在如何完整的用计算机语言来表示农业知识，如何有效地模拟农业专家的思维和行为处理方法。在农业专家系统的研究中曾用产生式规则组、框架+规则的综合知识体表示方法来完成一些农业专家系统的应用开发工作，解决了许多农业专家系统中的问题，但在农业客观现实的言语之间总存在着一些差距。另外由于每一种农业专家系统软件自身的封闭性，许多软件之间没有数据通道，不能借他人的长处来为一个大的农业专家系统服务。

发明内容  为了解决以上问题，本发明的目的是运用人工智能的原理、地理信息系统、数据库等技术，提供一种供非计算机领域的农业专家开发农业专家系统的方法，该方法是用不同语言编制的在解决某一方面具有优势的软件，在不破坏这些软件结构的同时，充分发挥它们的作用，专门设计了农业专家知识库与外部服务进程之间进行双向数据交换用的数据通道，可以使源出不同的软件在同一个环境中发挥各自的优势。

本发明的技术方案是：一种用于农业专家系统开发环境的方法，其特征在于，该方法的开发环境包括编译机、执行机系统、数据库获取系统、土壤养分空间信息系统，该方法的步骤包括：

①.向数据库获取系统输入农情资料数据、向土壤养分空间信息系统输入土壤养分空间信息数据，并依次将所输入的数据存入计算机，生成农业生产知识数据库；

②.编译机将所述数据库中的农业生产知识编译生成农业专家知识库、数据库处理智能体、规则体处理智能体、多媒体处理智能体以及多个指令代码；

③.执行机系统采用开放的策略，建立农业专家知识库与外部服务进程之间进行双向数据交换用的数据通道，通过该数据通道接收用户提问，将其内部的推理机与所述的各指令代码进行工程链接，把用户的提问分解成不同的子问题，并把所述子问题分配给上述各智能体进行推理；

④.执行机将所述推理结果与农业生产知识数据库中的农业专家知识进行比对，比对结果一致时，输出所述推理结果，比对结果不一致时重复执行步骤③、④。

所述的农业生产知识数据库包括推广情况、土壤海拔、气候降雨、农药除草剂、母/肉牛品种、水/陆稻品种、玉米品种、小麦品种、烤烟品种、甘蔗品种、苹果品种；所述的多个指令代码包括是转移与逻辑指令、算术运算指令、子函数/过程指令，数据存取指令，系统调用指令。

所述的数据库系统采用面向对象的技术编程，系统设计为三大部分：数据获取、数据汇总、报表打印。用数据访问对象构件将应用程序与数据库连接起来，建立农业专家知识库与外部服务进程之间进行双向数据交换用的数据通道，以简化对数据库、图表或记录进行定位的操作，从而对专家系统所需要使用的农业生产知识数据库进行全屏幕输入和编辑，自定义用户界面即系统可根据数据结构的改变而自动创建新的数据获取输入界面，统计乡、县、省的各类数据库。

所述的土壤养分空间信息系统由三部分组成：

[1].地理信息交互系统；

[2].数据查询与显示系统；

[3].可视化应用界面。

土壤养分空间信息系统通过VB5.0的组件嵌入并生成地理信息对象，利用回调函数进行前后台的地理信息交换，将地理图形与土壤信息分级分层显示和独立管理。可同时提取关系型和失量型数据库，对土壤养分属性、空间进行查询、分析、修改等。

本发明的有益效果是：

1.在知识表示和推理机制的设计上将我国农业生产中普遍应用的模式化栽培与人工智能中的知识表示、推理机制有机结合，建立了模式化知识表示方法和基于模式化案例的分布式推理机制。

2.设计了编译机和指令代码，使工具软件具有可跨平台、易移植的特点。

3.通过多知识库的混合编译连接的方法，解决了多个专家知识冲突、冗余的问题。

4.建立农业专家知识库与外部服务进程之间进行双向数据交换用的数据通道，通过该数据通道接收用户提问。该数据通道可以使源出不同的功能软件在同一个环境中发挥各自的优势，保证农业专家系统的开放性和通用性。

5.提供了包括水稻、玉米、小麦、甘蔗、烤烟、苹果六种作物和一种养殖业的农业生产知识数据库。

6.利用该发明方法开发了水稻、玉米、小麦、甘蔗、烤烟、苹果六种作物的农业专家系统。

农业专家系统开发环境的方法通过运用人工智能原理和地理信息、数据库等技术，构造了一个通用于农业领域的一体化集成环境。该开发环境包括编译机、执行机系统、数据库获取系统、土壤养分空间信息系统。结构上相互独立，功能上有机结合，可以互通信息。

