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摘要：
为了让农业智能诊断系统更加廉价、便捷、有效地为普通农户服务，本研究提出并设计了一种基于Android 手机终端的棉花病虫害智能诊断系统。该系统基于棉花病虫害知识模型库，采用产生式规则和正向推理方法，实现了棉花病虫害的实时、有效诊断，且具有一定的通用性和较强的实用性，推广应用前景广阔。
关键词：棉花病虫害；知识库；规则库；推理机；Android操作系统
中图分类号：S435.62文献标识号：A文章编号：1001-4942（2015）02-0125-05
AbstractA cotton disease and insect pest intelligent diagnosis system based on Android mobile terminal was designed for the sake of providing ordinary farmers with cheaper， more convenient and effective agriculture intelligent diagnosis system. On the basis of knowledge model base of cotton diseases and insect pests， this system realized real time and effective diagnosis using production rule and forward reasoning method. Moreover， the system was universal and practical for popularization and application.
Key wordsCotton diseases and insect pests； Knowledge base； Rule base； Reasoning machine； Android operating system
棉花种植业在我国农业生产中占有重要地位，年均棉花总产量居世界前列。病虫害是影响棉花产量的重要因素之一，给我国棉花产量造成的损失每年高达15%～20% 1，2。20世纪80年代初，PC机等应用终端开始在我国农业领域得到应用，在此基础上，我国农业科研人员对农作物种植、管理、病虫害防治等智能系统进行了大量的研究和实践3～10。但PC机应用早期存在设备价格昂贵、灵活性差、不易携带等问题，制约了此类农业智能系统的应用；且早期的农业应用系统多采用Windows操作系统，该操作系统存在不开源、版本差异大等缺点，使得系统的交互性较差，这也是导致此类系统应用受制约的重要原因11。因此，研究一种便于携带、界面友好、方便使用的棉花病虫害智能诊断系统，对我国棉花种植具有重要意义。
近年来，智能手机发展迅速，在全球范围内得到了广泛应用。伴随着我国3G网络覆盖工程的实施和Android操作系统的普及，以及Android智能手机价格低廉、应用简单易操作，越来越多的用户选择使用Android手机，截至2014年1月，Android手机在我国的使用率达到79.5%。此外，Android操作系统具有开源性，这为系统的自主设计提供了发展空间12。基于此，本研究提出并设计了一种基于Android手机的棉花病虫害诊断专家系统，以期为农户提供方便实用的服务，同时为同类应用系统开发和移植提供参考。
1系统设计
Android系统最初由Andy Rubin等人设计开发，并于2005年8月被Google收购。主要由应用程序层、程序库、运行库和Linux的内核组成，是Linux核心系统的一个分支。该系统完全免费开源，任何厂商或技术人员都可以通过API接口进行开发，无需授权。随着系统的不断更新，目前，Android 操作系统已经支持音频、触屏等多种功能，这为应用服务系统的开发提供了技术基础13。
基于Android手机客户端的棉花病虫害诊断专家系统主要包括知识库、规则库、推理机及人机交互界面14，系统结构如图1所示。人机交互界面主要由专家界面和用户界面组成，实现专家和用户可视化操作；知识库和规则库独立开发，解决Android系统知识库资源有限的问题，便于数据和规则的更新；推理机采用Java技术开发实现，进行病虫害的诊断。
2系统关键技术
