種植制度知識模型系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1、種植制度知識模型系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)彭漢艮姚霞朱艷曹衛(wèi)星3(南京農業(yè)大學江蘇省信息農業(yè)高技術研究重點實驗室農業(yè)部作物生長調控重點開放實驗室江蘇南京210095)摘要:以優(yōu)化利用農業(yè)自然資源為出發(fā)點著重運用系統(tǒng)分析原理和數學建模技術來研究種植制度設計的知識表達體系在系統(tǒng)收集和分析種植制度設計方面的文獻資料以及專家知識和經驗的基礎上通過定量解析種植制度指標與生態(tài)環(huán)境、品種類型、社會經濟條件之間的動態(tài)關系創(chuàng)建了種植制度設計知識模型充分利用軟構件的

2、技術特點在Vis2ualC平臺上設計并實現(xiàn)了數字化和組件化的種植制度知識模型系統(tǒng)實現(xiàn)了適宜作物選擇、作物搭配、作物布局設計和系統(tǒng)維護等功能。本研究克服了傳統(tǒng)種植制度專家系統(tǒng)地域性強和廣適性弱的不足為實現(xiàn)種植制度設計的定量化和數字化奠定了基礎。關鍵詞:種植制度知識模型系統(tǒng)專家系統(tǒng)中圖分類號:S126文獻標識碼:A文章編號:10002030(2005)02012504Designimplementationofaknowledgemodel

3、systemfdecision2makingoncroppingsystemPENGHan2genYAOXiaZHUYanCAOWei2xing3(Hi2TechKeyLabatyofInfmationAgricultureofJiangsuProvinceKeyLabatyofCropGrowthRegulationMinistryofAgricultureNanjingAgriculturalUniversityNanjing210

4、095China)Abstract:Takingoptimaluseofagriculturalnaturalresourcesintobasicconsiderationthisresearchfocusedonapplyingthesys2temanalysisprinciplemathematicalmodelingtechniquestoknowledgeexpressionsystemfcroppingsystemdesign

5、.Basedoncollectionanalysisofliteratureexpertknowledgeexperienceincroppingsystemaknowledgemodelfcroppingsystemdesignwasdevelopedbyquantifyingrelationshipsofcroppingsystemindicestoecologicalconditionscroptypessocialeconom2

6、iclevels.Withincpationofthesoftcomponentacteristicsacomponent2basedknowledgemodelsystemfdigitalcroppingsystemdesignwasestablishedontheplatfmofVisualC.Thesystemrealizedfourmajfunctionssuchassuitablecropse2lectioncropcombi

7、nationyear2roundcropdistributionsystemmaintenance.Thepresentknowledgemodelsystemovercomestheshtcomingsasspecificsitelimitationlowquantificationoftraditionalexpertsystemslaysafoundationffacilitatingthequantificationdigiti

8、zationofcroppingsystemdesign.Keywds:croppingsystemknowledgemodelsystemexpertsystem種植制度既是區(qū)域農業(yè)微觀管理也是區(qū)域農業(yè)宏觀調控的重要環(huán)節(jié)和基礎因此如何科學有效地進行種植制度設計是亟待解決的重要問題之一[12]。計算機科學、信息科學和系統(tǒng)科學等的發(fā)展使得種植制度設計的科學化和智能化成為可能尤其是專家系統(tǒng)的迅速發(fā)展及其在農業(yè)生產管理中的廣泛應用極大地促進了

9、種植制度優(yōu)化設計研究工作的發(fā)展[2～4]。然而傳統(tǒng)種植制度設計專家系統(tǒng)中的知識規(guī)則一般包含了許多具有較強地域性和時間性的專家經驗和參數限制了不同環(huán)境條件下系統(tǒng)決策的廣適性和準確性而且由于專家系統(tǒng)知識庫中的知識規(guī)則越全面決策的效果就越好這樣就勢必帶來知識庫過于龐大的問題[5]。因此筆者針對專家系統(tǒng)的這些弱點運用系統(tǒng)學方法和結構化途徑構建并實現(xiàn)具有時空規(guī)律的種植制度設計知識模型系統(tǒng)旨在解決傳統(tǒng)種植制度設計專家系統(tǒng)地域性強、知識庫龐大等難題從

