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1專家系統(tǒng)的發(fā)展

1.1產生階段(1965年~1971年)

1956年人工智能產生,為專家系統(tǒng)的誕生奠定了基礎。1965年~1968年美國Stanford大學計算機系Feigenbaum等人根據(jù)化合物的分子式及其質譜數(shù)據(jù),研制出幫助化學家推斷分子結構的計算機程序系統(tǒng)DENDRAL,獲得極大的成功。該系統(tǒng)解決問題的能力已達到專家水平,在某些方面甚至超過同行領域的化學家。這標志著人工智能的一個新的研究領域—專家系統(tǒng)的產生。

1.2成熟階段(1972年~1977年)

這一時期專家系統(tǒng)的觀點逐漸被人們廣泛接受,從而先后出現(xiàn)了一批卓有成效的專家系統(tǒng),典型代表是1974年E.H.Shortliffe等人研制的用于治療感染性疾病的MYCIN系統(tǒng)。在此期間,知識組織形式、系統(tǒng)的人機接口、解釋機制、知識的獲取、不確定性推理等技術得到了進一步的發(fā)展和成熟。

1.3發(fā)展階段(1978年以后)

這一時期專家系統(tǒng)滲透到了非常廣泛的領域。第一個農業(yè)專家系統(tǒng)在美國的伊利諾斯大學誕生,我國的農業(yè)專家系統(tǒng)研究起步較晚,但發(fā)展較快。自80年代也開始了農業(yè)專家系統(tǒng)的研究。

2專家系統(tǒng)在農業(yè)上的應用概況

2.1專家系統(tǒng)在國外農業(yè)上的應用

在國外,農業(yè)信息系統(tǒng)研究始于20世紀60年代,初期它僅僅是由農業(yè)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理程序構成。60年代中期,美國斯坦福大學Feigen-baum等人研制了第一個專家系統(tǒng)。從此,人工智能專家系統(tǒng)發(fā)展起來,并迅速滲透到各個領域,在農業(yè)上應用更是方興未艾。此類專家系統(tǒng)的研制和應用已成為高新技術應用于農業(yè)生產的成功實例。比較有名的專家系統(tǒng)有:PLANT/ds、ICCS等,涉及多種作物的病蟲害診斷、預測與管理、施肥、防御低溫冷害等,一般用于解決帶有經(jīng)驗性的定性問題。作物模擬模型在荷蘭和美國創(chuàng)立,而園藝作物模型出現(xiàn)在20世紀70年代末80年代初,作物模擬模型與農業(yè)專家系統(tǒng)的研究和應用表明了農業(yè)科學開始進入計算機信息時代。80年代,出現(xiàn)了以農業(yè)專家系統(tǒng)為主進而與作物模型、GIS等相結合向深度發(fā)展的趨勢,并大面積應用于生產。較為典型的有美國棉花管理專家系統(tǒng)Cotton++、APSIM等。90年代以來,農業(yè)專家系統(tǒng)、作物模型,3S技術之間的集成已成為信息技術領域研究的熱點之一,印度、加拿大等將AE-GIS/Win與RS、模型、專家系統(tǒng)等結合進行干旱地區(qū)決策、農業(yè)生產模式等領域的深層次決策支持系統(tǒng)研究與應用。

2.2專家系統(tǒng)在我國農業(yè)上的應用

我國農業(yè)專家系統(tǒng)的研究始于20世紀80年代初,國家科技部曾明確提出:“以農業(yè)專家系統(tǒng)為突破口,發(fā)展我國的農業(yè)信息技術”。早在1985年由中國科學院人工智能所開發(fā)的“砂姜黑土小麥施肥專家咨詢系統(tǒng)”在安徽省淮北平原得到很好的推廣應用。此后,“七五”、“八五”期間,國家科委、農業(yè)部先后支持了一些作物專家系統(tǒng)及其工具、作物生長發(fā)育模型、農業(yè)生產管理系統(tǒng)等的開發(fā),并取得了一些重要成果,在農業(yè)生產和管理中發(fā)揮了重要作用,有些成果已達到了國際前沿水平。如中國科學院合肥智能機械研究所采用先進的知識工程方法,與各類農業(yè)專家緊密結合,開展了農業(yè)專家系統(tǒng)的廣泛研究和應用,研制了小麥、棉花、番茄等作物的田間管理、施肥和病蟲害防治等專家系統(tǒng),并開發(fā)了可以由農技人員直接使用的各種專家系統(tǒng)工具。這些系統(tǒng)能模仿農業(yè)專家推理并給出決策咨詢,部分代替農業(yè)專家走向田間地頭,進入農家,對于提高農民素質,促進農業(yè)生產具有重要意義。

