（电路与系统专业论文）山西省马铃薯专家系统的构建及基于bp神经网络知识获取的探讨.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 山西省马铃薯专家系统的构建及基于b p 神经网络知识获取的探讨 摘要 本文介绍了专家系统的研究现状、结构特点及发展趋势，详细阐述了 山西省马铃薯智能农业专家系统的构造过程，包括知识的获取、表达和存 储以及推理机的推理方式和控制策略等。系统整体结构设计采用了 b r o w s e r w e b s e r v e r d a t a b a s e 三层分布计算体系，这种结构具有扩展性好、 维护方便、客户端界面统一、成本低、跨平台性和开放性等诸多优点。系 统采用w i n d o c e s2 0 0 0s e r v e r 所提供的i i s 中的w w w 服务器，利用 f r o n t p a g e2 0 0 0 、p h o t o s h o p 、d r e a m w a v e r 、r e a l p r o d u c e r 和i n t e r d e v 等开发 工具对文本、图像、动画、音频、视频等信息进行有机集成，形成图、文、 声并茂的w e b 页面，并充分运用了n e t 、x m l 、a c t i v e x 构件等新技术来 强化系统的功能；采用基于模糊产生式规则的知识表示，混合推理控制策 略以及应用不精确推理的可信度模型，较好地解决了农业领域知识的复杂 性和不精确性，实现了网络化马铃薯信息处理系统，解决了农业专家系统 数据量庞大，多媒体信息甚多，数据的不确定性等难点，集实用性、方便 性和科学性于一体，突出系统的本地化，在基层农业生产的推广应用中， 得到了用户的广泛好评。 近年来，随着科学技术的发展，特别是人工智能的发展已影响着各行 各业。专家系统在人工智能的重要分支，它的发展是本世纪科技发展的重 点之一。本文从专家系统的发展谈起，分析了目前存在于专家系统中的主 要问题，并且针对知识获取方法这一瓶颈问题进行了深入的研究和分析。 关于神经网络应用于专家系统主要是考虑专家系统可以解决分类问 太原理工大学硕士研究生学位论文 题。神经网络所具有的自学习能力使得传统专家系统技术应用最为困难的 知识获取工作转换为网络的变结构调节过程，从而大大方便了知识库中知 识的记忆和提取。本课题从理论上分析了神经网络在改善专家系统中的知 识获取方法的优点，提出了解决专家系统中知识获取方法问题的技术方案。 为了实现马铃薯专家系统品种选择模块中知识获取方法的改进，在神经网 络选择过程中，尝试了多种神经网络方案：h o p f i e l d 网络、自组织网络、 b p 网络等等。对网络的特点进行了分析，通过仿真实验考察了网络在现有 条件下对于处理专家系统中分类问题的能力，最终采用b p 网络作为基本网 络构建了专家系统的知识获取子系统。用m a t l a b 仿真了人工神经网络中b p 网络，并将研究的结果应用于“马铃薯专家系统中的品种选择模块”，完成 了马铃薯品种选择模块的知识获取方法的改进，提高了系统的性能，效果 良好。 关键字：马铃薯，专家系统，b p 神经网络，知识获取 i i 太原理t 大学硕士研究生学位论文 c o n s t r u c t l 0 n0 fp o t a t oe x p e r ts y s t e ma n d d i s c u s s i o n o fn nk n o w l e d g e a c q u i s i t i o n a b s t r a c t t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e st h ep r e s e n ts i t u a t i o no ft h er e s e a r c h ，t h es t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c ，p r o b l e m s a n dd e v e l o p m e n tt e n d e n c yo ft h ee s t h ea r t i c l e e l a b o r a t e st h ep r o c e s so fc o n s t r u c t i n gt h es h a n x ii n m l l i g e n te so fp o t a t o d e t a i l e d l y , i n c l u d i n gt h ea c q u i s i t i o n ，e x p r e s s i o na n dd e p o s i t i n go f t h ek n o w l e d g e a n dt h ei n f e r e n c em a n n e ro ft h er e a s o n i n g - m a c h i n e w eu s e dt h r e ed i s t r i b u t i o n s c o m p u t a t i o n ss y s t e m o fb r o w s e r w e bs e r v e r d a t a b a s et od e s i g ns y s t e m