全 文 ：收稿日期:2005-12-12初稿;2007-01-04二改稿
基金项目:上海市科委重大科研项目《数字农业若干关键技术》资助(03dz19301)
作者简介:薛正平(1962-),男 ,硕士研究生 ,高级工程师 ,主要从事数字农业和农业气象研究。 E-mail:zpxue@yahoo.com.cn
　上海农业学报　2007 , 23(1):80-82
　Acta Agriculturae Shanghai
文章编号:1000-3924(2007)01-80-03
葡萄根域限制精准栽培管理专家系统
薛正平1 , 杨星卫2 , 王世平3
(1 上海气候中心 ,上海 200030;　2 上海精准信息技术有限公司 ,上海 200030;
3 上海交通大学农业与生物学院 ,上海 201101)
摘　要:基于网络化农业专家系统开发平台 , 依据葡萄根域限制栽培知识 、专家的研究成果和实践经验提
取知识及其规则 ,构建了农业专家系统。用户通过 Internet可方便获取系统完整和可操作性强的知识 、决策推
断 、病虫害诊断防治 、栽培管理措施建议等。本系统功能强大 、性能稳定 、操作简便 、用户数不受限制 , 内容丰富
详实 、图文并茂 、实用性强。
关键词:葡萄;根域限制;专家系统
中图分类号:S663.1　　　　文献标识码:A
根域限制(Rooting zone restriction)是利用物理或生态的方式将果树根系封闭在一定的容积内 ,通过控
制根系生长来调节地上部分的营养生长和生殖生长的一种新型栽培技术[ 1] 。根域限制技术可以:(1)提高
早期产量;(2)提高果实品质;(3)准确施肥位点;(4)精确调控土壤水分状况;(5)实现肥水供给的精确定量
化和自动化;(6)扩大观光休闲葡萄园中游客活动范围[ 1 , 2] 。新技术的推广应要充分利用计算机网络通信
等高新技术 ,缩短信息传播周期 、扩大传播范围 ,加强农业专家与种植户及种植户之间在技术 、经验和信息
上及时沟通交流 ,以增强农业新技术的生命力 。网络化农业专家系统为葡萄根域限制栽培技术推广应用
提供了强有力的技术支持平台 。
1　网络化农业专家系统的特点[ 3]
专家系统是一种模拟专家决策能力的计算机系统 ,它运用知识和推理来解决只有专家才能解决的复
杂问题 。通过知识获取 、知识规则整理 、输入 、推理得到决策或诊断结果 。网络化农业专家系统具有以下
特点:
(1)推理决策智能化。在知识挖掘和表示 、知识求精 、模糊推理 、人机界面 、数据访问等关键技术上运
用人工智能技术 ,选用符合农业知识不完备准确等特点的智能技术。
(2)运行环境网络化。采用“客户层 业务逻辑层 数据库层”分布式结构体系 ,所开发的农业专家系统
无需任何修改均能在 Internet环境下运行 ,最终用户可以通过网络直接进行信息查询 、决策 、诊断等。知识
的更新维护在服务器端一次完成。
(3)开发应用层次化。软件工程师首先完成专家系统开发平台 ,知识工程师组织领域(如葡萄栽培)知
识组建应用专家系统 ,最终用户直接使用应用系统 ,组成既联系又独立的 3个层次。
(4)决策过程可视化。如诊断过程 、系统管理 、推理过程 、数据编辑和知识定义可视化。
(5)媒体形式多样化。以文本 、图片 、图像 、音频 、视频等多种媒体和用户交互 ,使平台开发出的专家系
统更加人性化 ,易于使用 。
(6)软件组织构件化。以软件功能组件为基本“元件” ,遵循一定标准并根据需要灵活搭建具有个性化
的应用系统。
(7)与地理信息系统结合建立空间知识库 ,满足农业生产由于地势土壤养分种植品种等地理分布差异
而需要不同管理措施等的要求 。
(8)可建立多种专家系统 ,包括求解型 、诊断型和多媒体专家系统。
2　葡萄根域限制精准栽培管理专家系统
专家系统知识主要来源于王世平等[ 1 , 2] 的研究成果以及国内外葡萄栽培 、病虫害发生防治的有关研
究[ 4-7] ,是领域专家理论与实践知识的集成 ,通过知识工程师的梳理形成知识规则 ,由此组成的知识库 、数
据库 、模型库和图片库 ,支持专家系统实现咨询 、决策 、诊断。专家系统由两部分组成 ,专家知识浏览以及
以专家知识规则为基础的栽培措施决策和缺素及病害诊断 ,即知识+推理 。
2.1　知识库
专家知识库以浏览网页形式组成 ,共分 11个主题 ,其下根据实际需要又分若干页面 。除了文字外 ,还
包括大量图表 、照片等 ,构成丰富 、直观 、可操作性较强的知识浏览库 。
(1)根限栽培技术优势 。包括基本概念 、研究背景和进展 、采用的栽培形式 、技术特点优势 、技术可行