自1992年開始,國家“863計劃”智能計算機系統(tǒng)主題組織了農業(yè)專家系統(tǒng)的研制與應用推廣工作,以農業(yè)專家系統(tǒng)為代表的智能化管理系統(tǒng)形成了成熟的技術,北京市農林科學院等科研單位均研制出了各具特色的農業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)平臺,得到不同程度的應用和推廣。在此基礎上,科技部、國家863計劃306主題專家組與地方政府合作,“九五”期間國家863計劃專門設立了智能化農業(yè)信息應用主題,重點對水稻、小麥、玉米、棉花等作物的引種與良種推薦、合理施肥、節(jié)水灌溉、病蟲草害綜合防治、綜合栽培調控的農業(yè)專家系統(tǒng)及工具進行研究、開發(fā)和示范,取得了較好的效果。在北京、吉林、安徽、云南建立了四個智能化農業(yè)信息技術應用示范區(qū),示范工作通過研制開發(fā)各類農業(yè)專家系統(tǒng),對生產技術和高新技術成果進行綜合集成,及時有效的傳播給農民和干部,指導農業(yè)生產,提高農業(yè)生產力。目前,農業(yè)專家系統(tǒng)的研究開發(fā)已涉及到農作物生產管理、畜禽飼養(yǎng)、森林保護、市場管理和農業(yè)經(jīng)濟分析等多種領域,農業(yè)專家系統(tǒng)的開發(fā)及應用能夠以有效的方式指導農業(yè)生產。

我國第一個農業(yè)專家系統(tǒng)是由中國科學院合肥智能機械研究所開發(fā)成功的施肥咨詢專家系統(tǒng)。“七五”至“八五”期間,中科院合肥智能研究所研制了《施肥專家系統(tǒng)》,中國農科院作物所完成了《小麥、玉米新品種選育的專家系統(tǒng)》,植保所開發(fā)了《粘蟲測報專家系統(tǒng)》等。這些系統(tǒng)的開發(fā)和應用取得了良好的社會和經(jīng)濟效益,基本上代表了我國農業(yè)專家系統(tǒng)的水平。北京農科院于“八五”期間開發(fā)的《小麥管理專家系統(tǒng)ES-MCW》體現(xiàn)了我國農業(yè)專家系統(tǒng)的最新進展。該系統(tǒng)是在分析處理近100萬個實驗數(shù)據(jù)和500多條知識的基礎上建立起來的基于模型的專家系統(tǒng),具有氣象條件預測、生長發(fā)育模擬預測、管理決策咨詢、計算機網(wǎng)絡通訊、系統(tǒng)維護、結果輸出等六個功能,于1990~1992年在北京昌平區(qū)試用,小麥單產明顯提高,產投比提高8~10%。我國農業(yè)專家系統(tǒng)的開發(fā)應用雖起步較晚,但發(fā)展較快,應用范圍也較廣泛,涉及到作物栽培、新品種培育、病蟲害防治、生產管理、節(jié)水灌溉、農產品評價等方面。

20世紀80年代初,我國開始將計算機技術應用于溫室管理和控制。“九五”國家重大科技項目“工廠化高效農業(yè)示范工程”加大了計算機應用的力度。

3目前我國農業(yè)專家系統(tǒng)存在的問題

3.1農業(yè)專家系統(tǒng)的水平參差不齊,綜合性水平偏低

雖然自1985年以來,我國農業(yè)專家系統(tǒng)有了較大發(fā)展,但與世界先進水平相比,無論在技術上還是在應用效果上都有很大的差距。現(xiàn)有的系統(tǒng)在質量和水平上也存在較大的差異,有些所謂“專家系統(tǒng)”缺少知識庫和推理機這兩個專家系統(tǒng)的核心部分,名不符實。大多數(shù)專家系統(tǒng)只是針對作物生產的某一側面開發(fā)的,缺乏對作物各個生產階段,各個方面的有機聯(lián)系和統(tǒng)籌考慮,而是即生產者需要的是綜合信息服務,只有提高綜合性水平,才能真正解決農民的實際問題。