c o n s t r u c t i o nw h i c hw a so p e na n de x p a n s i b l ea n dw a se a s yt om a i n t a i n w eu s e d w w ws e r v e ri ni i s a p p l i e db yw i n d o w s2 0 0 0s e r v e ra n da d o p t e ds o m e e x p l o i t i n gt o o l ss u c ha sf r o n t p a g e2 0 0 0 、p h o t o s h o p 、d r e a m w a v e r 、r e a l p r o d u c e r a n di n t e rd e vt oi n t e g r a t et h et e x t s 、i m a g e s 、a n i m m i o n s 、a u d i o sa n dv i d e o st o f o r mv e r yp e r f e c t w e bp a g e s i na d d i t i o n ，w es u f f i c i e n t l yu s e ds o m en e w t e c h n o l o g ys u c ha s n e t 、x m l 、a c t i v e xe t ct os t r e n g t h e nt h ef u n c t i o no f s y s t e m o nt h eo t h e rh a n d ，w eu s e dt h ee x p r e s s i o no fk n o w l e d g eb a s e d o nt h e r b rs y s t e m ，m i x e dr e a s o n i n gc o n t r o l s t r a t e g ya n dt h er e l i a b l em o d e lo f i m p r e c i s er e a s o n i n gw h i c hr e s o l v e dt h ec o m p l e x i t ya n di m p r e c i s i o ni nt h e d o m a i no fa g r i c u l t u r ea n dc o n s t r u c t e dt h ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo f p o t a t o t h es y s t e mr e s o l v e dm a n yp r o b l e m so fa g r i c u l t u r ee x p e r ts y s t e ms u c ha s t o oh u g ed a t aq u a n t i t y 、t o ol a r g em u l t i m e d i ai n f o r m a t i o na n di n c e r t i t u d eo fd a t a s o ，t h es y s t e mw a sv e r yp o p u l a rw h e ni tw a su s e di na c t u a lp r o d u c e w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h es c i e n c eo ft h et e c h n o l o g y , e v e r yw a l ko fl i f e h a sb e e na f f e c t e db yt h ed e v e l o p m e n to ft h ea r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e t h ee x p e r t s y s t e ma st h ei m p o r t a n to f fs h o r to ft h ee x p e r ts y s t e m ，i th a sb e e no n eo ft h e 1 1 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 i m p o r t a n te m p h a s e si ng r o w i n go ft h e s c i e n c e t h ep a p e rb e g i n sw i t ht h e d e v e l o p m e n to ft h es y s t e m ，a n a l y z i n gt h em a i np o i n t so f t h ee x p e r ts y s t e ma n d d o i n gs o m e e m b e d d e ds t u d yf o rt h em e t h o df o rt h ek n o w l e d g ea c q u i s i t i o n t h em a i nr e a s o na b o u tt h