我国各生产区域的农业专家及技术人员在掌握了开发工具后，可结合本地的情况进行农业专家系统应用软件的开发，并可随时根据生产条件的变化，对应用软件进行修改、补充、完善，从而将复杂的农业生产知识通俗化、简单化，使农民易于接收、易于操作。下面将结合附图对最佳实施例进行详细说明。

附图说明图1是农业专家系统开发环境总体结构方框图。图2是分布式推理结构方框图。图3是编译、执行机工作流程图。图4是执行机结构方框图。图5是土壤养分空间信息系统属性数据方框图。图6是土壤养分空间信息系统软件程序图。图7是数据库获取系统程序流程图。

具体实施方式  图1是农业专家系统开发环境总体结构方框图，包括编译机、执行机系统、土壤养分空间信息系统、数据库获取系统。

编译机将当地的农业生产知识编译后生成农业专家知识库、数据库处理智能体、规则体处理智能体、多媒体处理智能体以及多个指令代码。执行机系统采用开放的策略，建立农业专家知识库与外部服务进程之间进行双向数据交换用的数据通道，通过该数据通道接收用户提问，将其内部的推理机与所述的各指令代码进行工程链接，把用户的提问分解成不同的子问题，并把所述子问题分配给上述各智能体进行推理。土壤养分空间信息系统、数据库获取系统负责获取专家系统所需要的农业生产知识数据库，该农业生产知识数据库包括推广情况、土壤海拔、气候降雨、肥料情况、农药除草剂、母—肉牛品种、水—陆稻品种、玉米品种、小麦品种、烤烟品种、甘蔗品种、苹果品种。

这些系统可以彼此独立地完成自己的任务，通过数据通道传递信息，相互制约，相互辅助，最终完成农业专家系统开发环境方法的开发和实际应用。

农业专家系统开发环境中设计了模式化知识表示方法和基于模式化案例的分布式推理机制，提供了多种功能语言、内部数学函数、标准运算符，形成集编辑、编译、执行调试于一体的集成开发环境。

用户可在该系统下按照一定的知识表示格式直接编译、修改、保存当地的农业生产知识，并具有很强的差错功能。设计的数据通道，提供了跨平台功能，经编译后文件可在不同环境中工作。

农业专家开发环境中随机提供了水稻、玉米、小麦、甘蔗、烤烟、苹果六种作物和一种养殖业的农业生产知识数据库。用户可以随时调用，以供参考。

图2是分布式推理结构方框图。编译机、执行机系统采用分布式推理方式，内部构造采用多智能体的思想，利用分而治之的方法，将一个复杂系统划分为多个子任务，在推理机的协调下提交给相应的智能体去实现其子任务。在实际应用中，对复杂的知识根据知识源的性质，将其分解成若干个知识库，对每个子知识库，可以有不同的推理机制，解决了每个子知识，再将它们的结果进行综合分析，就可以得出整个问题的解答。此问题可分解成两个层次：(1)子问题的推理求解。(2)对(1)的调度与对(1)结果的综合分析。把(2)看作在(1)之上的另一层次，在宏观上将任务分配给子问题推理机，与子问题推理机进行通讯。

执行机内部的推理机和各个多个智能体协同工作构成分布推理模式，调度多个智能体推理的工作流程，它本身也具备控制转向与计算能力。

在农业专家系统开发环境中，不仅把涉及到知识推理对象作为一个智能体看待，也把一些特定功能如数据库操纵、规则组计算、多媒体服务等都作为一个独立封装的智能体。

图3是编译、执行机工作流程图。该编译机以语法分析为中心，由它在调用语法分析程序切分单词的同时进行语法、语意分析，进而生成虚拟机器码即指令代码。当发现语法、语意错误时，调用错误分析程序，在编译过程中，根据变量名、属性及指向数据区的指针变量构造数据表格，建立登录和查找信息之间的联系。根据关键词对应生成内部指令代码，模拟程序动作的执行过程。