3.2農業(yè)專家系統(tǒng)的性能較差,達不到“專家”的要求

專家系統(tǒng)是一個能在特定領域內,以人類專家的水平去解決該領域中困難問題的計算機程序,這表明,專家系統(tǒng)強調的是高性能。而專家系統(tǒng)的性能水平主要是它擁有的知識數(shù)量和質量的函數(shù)。對于農業(yè)專家系統(tǒng)來說,其知識庫中擁有的知識越多,質量越高,解決問題的能力也就越強。目前我國開發(fā)的農業(yè)專家系統(tǒng)中,知識的數(shù)量較少,質量較差,大多只是常識和基本原理知識,缺乏啟發(fā)性知識和真正的專家知識。另外,還存在著知識獲取困難,知識存儲方式落后等問題。

3.3農業(yè)專家系統(tǒng)的應用與開發(fā)脫節(jié)

應用與開發(fā)脫節(jié)是我國農業(yè)專家系統(tǒng)應用中存在的一個主要問題,一些農業(yè)專家系統(tǒng)只強調應用,缺乏進行二次開發(fā)所需的專家系統(tǒng)開發(fā)工具,使用者無法根據(jù)當?shù)貙嶋H情況創(chuàng)建知識庫和模型庫。即使提供了系統(tǒng)開發(fā)工具,由于沒有充分考慮作物生產的不確定性,再加上缺乏多年積累的作物生長發(fā)育并與之實時的環(huán)境參數(shù)資料,是專家系統(tǒng)在推理過程中受到諸多因素的限制,從而制約了專家系統(tǒng)在生產實際中的應用。

3.4農業(yè)專家系統(tǒng)在技術方面的障礙突出

專家系統(tǒng)在開發(fā)技術上主要有四方面的障礙:一是知識的不完備性與脆弱性,只停留在科學性知識的介紹,其先進性和實用性不高;二是知識表示缺乏靈活性;三是推理方法的單一性和呆板性;四是系統(tǒng)的學習功能差或不具備學習功能。農業(yè)專家系統(tǒng)在這些方面的表現(xiàn)更為突出,使得許多農業(yè)專家系統(tǒng)的應用達不到預期的效果。

3.5農村計算機水平限制了農業(yè)專家系統(tǒng)的應用

農業(yè)專家系統(tǒng)要充分發(fā)揮作用,農村計算機普及應用是非常重要的一個方面。目前,我國農村計算機普及率很低,在中國上千萬網(wǎng)民中,農民所占的比例較小。農民學習計算機技術的意識淡薄,再加上農村計算機人才有限,師資更是缺乏,雖然有一些計算機專業(yè)的大中專學生來到農村,但數(shù)量少,實際經(jīng)驗缺乏,很難勝任計算機普及的培訓工作,種種因素限制了農村計算機水平的提高。另外,還存在著基層領導對農村計算機普及工作的不到位,培訓效果不佳,農業(yè)企業(yè)信息化基礎設施薄弱等問題,這些都嚴重制約了農業(yè)專家系統(tǒng)的推廣應用。

4農業(yè)專家系統(tǒng)應用的前景

農業(yè)信息技術是新的農業(yè)科技革命的先導,是21世紀現(xiàn)代農業(yè)的重要標志之一,而作為一種智能化農業(yè)信息處理系統(tǒng)的專家系統(tǒng)是實現(xiàn)農業(yè)信息化的基本手段之一。隨著計算機應用的日益普及和信息高速公路的建設,農業(yè)專家系統(tǒng)和農業(yè)信息網(wǎng)必將成為農業(yè)科技知識和農業(yè)信息傳播的重要手段,也終將成為促進農業(yè)快速發(fā)展的積極動力。鑒于專家系統(tǒng)在農業(yè)生產發(fā)展中的重要作用,加快農業(yè)專家系統(tǒng)的研究開發(fā)勢在必行。我們有理由相信,農業(yè)專家系統(tǒng)的深入研究和推廣應用必將極大的促進我國農業(yè)生產的發(fā)展,為我國農業(yè)的信息化、現(xiàn)代化做出更大的貢獻。