en e t w o r ka p p l y i n gi ne x p e r ts y s t e mi st h a ti tc a n s o l v et h ec l a s s i f i c a t i o n t h es e l f - s t u d yo ft h en e t w o r km a k et h em o s td i f f i c u l t p o i n t st h ek n o w l e d g ea c q u i s i t i o nb e c o m i n g t h ea d j u s t i n go ft h ef r a m eo ft h en e t ， a n dt h ek n o w l e d g em e m o r i z i n ga n dd i s t i l l i n gb e c o m i n ge a s i e r i nt h ep a p e r , t h e v i r t u eo ft h en e t w o r ku s e di nk n o w l e d g ea c q u i s i t i o nh a sb e e na n a l y s e s e d s o m e m e t h o d so ft e c h n o l o g yf o rt h ek n o w l e d g ea c q u i s i t i o nh a v eb e e na d v a n c e d i n o r d e rt oi m p r o v et h em e t h o do fk i n ds e l e c t i o nm o d e li np o t a t oe x p e r ts y s t e m ， c h o o s i n g t h e n e t w o r k ，t r y i n gs o m e k i n d so fn e t w o r k ：h o p f i e l dn e t w o r k , s e l f - o r g a n i z a t i o nn e t w o r k ，b pn e t w o r k a n a l y s i s i n gt h ec h a r a c t e ro ft h e n e t w o r k ，a f t e rm a k i n gm a n ye x p e r i m e n t s ，f i n a l l yd e c i d e dt ou s et h eb pn e t w o r k f o rt h ek n o w l e d g ea c q u i s i t i o n s i m u l a t i o nf o rt h eb pn e t w o r kw i t hm a t l a ba n d t h er e s u l t su s e dt ot h em o d e lo fk i n ds e l e c t i o ni np o t a t oe x p e r ts y s t e m t h er e s u k i sb e t t e r k e yw o r d s ：p o t a t o ，e x p e r ts y s t e m ，b pn e u r a l n e t w o r k ，k n o w l e d g e a c q u i s i t i o n i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 符号说明 i n t e m e t e s ( e x p e r ts y s t e m ) s q l ( s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ) c s ( c l i e n t s e r v e r ) i i s ( i n t e r n e ti n f o r m a t i o ns e r v e r ) i n t r a n e t a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) o d b c ( o p e n d a t a b a s ec o r i n e c t i v i t y ) x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) h t m l ( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ) d l l ( d y n a m i cl i n kl i b r a r y ) c l r ( c o m m o nl a n g u a g er u n t i m e ) b p ( b a c k - p r o p a g a t i o nn e u r a ln e t w o r k ) i 因特网 专家系统 结构化查询语言 客户服务器模式 因特网信息服务器 企业内部网 活动服务器页面 通用网关接口 开放数据库互连 可扩展标记语言 超文本标识语言 动态链接库 公共语言运行时 误差逆传播神经网络 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文。