搜索
黑龙江工程学院科学研究基金申请书项目名称：大豆病害专家系统项目负责人：刘晓红起止日期：2007-4-23至2008-8-23黑龙江工程学院2007年4月23日2一、简表项目申请项目名称大豆病害专家系统类别基础研究√应用研究起止时间2007-4-23至2008-8-23申请经费1.3万元项目负责人姓名刘晓红性别女出生年月1971-1-17职称工程师最后学历硕士在读学位学士项目成员姓名性别年龄从事专业技术职称学位项目分工雷国华男44计算机应用教授硕士系统设计靳敏女44计算机应用教授硕士数据分析张起晶女36通信与信号处理讲师硕士数据采集余培强男20计算机应用学生测试薛鹏男20计算机应用学生测试付鸣男20计算机应用学生测试3二、立论依据1.项目的研究意义大豆也叫黄豆，古代称作菽，是我国“五谷”之一。它起源于我国东北和华北，野生种至今在我国许多地方尤其是东北地区仍有广泛。世界上最早食用黄豆的是我们的老祖先神农皇帝，他老人家在公元前两千多年就已经吃上豆腐了。到了公元18世纪，黄豆才引种到美国。现在提起豆制品，人们都知道那是非常棒的植物蛋白，并且可以提供人体必不可少的不饱和脂肪酸。但最新的科学研究发现，大豆的好处还不仅仅如此。恰到好处的降血脂功能：研究证实，大豆蛋白可以显著降低血浆胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白，同时不影响血浆高密度脂蛋白。神奇的植物雌激素：大豆中含有的植物雌激素（羟基异黄酮及木脂素）还有抗氧化的功效。动物实验证实，高植物雌激素饮食显著降低了脂质过氧化物的形成。这种植物雌激素能保护血管内皮细胞，使其不被氧化破坏。此外，豆腐含钙丰富，能提供人体所需的大量钙质。研究发现，大豆中的植物雌激素可以有效抑制睾丸酮，后者是诱发男性前列腺癌的重要物质。大豆植物雌激素同样也能抑制乳腺细胞的雌激素受体，减少妇女乳腺癌的发病率。此外，关节炎患者多食用豆制品可以减少非类固醇消炎药的用量。而且，大豆蛋白同样能使慢性肾衰患者尿蛋白丢失减少，延缓肾脏纤维化过程。大豆的诸多益处是其他任何农作物所无法比拟的，人们也越来越认识到了这一点。不同的地区都栽种各种品系的大豆。20世纪30年代，美国从我国收集了2000多个品系的大豆回去栽培，与此同时不断扩大栽培规模。1954年，美国的大豆产量开始超过我国。成为我国大豆出口的强劲对手。我国由于农业现代化还未实现，农作物的产量和质量无法保证，因此在农业出口的国际竞争中不如某些发达国家。但在大豆的种植生产上，我们也有自己的优势。我国大豆的主产区在东北。东北地区的黑土地是地球上仅有的三块黑土地之一，肥沃的土地和适宜的气候生长出了优质的大豆。如果在此基础上再提高其产量，那我们的竞争优势就会显示出来。影响大豆产量的主要原因之一是大豆病害。针对这一点，及时对大豆的病害作出诊断，使病害的危害减少到最少，具有现实的意义。目前大豆病害的诊断主要通过两种方式：一种是种植大豆的普通农民或当地农技人员根据经验进行诊断，往往因为知识和经验的局限性而不能及时正确诊断的情况较多；另一种是请大豆病专家进行会诊，这种形式往往因为专家的原因而实施困难。为此，本研究在大量收集各种病害图片的基础上，利用大豆病诊断的知识积累和人工智能技术，初步研究和开发出大豆病害诊断专家系统。并在知识库的更新方面做进一步的研究2.国内外研究现状分析国际上农业专家系统的研究是在70年代末期开始的，以美国最早。当时开发的系统主要是面向农作物的病虫害诊断。到了80年代中期，随着专家系统技术的迅速发展，农业专家系统在国际上有了相当的发展，在数量和水平上均有了较大的提高，已从单一的病虫害诊断转向生产管理、经济分析与决策。生态环境等，尤其以美国、中国、日本和欧洲国家最为突出。我国农业专家系统的研究，早在80年代初期就已开始，是国际上开展此领域的研究与应用比较早的国家。在国家“八六三”计划、国家自然科学基金、国家科技攻关的资助与中科院、农业部、机电部和各地政府的支持下，许多科研院所、高等院校和各地有关部门开展了各种农业专家系统的研究、开发以及推广应用，取得了可喜的成就。