全 文 ：湖北省兴林灭螺专家系统的研制和开发 3
宋小春 3 3 　陆载涵　邓　宏　(湖北工学院机械系 ,武汉 430068)
刘立德　唐万鹏　(湖北省林业科学研究院 ,武汉 430075)
【摘要】　利用提取式数据库管理技术建立了兴林灭螺复合生态模式基本因子数据库 ,实现对各种数据的快速
查询、筛选、排序等操作 ,在建立多种数学模型进行数据处理的基础上 ,用 Visual Basic 函数实现了动态数据链
接 ,通过 DDE技术实现了数据、信息和图象的转换. 运用面向对象的知识表示法建立了系统的知识类层次 ,完
善了相应的推理机制. 通过对拟开发滩地相关因子的量化处理 ,完成滩地的立地类型划分和立地质量评价 , 推
荐优化生态模式、技术措施等 ,提出经济、生态、社会三方面的效益分析. 并设计了多种满足 GU I 标准的交互式
人机界面.
关键词 　滩地治理 　专家系统 　面向对象知识类 　动态数据链接
Research and development of planting trees and killing oncomelania expert system in Hubei Province. Song
Xiaochun , Lu Zaihan , Deng Hong ( Hubei Polytechnic U niversity , W uhan 430068) , Liu Lide and Tang Wanpeng
( Forest ry Institute of Hubei Province , W uhan 430075) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,1999 ,10 (6) :657～660.
With the technique of pick2up database management , the database of basic factors in the“planting trees and killing
oncomelania”system is constructed , by which , all data can be searched , filtered and sorted conveniently. Based on the
constructed mathematical models , the dynamic data linking is realized by some Visual Basic functions. Moreover , the
connection of data , information and graphics is realized by dynamic data exchange. By the expression of object2
oriented knowledge , the systemic knowledge class hierarchy is set up , and the corresponding reasoning mechanism is
improved. According to the result of mathematical processing of factors relative to intended beach development , site
classification and site quality evaluation are completed , and the optimized ecological patterns and technological measures
are recommended. The economic , ecological and social effects can be analyzed and evaluated. Some commutative user2
machine interfaces satisfied GU I standards are also designed.
Key words 　Beaches management , Expert system , Object2oriented knowledge class , Dynamic data linking.
　　3 国家“八五”科技攻关项目 (85 - 806 - 20 - 01) .
　　3 3 通讯联系人.
　　1997 - 12 - 26 收稿 ,1998 - 12 - 25 接受.
1 　引 　　言
　　兴林灭螺是利用林木、植被演变、滩地抬升、土壤、
水文、钉螺生长条件、耕作、养殖等多种因素的相互关
系 ,建立一种高效复合生态农业的系统工程. 湖北省
江、湖、洲滩众多 ,素有“千湖省”之称 ,这些滩地一直是
血吸虫的中间宿主 钉螺的繁殖区 ,由于三滩面广 ,
年中水位变化大 ,因此化学方法年年灭螺年年有 ,而且
化学毒剂造成了环境污染. 70 年代以来 ,我省便开始
了兴林灭螺的探索 ,并取得了明显效果[1 ,2 ,4 ] ,为了使
兴林灭螺三滩开发和治理工作更科学、严密 ,利用知识
工程、专家系统技术、数据库管理技术建立了湖北省兴
林灭螺专家系统 ,该系统应用于生产实践后 ,将会使专
家知识和经验更快推广 ,管理水平迅速提高 ,且能减少
工作强度 ,提高工作效率和兴林灭螺效果 ,达到节省人
力、物力、财力 ,以使兴林灭螺工作科学化和系统化的
目的.
2 　系统的设计思想及组成
2 . 1 　系统的设计思想
　　采用人工智能技术中的先进思想和方法 ,建立提
取式数据库管理系统 ,提高数据处理的速度和精度 ,并
采用面向对象的知识表示法建立兴林灭螺的知识类层
次和实现知识推理与更新的机制 ,通过动态数据交换
(DDE)技术实现数据与图象的合理链接 ,设计多种满
足 GU I 标准的人机界面 ,使系统的友好性提高. 系统
运行以复杂多变的滩地基本因子的量化处理为依据 ,
通过知识推理向滩地开发人员提供拟开发区的兴林灭
螺优化模式及相应综合效益方面的支持 ,使他们从浩
繁的数学建模、数据计算、分析、比较等工作中解放出
来 ,并使决策过程更科学、严密.
2 . 2 　系统组成
2 . 2 . 1 系统的组成 　系统由人机接口、推理机、知识
库、数据库、数据库管理系统等组成. 推理机以推理树
形式实现 ,知识推理采用反向推理 ,应用深度优先策
略 ,实现推理和搜索过程的冲突消解[3 ] . 知识库包含
湖北省兴林灭螺协作组各试验区的阶段性研究成果和
专家经验 ,并建立了相应的知识更新和增长机制. 数据
应 用 生 态 学 报 　1999 年 12 月 　第 10 卷 　第 6 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Dec. 1999 ,10 (6)∶657～660
库则包括研究和试验获得的各类数据、信息及图像等 ,
若按其用途可分为两类 :一类是系统开发所需的信息
和数据 ,如用户输入的拟开发样地的土壤质地、地下水
位、土壤夹层等 ;另一类则是系统运行所需的数据和信
息 ,如钉螺分布与地下水位的关系数据表及数学模型 ;
这类数据是系统运行过程中的处理对象 ,通过对这些
信息的操作和处理 ,给出有用的决策支持信息. 因为这
两类数据的用途不同 ,所以其存储和管理方式也各异.