是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外。本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：；盔堡缸 日期：! 三z ! 二二上 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的。 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) o 签名： 导师签名： 日期：一r 、弓夕 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 专家系统和农业信息化 第一章绪论 1 1 1 农业信息化技术 2 l 世纪是社会高度信息化的时代，是经济高度信息化的时代。实施农业信息化是我 国农业迎接知识经济的挑战和推动新的农业科技革命的重大举措。农业要实现现代化， 实现生产力质的飞跃，必须充分大力发展信息技术这一管理和传播手段。 农业信息化实质是充分利用信息技术的最新成果，全面实现农业生产、管理、农产 品n i 、营销以及农业科技信息和知识的获取、处理、传播和合理利用，加速传统农业 的改造，大幅度地提高农业生产效率、管理和经营决策水平，促进农业持续、稳定、高 效发展进程。 世界农业信息技术是发展大致经历了三个阶段：第一阶段是2 0 世纪5 0 6 0 年代的科 学计算，第二阶段是7 0 一8 0 年代的数据处理和知识处理，第三阶段是9 0 年代以来新的发 展时期。新发展时期其主要标志是：( 1 ) i n t e m e t 是目前世界上最大的计算机通信网络， 世界上一些农业发达国家，如有计算机的农场中，有4 7 的农场主实行使用i n t e m e t ， 2 0 的大型商业化农场已经进入i n t e m e t 。( 2 ) 卫星数据传输系统。美国农业卫星数据传 输系统的应用非常广泛，两个主要系统是a g d a i l y 和f a r m d a y t a ，属于数据传输网络公司 的一部分。这些无源数据获取系统( p a s s i v ed a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m ) 是从用户观察点获 得数据的，它连续不断地把数据从一颗卫星传送到租用的数据统终端并自动存贮。上述 两个系统提供的现实数据和信息分为若干主题，能提供最新的市场价格、气象图表、美 国农业部报告有关市场发展、长短期天气预测，以及产品信息和保险务方案。( 3 ) 专家 系统、模型系统、智能信息系统的开发。已研制出大量作物模拟模型、作物生产管理系 统或病虫害管理系统、以及其它与农业相关的模型、专家系统和管理系统。 随着研究的进展，农业信息化的应用范围不断扩大，现在已经渗透于农业的各个方 面，如大田生产管理、畜禽生产、农业信息管理、宏观农业经济分析等。在发达国家已 进行作物生长模拟模型、栽培管理、测土配方施肥与植保专家系统应用研究与实践，进 一步揭示出农田内小区作物产量和生物环境条件的明显时空差异性，从而促使作物栽培 管理实施定位、按需变量投入，或称“处方农作”发展起来的。海湾战争后，卫星定位 系统( g p s ) 技术的民用化，促使它在国民经济许多领域的应用研究迅速发展也推动了 太原理工大学硕士研究生学位论文 “数字农业”技术体系的广泛实践。近2 0 年来，基于信息技术支持的作物科学、农艺学、 土壤学、植保科学、资源环境科学和智能化农业装备与田间信息采集技术、系统优化决 策支持技术等，在g p s 、g i s 空间信息科技支持下组装集成起来，形成一个新的精细农 作技术体系，并开展了试验实践，在示范应用中预示了良好的发展前景。 在我国，农业信息化进程起步较晚。2 0 世纪8 0 年代以来，开展了系统工程、数据库 与信息管理系统、遥感、专家系统、决策支持系统、地理信息系统等技术应用于农业、 资源、环境和灾害方面的研究，已取得一批重要成果，不少已得到应用，有些己达到国 际先进水平。目前全国大多数县配备了微机用于信息管理，县以上各级农业信息中心逐 步建立，已建成了一些大型农业资源数据库和优化模拟模型、宏观决策支持系统，应用 遥感技术进行灾害预测预报与农业估产，各种农业专家系统和计算机生产管理系统应用 于实践。 利用先进的信息采集系统将一片土地的土壤类型、肥力等土壤信息，降雨、日照等 气象信息，以及农业生产动态等信息收集起来，利用信息分析系统将它们进行综合分析 处理，决定耕作的种类、方式，在生产过程中使用具有变量施肥、喷药功能的农用机械， 根据不同地块的情况进行精耕细作，从而有效提高产出、节约投入、减少环境污染。 1 1 ，2 专家系统及其研究现状 专家系统( e x p e r ts y s t e m ) 是用基于知识的程序设计方法建立起来的计算机系统， 它综合集成了某个特殊领域的专家的知识和经验，能像人类专家那样运用这些知识，通 过推理模拟人类专家做出决定的过程，来解决人类专家才能解决的复杂问题。专家系统 由知识库、推理机、知识获取、解释界面等四部分组成，知识库和推理机是它的核心【1 1 【甜。 