近年来，随着信息技术的飞速发展，农业信息技术正受到国家有关部门以及各省领导的重视。“智能化农业信息技术应用示范工程”已被列为国家“八六三”重点项目，国家科委、国家自然科学基金委、农业部和许多省都安排了相应的攻关研究课题。中国工程院召开了“农业信息工程发展战略研讨会”，香山科学会议也以“植物生理生态过程模拟与信息农业”为题进行了深入有益的研讨。可以预料，一个以农业专家系统为重要手段的智能化农业信息技术将在我国迅速发展，并将成为我国21世纪农业现代化的重要内容4三、研究内容1.研究目标、研究内容和拟解决的关键问题1.1研究目标在大量收集各种病害图片的基础上，利用大豆病诊断的知识积累和人工智能技术，初步研究和开发出大豆病害诊断专家系统，可实现大豆病害的添加、删除、查询，等功能。1.2研究内容大豆是一种易受疾病侵害的农业作物，危害它的病害种类很多。为了使系统有较好的应用价值，在收集大量疾病资料的基础上，整理较常发生的疾病32种，将这些资料存人数据库中，形成系统赖以执行其功能的知识库。系统还包括疾病咨询模块、数据库管理模块、推理模块、文本浏览模块、解释模块。各模块之间相对独立，具有各自的功能。1、推理模块推理模块是系统的核心模块。该模块对大豆的疾病诊断主要是通过危害症状、时期、部位来进行的。用户回答系统提出的询问(如大豆所处的生育期；大豆的危害部位：叶、果、茎和根、危害特征状况)，逐步得出诊断结论，然后给出防治措施、发生规律、危害症状图片等。2、数据库管理模块该模块用来创建、编辑和修改数据库。系统的知识及规则的创建、编辑和修改都是通过这个模块来完成。3、文本模块文本模块主要对大豆的一些植物学特性、生理特性和栽培管理的一些技术提供文字描述。4、疾病咨询模块疾病咨询模块为用户提供咨询功能，用户可以选择一种病害的名称，系统就会提供该种疾病的发病症状、发病规律、防治方法和病症图片等比较直观的描述。1.3拟解决的关键问题主要解决如下问题：1）知识的表示2）推理机制3）系统的知识和规则库的维护功能2.拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析（1）知识获取：结合农业生产实际，选择了大豆病虫害知识库中诊断条件中的发生时期、发生部位和症状特点，并分别对其编码。考虑到大豆病害为害特征的多样性，对症状特点进行分类概括，建立症状特点分归类知识表。32种常见大豆病害诊断条件、条件项和编码中发生期分为七个时期，编码1至7；发生部位分为六个条件项，编码1到6；症状特点分为10个选项，编码1至10。（2）推理机制：知识库表内设计有8个字段：编码、发生时期、发生部、症状特点、部位一时期关系、症状一部位关系、症状一时期关系、发生概率。三个诊断条件(发生时期、发生部位和症状特点)是根据识别病害的主要特点选取的，并依据各病害的实际特点归纳出各条件的项或等级；再用三个诊断条件和条件项去套各病害的实际特点，建立各病害的三个诊断条件的关系代码，即规则。大豆病害诊断代码和代码关系中，如大豆病在表现症状特点“幼苗卷缩枯死”发生时期为苗期，则编码为2；在表现症状特点．“暗绿色椭圆形病斑有毛状霉层”发生时期为分蘖期至灌浆期，编码为3，4，5，6和7。其它类似。这样通过编码建立了大豆病三个诊断条件的关系代码，减少了大量的代码关系数据，使知识库变得很清爽。推理过程如下：用户选择发生时期，如果部位一时期=发生期，则列出对应的发生部位行。用户在选择出的对应的发生部位中选择，如果特征一部位=发生部位，则列出对应的症状特点行。用户在症状特点中选择，如果时期一症状=时期，则诊断为某种大豆病。大豆疾病诊断过程就是一个基于知识的推理过程。推理系统的控制策略主要解决知识的选择与应用的顺序。根据知识的选择与应用顺序，目前推理的控制策略基本上分为数据驱动控制策略、目标驱动控制策略和混合控制推理。1.项目的研究意义大豆也叫黄豆，古代称作菽，是我国“五谷”之一。它起源于我国东北和华北，野生种至今在我国许多地方尤其是东北地区仍有广泛。