性等 。
(2)根限栽培设施类型 。8种不同栽培目的要求供选用的 7类适宜设施类型。
(3)适宜品种介绍和选择。根据栽培目的和成熟期分别介绍了 27个品种。
(4)优良苗木培育 。包括扦插繁育中的绿枝 、硬枝扦插和高压条繁育 ,嫁接繁殖中的常用砧木介绍和
培育 、绿枝和硬枝绿枝嫁接等 。
(5)葡萄园地建设 。着重介绍堆垄式 、箱筐式 、坑穴式等根限栽培形式;根域介质 、根域容积以及园地
准备 、培肥 、栽植密度 、苗木选择 、栽植时期 、栽后管理等 。
(6)整形修剪 。根域限制栽培适宜树形 ,龙干形等 7种主要树形介绍以及和整形方法 ,短梢 、超短梢和
中长梢3种修剪方式等。
(7)新梢花果穗管理。内容有新梢 、花穗 、果穗管理 ,果穗整形 ,采前疏穗 ,套袋 ,采收 ,包装 ,销售等。
(8)土壤管理 。根域限制栽培及环状 、段带状 、穴式 、放射状 、条沟式等土壤改良方式 ,中耕 、深耕 、覆
盖 、除草措施等 。
(9)肥水管理 。根域限制栽培的基肥 、营养液 、水分管理及常规栽培追肥 、灌水和排水等 。
(10)温室栽培管理 。主要介绍覆盖保温 、加温和非加温大棚栽培葡萄温湿度管理等 。
(11)病虫害识别和防治 。15种主要病虫害发生规律特征及综合防治措施;不同物候期重点防治对
象 、防治部位 、选用农药种类以及允许 、限制和禁止使用农药和植物生长调节剂等。
2.2　决策与诊断
决策与诊断是专家系统的灵魂和核心 ,也是区别于咨询系统的重要标志。知识表示和知识推理是其
中的关键 。本试验基于北京农业信息技术中心的专家系统平台[ 8] ,采用“模糊产生式规则+模型”的知识
表示方法 ,组成知识规则 ,实现了模糊知识和确定知识 、知识和模型的有机结合 ,使之更加接近农业领域知
识的本质和特点 ,更好应用于生产实际 。例如土壤肥力分高中低 ,叶片有墨绿色 、深绿色 、浅绿色等都包含
模糊不确定性。知识推理则是基于模糊知识库和模型库 ,采用模糊产生式规则的模糊匹配算法 ,通过启发
式搜索和冲突消解得到推理结果 ,并把精准推理看作模糊推理的特例 。此外平台还包括人机界面 、知识挖
掘和获取 、知识一致性检验和知识库管理 、模型库管理 、知识解释等构件组成完整的专家系统平台。葡萄
栽培管理专家系统就是在这样的平台上开发的应用型专家系统 。
规则建立和使用步骤是:选取与决策对象密切相关的影响因子 ,通过因子组合建立决策或诊断的知识
规则 ,用户根据生产中的疑难问题 ,通过专家系统人机交互界面输入出现的因子或条件 ,系统依据用户输
入信息在推理机的作用下 ,从知识库 、数据库中进行匹配和推理出决策或诊断结果 ,由人机界面将结果如
对策措施病害名称及推理过程显示给用户。
葡萄专家系统具体内容包括:(1)设施类型选择;(2)品种选择;(3)栽植密度;(4)栽植时期;(5)树形;
(6)土壤管理;(7)基肥施用;(8)追肥施用;(9)水分管理;(10)非加温设施温湿度管理;(11)加温设施温湿
度管理;(12)冬剪方式;(13)摘心方式;(14)留穗数;(15)无核 果粒膨大处理;(16)纸袋类型;(17)根域容积
面积长宽的决策;(18)葡萄黑痘病等 7种病害诊断等。目前共有知识规则 110余条 、知识模型 3组。
2.3　结构功能(图 1)
(1)在线诊断 。通过问答方式 ,逐一输入决策需要的数据 ,系统给出决策 、诊断结果 。一次完成 1个决
策项目 ,事实数据和结果不被存储 。
(2)高级决策 。批量输入事实数据 ,一次给出全部决策结果;事实数据与决策结果保存 ,可复用;可以
811 期　　　　　　　　　　　　　薛正平 ,等:葡萄根域限制精准栽培管理专家系统
查询决策依据及相应图片等。
(3)结果查询。根据用户给出的条件 ,
查询目前或以往全部事实数据和决策结果。
(4)知识浏览 。类似专题知识讲座 ,具
有系统性 、完整性 、可操作性强等特点 ,图
文并茂生动直观 。
(5)在线答疑。领域专家在线回答用
户提问 ,形式灵活机动及时。
(6)网上论坛。开设专题讨论关键的栽
培管理问题 ,交流经验 、市场供需等信息 。
(7)短信服务。通过与用户手机建立
信道 ,可接受 、发送各类咨询服务信息 ,便
于田头使用。
(8)系统管理 。设置用户账号 、权限
等 ,划分用户群 ,便于系统管理 。
(9)在线帮助 。提供应用系统开发 、使
用说明等技术支持 ,方便实用 。
图 1　葡萄专家系统功能结构
Fig.1　The function configuration of grape expert system
3　结　论