建立知识库的关键是如何表示知识，推理机用于确定不精确推理的方法，解释界面是用 户的一个窗口，能够处理各种咨询问题眈 在2 0 世纪6 0 年代中期，美国斯坦福大学的d e n d r a l 计划以及麻省理工学院的 m a c s y m a 计划开始研制首批专家系统，一直持续到7 0 年代中期，较为完善地提出了 专家系统的含义。而f e i g e n b a u m 教授在7 0 年代提出应用概念，他认为，“专家系统是 个知识工程软件，是恰当运用专家知识的获取、表达和推理过程的构成和解释，对那 些需要专家知识才能解决的应用难题提供求解的手段”。其实专家系统和知识工程应该 是没有严格界限的，这一点从f e i g e n b a u m 教授的理解可以看出。专家系统是以知识为 基础，通过智能软件而建立的系统。专家系统是人工智能的一个分支，它的不精确推理、 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 知识库和推理机分离以及自我学习等特性使它能很好地处理一些非确定型或非结构化 的复杂问题。自5 0 年代斯坦福大学开发用于确定未知化合物分子结构的专家系统 d e n d r a l 和专家系统m y c i n 以来，专家系统就一直是人工智能应用研究的最活跃和 最广泛的课题之一，是目前人工智能应用方面最成熟的一个领域。随着计算机的应用范 围的不断扩大及日益普及，专家系统被广泛地应用于医疗、工业、农业、教育等众多的 学科与领域。 从6 0 年代到8 0 年代的2 0 多年里，专家系统广泛应用于医学、地质、生物化学、 故障诊断、工程、数学问题求解、教育、军事等领域，取得了很大的进步。进入8 0 年 代，人们对专家系统有了新的认识，专家系统研究进入高速发展阶段，也出现了许多农 业生产管理专家系统，如h a l l e m m o n 于1 9 8 6 年开发的棉花生产管理专家系统，p l a n t 等人1 9 8 9 年开发的农业管理专家决策支持系统，s r i n v a s a n 等人开发的e s i m 灌溉管理 专家系统，s s a p u t r o1 9 9 1 年开发的农业生产空中漂移物专家系统( 研究喷洒农药对环境 的影响) ，这些专家系统在实际应用中收到很好的效果 4 1 。 国内于2 0 世纪7 0 年代末期开始研究专家系统，8 0 年代初期开始研究农业专家系统。 1 9 8 0 年浙江大学与中国农科院蚕桑所合作，开始研究蚕育种专家系统；1 9 8 3 年中国科 学院合肥智能研究所与安徽农科院合作，开发砂姜黑土小麦施肥专家系统是我国第一个 实用农业专家系统。9 0 年代，国际上举办了多次有关农业专家系统的会议，我国专家系 统的研究更是蓬勃发展，出现了许多农业专家系统，如小麦高产技术专家系统( 余华等， 1 9 9 6 ) ，水果果形判别人工神经网络专家系统( 刘禾等，1 9 9 6 ) ，基于规则和图形的苹果、 梨病虫害诊断及防治专家系统( 王爱茹等，1 9 9 9 ) ，农业资源高效利用技术集成专家系 统的设计( 李道亮，1 9 9 9 ) ，生态农业投资项目外部效益评估的专家系统( 范大路，1 9 9 9 ) ， 基于作物生长特征的作物栽培专家系统( 柴毅，1 9 9 9 ) ，基于生长模型的小麦管理专家 系统( 曹卫星等，1 9 9 9 ) 等。随后得到国家攻关、“8 6 3 ”计划、国家自然科学基金和部 省科技攻关计划等资助。目前已研制出一批有影响的系统软件，如合肥智能所的“施肥 专家系统”在全国已推广了1 0 0 多个县，节约化肥3 0 多万吨，增产粮食十多亿斤；中 农院士肥所的“禹城小麦、玉米施肥专家系统”己推广了1 1 2 5 万亩，增产小麦4 0 0 多 万斤。此外还有长春市农科院的国家“8 6 3 ”课题“玉米栽培专家系统”、中国农业科学 院作物所的“冬小麦新品种选育专家系统”和“玉米杂交种选育专家系统”等嘲。本课 题组采用了( p a i d 专家系统开发平台) 。 总体上来讲，国内外在专家系统方面的应用研究主要集中在实际生产中的基础产业 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 领域( 农业生产，生产管理，水利工程) ，针对专家系统的推理准确度、知识获取的方 法、系统应用平台等方面进行了深入的研究并取得了大量成果。 1 2 本课题的选题背景及意义 我国是个农业大国。农业的加速发展无疑对社会的稳定、经济的繁荣有举足轻重的 作用。但由于我国广大农村严重缺乏高层次农业领域专家和科技人员，通讯手段落后， 农民文化程度较低，而且我国农户农田面积小，各个地块基础条件不同，各地农业耕作 技术差别较大，使得依靠科技发展农业就成为我国农业发展的大趋势：建立智能化农业 示范区更成为推动农村经济发展的迫切要求。在科技兴农中，智能化信息处理系统具有 举足轻重的地位，它大大降低了农民用于农业信息技术产品的个人投入成本，增强农民 应用农业信息技术的信心。 本课题是在国家8 6 3 主题专家组的大力重视和支持下进行，自1 9 9 9 年开始至2 0 0 5 年1 2 月，我省先后进入8 6 3 3 0 6 项目、8 6 3 1 1 项目全国示范区行列，省委省政府把“8 6 3 ” 计划智能农业专家系统的推广应用作为推进信息化、农业产业化、现代化的标志性项目 和转变农业生产方式和农民思维定势一个全新的、复杂的系统工程，并在全省各层机构 的极力配合下得以落实。 