对于系统开发用信息 ,主要是基于内存 ,存于系统的文
档、系统框架及功能模块之中 ,这样可提高系统的运行
速度[7 ] ;而系统运行所需数据则基于外存储器 ,采用
提取数据库管理模式. 这两类数据之间可通过数据提
取接口进行转换和链接 ,以便新的研究成果可以及时
运用于开发 ,不断提高系统的推理精度和可靠性. 这样
推理机通过知识推理和人交互将知识库和数据库的信
息有机地联系起来即可对用户选定的拟开发样地进行
兴林灭螺模式的决策 ,还可结合外因对滩地实际决策
方案的合理性予以评价和优化. 系统开发的总体结构
如图 1.
图 1 　系统开发的总体结构
Fig. 1 General development structure of FRSD2ES.
2 . 2 . 2 人机接口 　人机接口是系统的重要组成部分 ,
是提高用户友好性的主要指标之一 ,它对改善功能性
指标和提高系统自学性也有一定影响. 而本系统的最
终用户为决策者 ,其计算机水平及外语阅读能力参差
不齐 ,基于这些 ,本系统选用中文 Windows 3. X 作为
工作平台 ,设计了立体按钮式菜单、交互式对话框及工
具按钮提示条等多种形式界面.
3 　数据库的建立及数据链接
3 . 1 　数据库的建立
　　为了合理管理“兴林灭螺、开发三滩”研究和实践
中的各类数据信息 ,建立了提取数据库系统来管理数
据 ,这种管理方式的优点在于它是在基础数据级上建
立基础数据库 ,可以较好地解决数据一致性问题 ,减少
数据维护上的困难 ;另外它进行问题处理是建立在部
门或专用数据级上的 ,使问题处理能在近数据源处进
行 ,这样可以明显地提高系统的响应和运行速度[6 ] .
3 . 2 　数据、信息与图形的链接
　　如果系统的支持信息既可以通过数据表格予以精
确的描述 ,又可以通过图形给予直观的表达 ,那么系统
就可以为决策者 (用户)提供精确、清晰、直观的系统信
息 ,使用户很快形成某些概念. 但在同一屏幕上同时
显示数据和图形信息往往会造成同一信息两种表达方
法的堆砌 ,所以数据和图形有机的结合应是数据嵌入
图形之中 ,数据链接到图形之上. 如本系统信息查询子
系统中的湖北省地图 ,其上画有三滩分布和试验区分
布 ,当用户要查询某一试验区的工作进展情况和相关
资料时 ,只需点取该地名按钮 ,系统便会执行相应程
序 ,显示出该地的各类数据信息供用户查询 (附部分程
序) . 而且技术措施中的各种种植图象与文字说明互相
链接 ,可以给用户提供很多方便.
　　例如样地数据图表链接的部分程序列举如下 :
　　Sub RetrieveP1 ()
　　　　Make Pivot my Place : =“样地 1”
　　　　Make Chart
　　　　. . .
　　End Sub
　　⋯
　　Sub Make Chart ()
　　　　. . . . . .
　　　　Active Chart . Chart Wizard. Source :
　　　　= Range (“Chart Region”) , Gallery :
　　　　= Xl Line ,
　　　　Format : = 2 ,Plot By : = Xl Rows ,
　　　　Category Labels : = 1 ,
　　　　Series Labels : = 2 ,Has Legend : = 1
　　　　. . .
　　End Sub
3 . 3 　下拉式数据表
　　为了减少数据表占用的屏幕 ,以便同时显示多种
图表进行相关操作 ,将数据表均设计成下拉式数据表 ,
例如图 2 中各数值单元格中均为 index 函数 ,当用鼠
标点取第一格 (样地号) 的下拉箭头时 ,会下拉出数百
个可以卷动的样地编号 ,点取任一编号 (如 4 号样地) ,
则下拉框消失 ,表中的全部数据变为所选样地的数据 ,
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这种表界面小 ,容量大 ,并为智能系统的动态数据链接
和分析提供了方便 ,表中的数据可以筛选排序后生成
多种二维或三维关系图 ,图 2 为筛选部分样地生成的
三维关系图.
样地号
Quadrat
no.
调查
日期
Date
林龄
Age (yr)
平均胸径
Average
diameter
(cm)
平均树高
Average
height
(m)
地下水位
Underground
water level
(cm)
4 1993. 4. 21 4 13. 78 12. 82 81
图 2 　由上表数据生成的三维直方图
Fig. 2 3D graphics derived from some data of above table.