编译机由词法分析模块、语法分析模块、代码生成模块、错误处理模块、表格生成模块、存储管理模块等组成。

图4是执行机结构方框图。图中代码执行机的工作过程是将指令代码进行解释执行，最后得出结论。推理机的工作流程是：

问题分解—任务分配—结果分析。首先进行问题分解，然后进行任务分配，对各子问题的任务提交相应的智能体去处理，并根据处理结果进行综合分析。对没有得到专家咨询意见的结果将根据不同的情况，再次对该结果中所涉及的问题进行分解、任务分配、结果分析这样一个循环过程，直到最终达到专家咨询意见为止。

图5是土壤养分空间信息系统属性数据方框图。在农业生产中大量地涉及与地理空间有密切关系的土壤信息，使用计算机对于氮、磷、钾等农作物生长所必需的养分情况描述和获取一般分为三个阶段。

第一阶段是数据文件的数字形式表现，这种形式只能得到局部的数据，无法表现整体的分布状态；第二阶段采用数张表示各种分布的位图在计算机内叠加，按点位置取各幅图上的分级值，这种方法要求含量图必须分级着色，无误差叠加，而且无法知道该点的具体地理，不能针对某一土壤养分的级别做专题图层抽取，以及整体的分布情况。第三阶段是地理信息系统技术的引进。

土壤养分空间信息系统是以计算机图形图象处理，数据库技术和空间分析方法为基础用于处理一切与地理空间分布有关的资源环境等。该系统利用VB5.0语言作为前端开发工具，地理信息系统作为后台服务器，服务器执行完命令后再将执行结果发送回前台进行显示。使用人员可根据需要，将地图对象集成进各种新的或已有的系统中，从而保证地理信息和地图数据的开放性和通用性。用户可以在使用土壤养分空间信息系统之前，就建立起属性数据库中的数据。将已有的数据库信息与土壤地理信息结合起来，以便更好的进行分析决策。

图6是土壤养分空间信息系统软件程序图。该软件的程序由三部分组成：地理信息交互系统；数据查询与显示系统；可视化应用界面。土壤养分空间信息系统通过VB5.0嵌入并生成地理信息对象，然后把该对象定位到本系统的显示窗口上启动地理信息系统，利用回调函数进行前后台的信息交换。

图7是数据库获取系统程序流程图。系统整体设计分为三大部分：数据获取、数据汇总、报表打印。经过对上述功能实现机制的分析与抽象图象，划分了11个类模块。通过了类的继承和各类之间的分工协作完成整体功能要求。

使用DBF格式的数据库可在我国目前的机型上通用，缺点是数据索引管理查询方式速度慢。为解决这一问题，使用数据访问对象构件。采用开放的策略，建立农业专家知识库与外部服务进程之间进行双向数据交换用的数据通道，简化对数据库、图表或记录进行定位的操作。

主要功能体现为：1.对农业专家系统开发环境的方法所需要使用的农业生产知识数据库(推广情况、土壤海拔、气候降雨、肥料情况、农药除草剂、母—肉牛品种、水—陆稻品种、玉米品种、小麦品种、烤烟品种、甘蔗品种、苹果品种)进行全屏幕输入和编辑。2.自定义用户界面：系统可根据结构的改变而自动创建新的数据获取输入界面。3.统计乡、县省的各类数据库。

Claims (2)

1、一种用于农业专家系统开发环境的方法，其特征在于，该方法的开发环境包括编译机、执行机系统、数据库获取系统、土壤养分空间信息系统，该方法的步骤包括：

①.向数据库获取系统输入农情资料数据、向土壤养分空间信息系统输入土壤养分空间信息数据，并依次将所输入的数据存入计算机，生成农业生产知识数据库；

②.编译机将所述数据库中的农业生产知识编译生成农业专家知识库、数据库处理智能体、规则体处理智能体、多媒体处理智能体以及多个指令代码；

③.执行机系统采用开放的策略，建立农业专家知识库与外部服务进程之间进行双向数据交换用的数据通道，通过该数据通道接收用户提问，将其内部的推理机与所述的各指令代码进行工程链接，把用户的提问分解成不同的子问题，并把所述子问题分配给上述各智能体进行推理；

④.执行机将所述推理结果与农业生产知识数据库中的农业专家知识进行比对，比对结果一致时，输出所述推理结果，比对结果不一致时重复执行步骤③、④。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的农业生产知识数据库包括推广情况、土壤海拔、气候降雨、农药除草剂、母/肉牛品种、水/陆稻品种、玉米品种、小麦品种、烤烟品种、甘蔗品种、苹果品种；所述的多个指令代码包括转移与逻辑指令、算术运算指令、子函数/过程指令、系统调用指令。

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