网络化农业专家系统是一种新颖的信息传播形式 ,不同于一般农业信息网站 ,具有动态交互的决策和
咨询 、信息更新及时且针对性强等特点 。随着农村信息化网络化进程的逐步推进 ,网络化农业专家系统的
优势将首先在规模种植基地或农户凸现 ,成为“不走的果树专家” 。专家系统与地理信息系统结合建立分
布式知识库 ,用地图形式可视化地表示管理区内果树生长发育状况 、病虫危害及栽培措施等空间差异 ,满
足农业生产属性空间的特点。栽培管理专家知识 、数据及模型等是否抓住关键点 ,能否及时更新 ,以及新
技术内容的不断补充 ,更多栽培措施的定量化 、计算机化是专家系统成败的先决条件 。只有技术 、工具 、形
式服务于内容 ,才能真正体现信息化为社会经济发展带来的成果 。
参　考　文　献
[ 1] 王世平 , 张才喜.葡萄设施栽培[ M] .上海:上海教育出版社 , 2005.
[ 2] 王世平.葡萄根域限制栽培技术[ J] .河北林业科技 , 2004(5):82-84.
[ 3] 杨宝祝 , 赵春江 , 李爱平, 等.网络化、构件化农业专家系统开发平台(PAID)的研究与应用[ J] .高技术通信 , 2002(3):5-9.
[ 4] 王纪华 , 牛自勉主编.农业专家系统构建技术———北方主要果树栽培管理计算机专家系统知识库[M] .北京:中国农业出版社 , 2001.
[ 5] 薛敏菊 , 杨宝祝.葡萄栽培管理专家系统的应用研究[ J] .河北林业科技 , 2004(5):85-87.
[ 6] 陈　谦 , 温秀云.葡萄病虫害原色图谱[ M] .济南:山东科学技术出版社 , 2002.
[ 7] 严大义 , 才淑英.葡萄优质丰产栽培新技术[M] .北京:中国农业出版社 , 1997.
[ 8] 吴华瑞 , 赵春江 , 王纪华, 等.基于规范化软构件的农业专家系统开发平台研究[ J] .计算机与农业 , 2003(1):15-19.
Expert system of grape rooting zone restriction precision culture
XUE Zheng-ping1 , YANG Xing-wei2 , WANG Shi-ping3
(1 Shanghai Climate Center , Shanghai 200030 , China;
2
Shanghai Precision Information Technology Ltd ., Shanghai 200030 , China;
3
College of Agriculture and Biology , Shanghai Jiaotong University , Shanghai 201101 , China)
Abstract:Based on the network development platform of agriculture expert system , this expert system was
established according to the culture knowledge of grape rooting zone restriction and the research results gained by
related experts as well as the knowledge and rules from experience.Through internet users could conveniently get the
systematic and operable knowledge , diagnosis and control of disease and insect damage , measures and proposals of
culture and management , etc.This system has such advantages as detailed and accurate contents , excellent pictures
and language , powerful functions , stable performance , simple and convenient operation , and no limitation of user
number.
Key words:Grape;Root zone restriction;Expert system
82 上　　海　　农　　业　　学　　报　　　　　　　　　　　　　　　23卷