3 . 4 　动态数据链接
　　兴林灭螺专家系统中反映的有 :各种立地因子与
林木生长的关系 ;不同造林树种和灭螺的关系 ;不同地
下水位与钉螺分布的关系 ;不同间作品种与灭螺的关
系等. 这些关系的特点是复杂多变和难以求解 ,且均需
设计成动态数据链接 ,并建立多种数学模型对数据进
行处理. 图 3 所示的界面中就反映了每一部分的动态
数据链接设计 ,其算法如下 :由立地因子求滩地的生产
力级指数时 ,首先要根据数据库中的数百种不同类型
的样方、样地调查统计的数据表 ,利用本系统数学模型
库中的回归分析模型 ,对统计分析进行运算 ,归纳出线
性方程 ,并算出各种因子的得分值. 以上算法通过 Vi2
图 3 　由立地因子求生产力级指数
Fig. 3 Interface of site evaluation module.
sual Basic 实现 ,算出的分值用 index ( ) 函数[5 ]链接到
面上各因子左边的得分值单元格中 ,当用户通过交互
式的下拉对话框建立立地因子时 ,系统进行相应的操
作和运算 ,并将各相关的动态数据显示在被链接的单
元格中 ,被选择的各种因子的得分值再被链接到另一
多元回归模型 :
　　Y = ax 1 + bx 2 + cx 3 + dx 4 + ⋯ (1)
式中 ,自变量 x i 为各种立地因子的得分值 , a、b、c、
d. . .为回归系数 ,因变量 Y 为立地指数. 由上式计算
出的值被链接到图 2 中最下一行的动态数据框格中 ,
并将框格的数学格式设置成 : [ GREEN ] [ > 8 ] # .
0000 ;[ RED ] [ < 5 ] # . 0000 ; [ YELLOW ] # . 0000 [2 ] ,
使计算结果按照不同的级别 ,分别按绿、红、黄 3 种不
同的颜色显示.
　　动态数据链接技术的运用 ,不仅使数据处理更显
活力 ,而且为试验数据的不断更新和增长提供了可能.
4 　系统功能
　　本系统以兴林灭螺过程中收集的全部资料、数据
和各种林农复合生态模式、技术措施等专家经验为基
础 ,设计了信息查询、滩地立地质量评价、FRSD 模式
优化与效益分析及辅助决策支持等模块. 它能对试验
数据进行处理和再加工 ,绘制出土壤剖面、草本植物演
变、地下水位和螺情变化、滩地抬升、兴林模式和技术
措施等方面的图表、二维或三维图象等 ,将图表、图象
进行链接 ,组成便于查询、筛选、排序和数据透视等的
数据库 ,利用计算机对复杂多变的拟开发区的土壤、水
文等基本参数进行多种运算模型的量化处理 ;根据处
理的结果推荐优化的林农复合生态模式、兴林灭螺的
技术措施 ,并提出推荐方案的经济效益 (收成效益率、
劳动生产率等) 、生态效益 (林木盖度、土壤量化指标
等)和社会效益 (钉螺密度、钉螺阳性率、提供产品种类
等)的预算. 例如图 2 是库中样方样地试验参数的下拉
式图表之一 ,表中的数据可随左边的下拉框中的样地
号而卷动 ,图 3 则是系统按图表的参数自动生成的三
维彩色图像. 另外良好的人机界面采用了统一的图形
用户化接口 ( GU I) 标准来设计 ,不仅方便了系统功能
的充分发挥和最终用户的使用 ,而且有利于系统的推
广并提高其自学性.
5 　结 　　语
　　本系统可为湖北省的综合治理和三滩开发工作提
供一套科学、严密、方便、快捷的技术性支持 ,对湖北
省的生态优化、土地资源开发和消灭血吸虫等工作都
具有促进作用和实用价值. 而且由于计算机网络和通
9566 期 　　　　　　　　　　　　　　　宋小春等 :湖北省兴林灭螺专家系统的研制和开发 　　　　　　　　　
讯技术的发展已日趋成熟 ,这为本系统的应用推广更
是提供了用武之地 ,因为本系统的网络互联对实现资
源共享、各试验区相互协作以及数据信息的集中和综
合处理等都将发挥更大的作用.
参考文献
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布关系的研究. 应用生态学报 ,7 (增) :51～55.
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的研究. 应用生态学报 ,9 (5) :468～470.
3 　胡运发、高洪奎著. 1988. 人工智能系统 原理与设计. 合肥 :国
防科技大学出版社. 220～248.
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5 　Microsoft 公司. 1995. Visual Basic 函数手册. 北京 :清华大学出版
社. 124～126.
6 　Bay , A. and Fariborz , Y. , Partovi , A. 1992. Knowledge Based
Decision Support System for Project Management . Com puter and
Operation Research , (7) :49～52.
7 　Kainuma , M. 1991. Development of an Intelligent Decision Support
System for Environmental Modeling and Planning. Research Report
from the National Institute for Environmental Studies ,Japan. 188 :306
～332.
作者简介 　宋小春 ,男 ,28 岁 ,硕士 ,讲师 ,从事智能决策支持系
统研究 ,发表论文 5 篇.
066 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10 卷