针对山西省主要农作物之一的马铃薯，采用目前国际上的主流软件技术、人工智能 和专家系统技术、多媒体技术、网络应用和系统集成技术，将马铃薯专家多年积累的经 验、技术和方法以及大量的马铃薯作物普遍性知识，结合山西的地域特点等基本事实数 据，经过分析、萃取、整理，最终集成的一套智能化、网络化、实用化的智能化马铃薯 信息处理系统，为马铃薯种植提供了一整套科学、合理、有效的生产管理技术。本系统 设计是在充分调研、分析了若干现有农业信息处理系统的基础上，尽量吸取众家之长， 避免前人出现的问题，逐步摸索而形成的套较为独到的系统设计方案。作为一个完善 的信息处理系统，它不仅提供了马铃薯从种到收、到贮藏的各种信息支持，还以多媒体 的形式依据马铃薯生长发育的特点以及农业生产中常见的问题对马铃薯进行了模块划 分，包括生长发育、环境效应、退化脱毒、栽培技术、收获贮藏、加工利用、淀粉制品， 另外把推理决策作为一个模块集成到了系统之中。而推理决策机制更体现了它的重要 性，它具有继承性、集成性、复制性、便捷性等特点，对缓解农业专家的不足，加快科 技成果的转化，提高农业生产的科学管理水平具有重要指导意义【6 1 。 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 3 课题研究内容和论文各章吊安排 本课题由国家8 6 3 计划“基于中间技术的专家系统平台研究与应用”资助，本人负 责的是在马铃薯专家系统的开发，利用已有的s q l 数据库知识系统和领域专家的经验 知识，采用智能化信息技术高度集成、组装配套有重要价值和应用前景的农业技术成果， 建立新的知识库和规则库，构建可在单机和网络上运行的马铃薯信息系统和智能决策系 统。 本文研究了将专家系统和前向多层误差反传( b p ) 神经网络法应用于实际农业生产 的问题。本文的主要内容及章节分布为： 第一章：概述农业信息化技术发展的情况，然后引出选择品种马铃薯作为研究方向 的背景及意义。 第二章：介绍山西省智能马铃薯专家系统的设计框架，包括系统的开发方案、 所采用的软硬件技术、系统的功能组成和主要模块结构。 第三章：详细阐述了山西省智能马铃薯专家系统多媒体子系统的设计，包括系 统设计的技术方案及实现过程。 第四章：智能决策子系统是智能化马铃薯专家系统的最重要的组成部分，本章将专 家系统具体实现在马铃薯决策过程中，详细阐述了专家系统的构造过程和方法，重点介 绍了知识库、推理机等关键坏节的建立。 第五章：主要对a t 神经网络进行了介绍，并针对解决马铃薯专家系统中品种选择 的知识获取问题选取了三种典型的人工神经网络( h o p f i e l d 网络，自组织网络，b p 网络) 进行了分析研究和仿真实验。决定采用改进型的b p 网络为基础设计系统，对b p 网络 进行了m a t l a b 仿真，证明b p 网络在解决知识获取问题方面有较大的优势。 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章山西省智能马铃薯专家系统的框架的构建 智能化马铃薯专家系统是综合运用信息技术、人工智能、知识工程以及专家系统等 相关知识，汇集农业领域专家的知识、经验、和技术，利用相应的计算机技术研制而成 的可以科学指导农业生产实践的智能信息处理系统，它是农业技术推广手段的创新。由 于系统的主要用户是广大农户和农村的科技人员，因此，无论从软件和硬件上讲，或从 其体系结构上讲，系统设计都要考虑其性能、效率和科学性，同时要从实际出发，针对 山西省农村地区的实际情况合理安排和规划。 计算机的发展按处理对象经历了如下四个阶段：数字一规则一经验一常识；相应的 阶段名叫：数值计算阶段一逻辑推理阶段一专家系统阶段一知识工程阶段；相应智能层 次：盲目搜索一有目的搜索一低层次智能模拟一高层次智能模拟。本系统各子系统是以 一个专家为主、集专家知识为基础构造，运用了知识获取、知识构造、知识表达、智能 推理、系统学习与适应等专家系统技术。我们在系统研制设计中特别重视知识获取，尽 可能将我省农业科技成果纳入其中。计算机专家和知识工程师互相学习，力争形成较完 备的信息与知识体系，并特别吸收示范区农民科技能手参加系统知识库的构建，重视农 民特别是有实践经验的农民专家的反馈意见和建议，极大的保证了系统知识库的实用性 和科学性。 2 1 系统构建方案 21 1 系统构建的总体目标 智能化马铃薯信息处理系统的总体目标是以山西农业实际为基础，农业专家和计算 机专家紧密协作，采用智能化信息技术高度集成、组装配套有重要价值和应用前景的农 业技术成果，开发可在单机和网络上运行的面向基层的软件。 具体方案如下： 构建决策规贝t j 2 0 0 条以上，设计多个决策模块以覆盖马铃薯生长、培育、丰收等方 面。 采用多种推理策略，不断优化知识库构造和知识获取方式。 设计友好高效的人机交互方式。 采用新的多媒体实现方式，如a s p v b x m l 超媒体等。 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 以绿色农业为导向，紧跟现代农业发展趋势，介绍新品种新农药、新方法。 综合应用信息技术，建设面向数字农业的现代化农业专家系统。 建设一个知识覆盖面广深度大的百科全书式的马铃薯专家系统。 系统构建的原则： 系统力求面向基层、面向生产、面向农民。 