基于Android手机客户端的棉花病虫害诊断专家系统主要采用知识获取技术、知识库构建技术、规则库构建技术及推理机技术等进行设计，以实现棉花病虫害的及时有效诊断。
2.1知识库构建
构建棉花病虫害知识库是棉花病虫害诊断专家系统的关键，专家系统进行病虫害诊断所依据的就是知识库中的知识，包括判断性知识、事实性知识和过程性知识三大类15。判断性知识是与领域相关的知识求解，形式为IF条件THEN结果的知识表述，是专家系统中常用的推理方式；事实性知识是对客观事物的描述，可用真假命题表达事情的真假；过程性知识则是利用判断性知识推理得到的知识。构建棉花病虫害诊断专家系统过程中主要将事实性知识表述为判断性知识，然后利用判断性知识的产生规则进行推理，实现棉花病虫害的诊断推理。知识是客观事实的表述，知识的描述过程则称为知识的表示，当前知识的表示方法有产生式规则表示法、关系表示法、谓词逻辑表示法、语义网络表示法、框架表示法等，本研究选用产生式规则表示法来实现系统知识库的构建。
本系统主要通过咨询专家和查阅相关文献获取知识，获取流程见图2，然后进行归纳总结，形成棉花病虫害知识表，如表1、表2（表中信息仅为部分信息）。表中的信息在知识库中动态存储，可通过专家系统界面实现数据的更新和存储。这些信息为关系类型，为构建规则库奠定了基础。
2.2规则库及其数据结构表的构建
为了清晰表示棉花病虫害和症状之间的关系，本研究结合棉花病虫害知识表，采用产生式规则表示法构建棉花病虫害规则库16，具体如图3所示。该图以棉花立枯病为例描述了将知识表
“operator”代表推理符号“and”或“or”，CF表示推理结果可信度，rule表示推理所用的规则， DQ代表显著症状，QQ代表次要病状。
利用该推理，每条推理的结论都为病虫害名称，而前提条件为棉花病虫害的症状。在知识库的设计过程中，每条规则都拥有自己的ID， “rule”表示该条规则的前提规则；“condition” 表示规则的条件部分；“conclusion” 表示规则的结论部分；“Flag” 表示结论是否为最终结论，“是”则保存为1，“否”则为0；“Fkey” 为外键，用于建立表与表之间的关系。
2.3推理机实现
推理机是棉花病虫害诊断系统的核心部分，它的推理过程是计算机技术结合规则库实现的。一个完整的推理机由装载事实、推理规则、生成结论等部分组成。推理机的核心部分实质是推理求值的过程，即利用规则库寻找到结论值。基于规则的推理（Rule-Based Reasoning）是指运用判断性知识和已知知识进行推理。产生式规则由于简单、灵活和易于理解，因此在专家系统中常用于表示判断性知识17，18。
由于Java系统具有开源性、易于移植等特性，本研究选择该语言实现了棉花病虫害智能诊断专家系统的推理机部分。图4为推理机诊断的程序流程图，用户首先输入病虫害的症状，推理机根据规则库进行推理得到病虫害结果。在推理机的实现过程中引入了SQLiteDatabase类，即：“android.database.sqlite. SQLiteDatabase”，实现了知识库数据的更新和存储。
3结论
本研究提出并设计了一种基于Android手机客户端的棉花病虫害诊断专家系统，该系统采用产生式规则和正向推理的方法，结合Android 操作系统丰富的人机交互技术，实现了棉花病虫害的智能诊断。该系统具有轻便、实用、快速查询等优点，对当地农户科学、合理、有效地防治棉花病虫害具有积极作用，并对其他农产品类型病虫害诊断系统的建立有一定借鉴意义。
参考文献：
[1]
周小燕， 史岩， 李道亮， 等. 棉花病虫害诊断专家系统的研究与设计[J]. 莱阳农学院学报， 2005，22（1）：9-11.
[2]贺庆华， 周凤礼， 李慎环， 等. 棉花病虫害的特点及防治[J]. 农业科技通讯， 2011（11）：156-157.
[3]蒋平安，玉山江，马德英.新疆棉花病虫害管理专家系统[J].新疆农业大学学报，1997，20（4）：77-81.
[4]庄铁成，陈桂芬，李葵花，等.多媒体玉米病虫害诊治专家系统[J].玉米科学，1997（2）：69-71.
[5]薛冬娟.基于ASP技术的作物综合管理专家系统[D].保定：河北农业大学，2002.
[6]姚玉霞，陈桂芬，侯元村，等.水稻病虫害诊治智能化专家系统[J].吉林大学学报：信息科学版，2003，21（4）：378-381.
[7]牛贞福.基于知识规则的黄瓜栽培管理多媒体专家系统的研发[D].杭州：浙江大学，2004.
[8]严智燕.中南黄瓜病虫害无公害防治专家系统的研究与建立[D].长沙：湖南农业大学，2005.