世界上最早食用黄豆的是我们的老祖先神农皇帝，他老人家在公元前两千多年就已经吃上豆腐了。到了公元18世纪，黄豆才引种到美国。现在提起豆制品，人们都知道那是非常棒的植物蛋白，并且可以提供人体必不可少的不饱和脂肪酸。但最新的科学研究发现，大豆的好处还不仅仅如此。恰到好处的降血脂功能：研究证实，大豆蛋白可以显著降低血浆胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白，同时不影响血浆高密度脂蛋白。神奇的植物雌激素：大豆中含有的植物雌激素（羟基异黄酮及木脂素）还有抗氧化的功效。动物实验证实，高植物雌激素饮食显著降低了脂质过氧化物的形成。这种植物雌激素能保护血管内皮细胞，使其不被氧化破坏。此外，豆腐含钙丰富，能提供人体所需的大量钙质。研究发现，大豆中的植物雌激素可以有效抑制睾丸酮，后者是诱发男性前列腺癌的重要物质。大豆植物雌激素同样也能抑制乳腺细胞的雌激素受体，减少妇女乳腺癌的发病率。此外，关节炎患者多食用豆制品可以减少非类固醇消炎药的用量。而且，大豆蛋白同样能使慢性肾衰患者尿蛋白丢失减少，延缓肾脏纤维化过程。大豆的诸多益处是其他任何农作物所无法比拟的，人们也越来越认识到了这一点。不同的地区都栽种各种品系的大豆。20世纪30年代，美国从我国收集了2000多个品系的大豆回去栽培，与此同时不断扩大栽培规模。1954年，美国的大豆产量开始超过我国。成为我国大豆出口的强劲对手。我国由于农业现代化还未实现，农作物的产量和质量无法保证，因此在农业出口的国际竞争中不如某些发达国家。但在大豆的种植生产上，我们也有自己的优势。我国大豆的主产区在东北。东北地区的黑土地是地球上仅有的三块黑土地之一，肥沃的土地和适宜的气候生长出了优质的大豆。如果在此基础上再提高其产量，那我们的竞争优势就会显示出来。影响大豆产量的主要原因之一是大豆病害。针对这一点，及时对大豆的病害作出诊断，使病害的危害减少到最少，具有现实的意义。目前大豆病害的诊断主要通过两种方式：一种是种植大豆的普通农民或当地农技人员根据经验进行诊断，往往因为知识和经验的局限性而不能及时正确诊断的情况较多；另一种是请大豆病专家进行会诊，这种形式往往因为专家的原因而实施困难。为此，本研究在大量收集各种病害图片的基础上，利用大豆病诊断的知识积累和人工智能技术，初步研究和开发出大豆病害诊断专家系统。并在知识库的更新方面做进一步的研究2.国内外研究现状分析国际上农业专家系统的研究是在70年代末期开始的，以美国最早。当时开发的系统主要是面向农作物的病虫害诊断。到了80年代中期，随着专家系统技术的迅速发展，农业专家系统在国际上有了相当的发展，在数量和水平上均有了较大的提高，已从单一的病虫害诊断转向生产管理、经济分析与决策。生态环境等，尤其以美国、中国、日本和欧洲国家最为突出。我国农业专家系统的研究，早在80年代初期就已开始，是国际上开展此领域的研究与应用比较早的国家。在国家“八六三”计划、国家自然科学基金、国家科技攻关的资助与中科院、农业部、机电部和各地政府的支持下，许多科研院所、高等院校和各地有关部门开展了各种农业专家系统的研究、开发以及推广应用，取得了可喜的成就。近年来，随着信息技术的飞速发展，农业信息技术正受到国家有关部门以及各省领导的重视。“智能化农业信息技术应用示范工程”已被列为国家“八六三”重点项目，国家科委、国家自然科学基金委、农业部和许多省都安排了相应的攻关研究课题。中国工程院召开了“农业信息工程发展战略研讨会”，香山科学会议也以“植物生理生态过程模拟与信息农业”为题进行了深入有益的研讨。可以预料，一个以农业专家系统为重要手段的智能化农业信息技术将在我国迅速发展，并将成为我国21世纪农业现代化的重要内容5三、研究内容1.研究目标、研究内容和拟解决的关键问题1.1研究目标在大量收集各种病害图片的基础上，利用大豆病诊断的知识积累和人工智能技术，初步研究和开发出大豆病害诊断专家系统，可实现大豆病害的添加、删除、查询，等功能。1.2研究内容大豆是一种易受疾病侵害的农业