10、而為實現(xiàn)種植制度設計的定量化和數字化奠定基礎。收稿日期:20050108基金項目:國家863計劃資助項目(2003AA209030)國家自然科學基金重點資助項目(30030090)作者簡介:彭漢艮(1970)碩士。3通訊作者Crespondingauth:曹衛(wèi)星(1958)教授主要從事作物生理生態(tài)與農業(yè)信息技術研究Tel:02584396565E2mail:caow@njau1edu1cn。南京農業(yè)大學學報200528(2):125～1

11、28JournalofNanjingAgriculturalUniversity19942007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.113人機接口人機接口是系統(tǒng)的重要部件之一。本系統(tǒng)以Windows為界面通過下拉菜單、工具條、圖標、圖形和表格等方式與用戶進行交互整個操作只要通過簡單的鼠標點按或快捷鍵敲擊即可完成。2系統(tǒng)的主要功能及技術原理種植制度

12、知識模型系統(tǒng)可以實現(xiàn)作物選擇、作物搭配、作物布局設計和系統(tǒng)維護等功能(圖2)。211作物選擇系統(tǒng)首先通過比較決策點所能提供的生態(tài)條件和作物能夠生長的上下限環(huán)境條件為用戶選擇能夠在決策點種植的作物并通過調用作物氣候和土壤生態(tài)適應性評價子模型分別計算所選作物的氣候、土壤及綜合適應性指數。212作物搭配系統(tǒng)首先從熱量、降水和水熱綜合3個水平分別計算不同作物類型下的熟制潛力并選擇適宜的熟制類型然后結合作物選擇的結果為用戶進行適宜的作物搭配。21

13、3作物布局設計系統(tǒng)通過運行作物布局設計子模型分別從經濟效益、社會效益、生態(tài)效益和綜合效益四個角度對其進行評價然后通過比較綜合評價結果確定最佳作物布局方案。214系統(tǒng)維護系統(tǒng)對于不同的用戶授予不同的權限用戶可以在自己的權限范圍內對數據庫中的數據進行瀏覽、查詢、增加、修改、刪除等操作。3系統(tǒng)開發(fā)與應用實例311系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與工具系統(tǒng)在中文WindowsXP操作平臺上開發(fā)。采用VisualC610[6]設計系統(tǒng)的人機界面和模型Foxpro61

14、0設計數據庫結構。系統(tǒng)由符合COM標準的以自動化形式封裝的軟構件[7]組裝而成各大構件既能單獨使用又能方便地與其他構件進行銜接具有較好的靈活性。312系統(tǒng)應用實例分別建立南京等不同緯度地區(qū)常年氣象數據庫、土壤數據庫、作物生態(tài)特性數據庫、種植業(yè)現(xiàn)狀數據庫、社會經濟數據庫并利用本系統(tǒng)為不同地區(qū)分別設計了一套作物種植制度。結果表明系統(tǒng)設計的各套種植制度與特定地點采用的種植制度[89]基本上是一致的。本文僅例舉了系統(tǒng)計算的南京地區(qū)不同種植方式下

15、的作物氣候適應性指數(表1)。根據模型中的約定作物氣候適應性指數x0185為適應0150x≤0185為較適應0135x≤0150為較不適應x≤0135為不適應。從表1可以看出以上幾種作物在南京地區(qū)的氣候適應性指數都大于015屬適宜種植范圍其中晚熟粳稻的適應性最好表明模型系統(tǒng)具有較好的決策性和適用性。4小結在系統(tǒng)收集和分析種植制度設計方面的文獻資料以及專家知識和經驗的基礎上通過定量解析種植制度指標與生態(tài)環(huán)境、品種類型、社會經濟條件之間的動

16、態(tài)關系創(chuàng)建了種植制度設計知識模型系統(tǒng)。與以往種植制度專家系統(tǒng)[34]相比本系統(tǒng)具有以下幾個方面的特點:(1)普適性強。知識模型描述了氣象、土壤、品種、社會經濟條件等與種植制度的動態(tài)關系克服了傳統(tǒng)種植制度設計及專家系統(tǒng)中經驗知識規(guī)則的時空適應性差等弱點原則上能用于不同地點、土壤和生產條件下的種植制度設計。(2)高度精煉性。知識模型用定量化的數學模型代替了傳統(tǒng)專家系統(tǒng)中一條條知識規(guī)則實現(xiàn)了定性、半定量到定量的升級較好地解決了傳統(tǒng)專家系統(tǒng)中知