系统的实用性是关键。因此在保证系统的先进性的同时考虑山西各地区的情况和特 点，以服务于基层科技人员和广大农民的实际需要。 以农业领域专家提供的知识信息和经验为主导，农业专家和计算机专家深层次密切 配合，共同开发。 无论农学或计算机软件，尽量采用先进技术，以使集成的专家系统能体现目前的最 新成果和开发手段。 2 1 2 系统运行环境的配置及开发工具的选择 智能化马铃薯专家系统研制有单机版和网络版两种版本，对于单机运行而言，系统 所需的硬件环境为i b m p c 机及其兼容机，软件平台为w i n d o w s 9 x 2 0 0 0 。 对于网络运行而言，系统采用三层c s d 结构。网络操作系统采用m i c r o s o f t w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r ，w e b 服务器采用i i s 5 0 ，数据库服务器采用m i c r o s o f ts q ls e r v e r 2 0 0 0 。硬件环境要求p i i l 8 0 0 1 5 g 1 2 8 m 以上。用户可以通过i n t e m e t i n t r a n e t 来实现对系 统的访问。 本系统采用p a i d 4 0 进行系统开发。p a i d 4 0 提供了网络版和单机版两个版本，其数 据库、知识库可以进行方便的转换，既适应了不同层次用户的需求，又方便了系统的统 一开发、统一调试。p a i d 4 0 采用w i z a r d s ，w e b f o r m s 与x m l 语言脚本，支持二次开发， 对不同类型的推理决策系统外壳可以方便的进行挂接。同时，采用了当今国际流行的 c o m d c o m c o m + 构件技术，对服务器端的源码进行保护，尽可能采用二进制构件。 采用s q ls e r v e r2 0 0 0 的数据访问构件；采用x m l 文件与数据库进行无损失转换的功能构 件；采用o d b c 等访问数据库的接口，构造统一数据库视图构件，支持各类构件与视图 构件的连接和基于异构数据库的定性推理和定量计算；利用v b 、v c 、n e t 技术来开发 w e b 组件，用户界面开发则利用比较先进的d r e a m w e a v e r 、p h o t o s h o p 、f l a s h 工具；系 统实现了晃面分离、分层管理，满足不同层次用户( 系统管理员、知识工程师、普通用 户) 的需要( 7 】【3 】【9 1 。 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 2 系统的框架结构 系统结构采用当前w e b 应用主流技术即“w e b 浏览器，w 曲服务器数据库系统”的三 层分布计算体系结构如图2 1 所示。w e b 浏览器为表现层，主要提供专家系统人机交互界 面，包括多媒体信息显示，表单( 面向系统) 及决策结果( 面向用户) 的提交等；w e b 服务器为应用层，提供专家系统中与应用逻辑有关的各种服务构件，也是系统运行的枢 纽部分；数据库系统为数据层，提供和管理各类数据库，包括对数据库，知识库和模型 库的存取访问【1 0 1 。 图2 1 三层分布计算体系结构 f i g 2 1t h es t r u c t u r eo f t h r e el a y e rc o m p u t e rs y s t e m w e b 浏览器为表现层，主要提供专家系统人机交互界面中信息的表示和数据的收 集，包括多媒体信息，表单( 面向系统) 以及决策结果( 面向用户) 的提交等。w 曲服 务器为应用层( 或功能层) ，提供专家系统中与应用逻辑有关的各种服务构件，也是系 统运行的枢纽部分。它响应用户发来的请求，执行某种业务任务，并对响应的数据进行 处理和对数据源层的访问与操作，用户不需要直接与数据库打交道。数据源层提供和管 理大量的数据。前两层实现页面结构和元素的定义，而把该页面的大量元素值即数据存 放在数据库，数据的复杂处理放在中间层。从而站点结构维护和数据更新成为两个相对 独立的过程。这种结构的最大好处就是把应用程序和计算逻辑全部移植到服务器端，客 户端只保留界面统一的浏览器，便于维护和减轻网络负担。 这种结构以后台数据库为核心，在w e b 服务器端挂接服务器构件，通过前台浏览器 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 管理和运行。首先，浏览器( 本系统要求i e 5 o 以上) 向服务器发出h 1 v r p 请求( 一般通 过直接键入网址或表单提交方法) ；然后，服务器在适当的条件下响应请求并产生相应 动作，通常是利用脚本采集并分析提交的数据，需要访问数据库时可利用a d o 、n e t 、 r d s 等数据库访问技术通过0 d b c 访问后台数据库】；最后生成标准的h t m l 语言内容 下载到客户浏览器端。整个过程安排合理，结构严谨。系统在分布于网络环境下的多台 计算机上运行。 整个系统具有以下的优点： ( 1 ) 先进的网络技术 使用h 丁r p ，s o a p ，a d o n e t 或o l e d b 处t 里s q l s e r v c r 2 0 0 0 的x m l 功能的数据访 问构件：研究实现x m l 文件与数据库进行无损失转换的功能构件；采用o d b c 等访问数 据库的接口，构造统一数据库视图构件，支持各类构件与视图构件的连接和基于异构数 据库的定性推理和定量计算【1 2 】 1 3 1 。 ( 2 ) 构件化 采用软构件技术，遵循c o m d c o m c o m + 技术规范，可面向对象进行定制组件， 挂接任何基于w i n d o w s 开发的动态连接库d l l 和基于o l e 技术标准的o c x 构件。系统实 现了界面分离、分层管理，满足不同层次用户( 系统管理员、知识工程师、普通用户) 的需要。 ( 3 ) 智能化 遵循人工智能( 专家系统) 的技术原理，系统具有数据和知识半自动获取、知识库 求精、模糊推理、确定性推理、不确定性推理、模型自动解析等功能，对特定农业领域 问题进行定性推理和定量决策，具有高度智能化的特点。 ( 4 ) 系统采用专家数据库( e x p e r t d a t a b a s e s y s t e m ) 系统摒弃了传统的“紧祸合”的方式，因为它将规则管理系统集成到了d b m s 中了， 实现的难度较大。而是采用了“松祸合”的方式，将一个现成的专家系统外壳和一个现 成的d b m s 作为两个独立的子系统级和起来，分别管理规则库和数据库。这样可以充分 发挥原有两个系统的全部功能，并且不需要对原系统进行任何的改动，只需设计一个连 接e s d b m s 的高效、灵活的接口模块，协调二者的工作，实现起来时间短，见效快。 ( 5 ) 灵活的b s d 结构 本系统是一个典型的b s d 体系机构，运行时只需配置客户机即可，大大降低了对 客户机的软硬件的需求，实现了“瘦客户机”的目标。同时，推理机的实现、规则库和 9 奎堡里三查堂堡主旦塞竺兰垡堡壅 数据的维护都集中在服务器实现，一方面降低了编程的难度，同时提高了系统的安全性 能。最后，客户端由于只需要完成实现专家系统的接口，所以服务器端可以通过多种方 式来实现，如多种数据源( s q l s e r v e r ，o r a c l e ，d b 2 等) ，扩展t 系统的兼容性，并且方 便将来跨平台实现【1 4 1 。 该系统根据实现功能的不同，分为综合信息和智能决策两大部分，两部分功能分离 但信息内容又相互联系，用户使用和信息获取直观、简捷。 2 3 小结 本系统是汇集农业领域专家的知识、经验、和技术，利用相应的计算机技术研制而 成的可以科学指导农业生产实践的智能信息处理系统，本章主要介绍马铃薯专家系统的 设计框架，包括系统的开发方案、所采用的软硬件技术、系统的功能组成和主要模块结 构等。 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 第三章多媒体信息子系统的设计 山西省智能化马铃薯专家系统包括多媒体信息子系统、智能决策子系统两大部分， 本章将对多媒体信息子系统的设计进行详细的阐述。子系统可运行在i n t e m e t i n t r a n e t 上， 基层用户只要通过i e 浏览器就可以使用该系统。由于本系统面对的主要用户为农户和乡 村科技人员，因此不适宜用过多的专业术语来表述，浏览操作也不宜过于复杂。我们在 系统研制时，遵循着统一、简单的设计原则，尽量采用通俗的语言，全面而简单的把专 家的知识表示出来。 3 1 应用d r e a m w e a v e r4 0 设计专家系统信息子系统 d r e a m w e a v e r 是制作网页的最好工具之一，d r e a m w e a v e r 对于d h t m l ( 动态网页) 的支持特别好，可以轻而易举地做出很多眩目的互动页面特效，做出精彩的网页来。插 件式的程序设计使得其功能可以无限的扩展。d r e a m w e a v e r 与f l a s h 、f i r e w o r k 并称为 m a c r o m e d i a 的网页制作三剑客，由于是同一公司的产品，因而在功能上有着一个非常 紧密的结合。在d r e a m w e a v e r 中有很多的技巧和小花样，它的功能很大，因此，说 d r e a m w e a v e r 是高级网页制作的首选并不为过。 与f r o n t p a g e 不同，d e a m w e a v e r 采用的是m a c 机浮动面版的设计风格，d r e a m w e a v e r 的直观性与高效性是f r o n t p a g e 所无法比拟的。d r e a m w e a v e r 最新的版本为：d r e a m w e a v e r 4 和d r e a m w e a v e ru l t r a d e v 4 0 。后者支持a s p 、j s p 等程序的编写与调试。这两个版本 的d r e a m w e a v e r 在使用上不会有太大的差别。 第一次启动d r e a m w e a v e r ，首先看到的是d r e a m w e a v e r 的编辑窗口，其常用的主要 有以下几个： ( 1 ) 网页文档编辑窗口 太原理工大学硕士研究生学位论文 图3 - 1 网页文档编辑窗口 f i g 3 1t h ee d i tw i n d o wo f w e bd o c u m e n t 本窗口用于网页文件的编辑，其结果与在浏览器