乔 建 ，沈佐锐 ，李 颖 ，刘 伟 ，邢 鲲 ，王 鑫 ，杨慧勇 ，牛国飞

（1.太原市星火技术发展中心，山西太原030009；2.中国农业大学农学与生物技术学院，北京100193；3.山西省农业科学院植物保护研究所，山西太原030032）

随着信息技术的日益成熟和不断发展，高速计算机网络技术日趋成熟，在良好的软硬件环境、速率高达100 M/1 000 M的网络被普及、技术部门与用户间密切合作的今天，远程咨询系统已被运用于各个领域[1]。在农业方面，由于对农业产业化的需求，远程咨询已成为一些发达国家农业生产中不可或缺的一个关键组成。我国在这方面也做了有益的尝试，并取得了一定的成就，特别是近年来，国家高新技术发展计划对农业方面的大力投入更是使信息技术推广于农业生产的多个方面。可以预见，随着我国农业的发展，远程咨询技术将向多样化、通用化、专业化方面发展，基于网络技术的远程信息咨询必将发挥出更大的作用。

本研究根据昆虫分类学中以二叉式分类为主的特点，实现了基于二叉分类推理的昆虫分类辅助鉴定，建立病虫害辅助诊断系统[2]。该系统是基于当前主流的TCP/IP网络技术，在Internet上结合PHP动态网页与MYSQL等数据库管理系统来构建的。该平台可以集文字、图像等多媒体信息于一体，为农业病虫害的诊断与识别提供一个有效的辅助工具。

1 病虫害远程辅助诊断专家系统的设计

该系统根据病虫害分类学中以二叉式分类为主的特点[3]，实现了基于二叉分类推理的病虫害分类辅助鉴定，是基于当前主流的TCP/IP网络技术（也采用了二叉式推理方式对病虫害进行分类鉴定），在Internet上结合PHP动态网页与MYSQL等数据库管理系统来构建的。该系统主要包括多媒体知识库（规则库）、推理机、系统界面等几个部分，可以集文字、图像、声音等多媒体信息于一体[4]，为农业病虫害的诊断与识别提供一个有效的辅助工具。该系统的基本结构及人机交互对话机制如图1所示。

1.1 专家系统知识库（规则库）的设计

检索表是分类分析的工具，它广泛应用于各分类单元的鉴定。在一般分类学研究中，都是由专家根据所需鉴定类群的特点编制成分类鉴定检索表，在分类鉴定过程中，根据所获取样本的特点，对照检索表进行查询鉴定。目前最通用的检索表形式是两项式检索表，如果与计算机数据结构来对照的话，应该说这种检索表的结构就是一种二叉树结构。对于专家系统而言，如何有效地进行专家知识的组织，也就是专家系统知识库的构建，对专家系统的功能有很大的影响。具体到本平台系统，如何将所涉及到的分类鉴定检索表以数据库形式表示成知识库成为本研究所要解决的主要问题。专家系统知识库以网络数据库管理系统进行构建。另外，该数据库结构（表1）还提供了多级分类单元结构的支持，即在组织知识库时，可将其根据对象组织成不同级别的分类单元，识别过程可逐级进行，使得系统知识库的组织更加条理化，避免因知识库过于庞大而引起的维护不便等问题。

表1 昆虫分类系统知识库的结构示例

该知识库中不但包含了病虫害分类检索表中描述的文字特征[5]，同时还包含传统分类检索表中所不具备的各种多媒体信息，如昆虫特征图片、声音、视频等，如果把这种结构表示成二叉树的形式，那么其数据结构如图2所示。本系统知识库中“对应的下一级特征序号”值如果为“-1”，则表示已到达二叉树某一分枝的终止结点。

1.2 平台推理机制的研究

推理机制是专家系统的一个重要部分，主要实现由已知的信息来查找与之相匹配的客体。根据本系统的设计，推理机的实现实际上就是完成对上述二叉树结构分枝结点的搜索过程[6]。在本研究中，推理机工作机制的流程为：根据用户给出的信号→调出病虫害分类鉴定的知识库（规则库）→从专家知识库中提取相应的条件（推理规则）显示到用户界面上→由用户进行判断→移动知识库（规则库）数据指针到对应的下一级位置（图3）。该过程将反复进行，直到满足某一条件时（对应的下一级特征序号为-1），推理过程结束。给出辅助诊断结论，并提供相关信息（如所鉴定对象的生物学特性、危害特征和防治方法等）。

1.3 用户功能模块的的设计

该系统的用户界面主要包括两部分，一部分是系统主界面，也就是用户辅助鉴定界面，另一部分就是系统知识库维护界面[7]。用户辅助鉴定界面主要包括特征描述显示区、特征图片显示区、提示信息显示区、功能键区及其他相关功能区域。

以上对象需进行合理化布局，以形成用户友好的图形用户界面。其中，功能按钮与推理机等相联结，执行分类鉴定功能。系统知识库维护界面则是为系统维护人员（或信息服务提供单位）进行网络系统知识库的维护提供便利。该平台遵循Internet标准，使用户能够用网络浏览器直接进行访问并进行分类鉴定（图4）。

1.4 平台系统的合成

通过调试和检验系统运行的硬、软件环境是否安装正确，检查各个知识库（规则库）资料录入是否正确，校验推理机的性能等，以保证系统各模块的良好运行。然后将上述各个模块进行有效的组合，其中要解决的问题主要就是将推理机、知识库（规则库）和用户界面链接在一起，使之融合成一个整体，有效地进行工作[8]。并编写用户手册，将该系统打包，给用户提供完整的应用方案。最后进行系统综合功能的测试，在本系统的测试过程中，重点测试本系统中推理机与知识库之间的接口，以及各部分与主界面间的连接。

2 结论

根据上述设计原理的描述，本系统主要是根据有害生物分类鉴定信息建立相关的有害生物种/类信息及分类特征信息数据库，通过将有害生物种/类和分类识别特征信息进行关联形成有害生物种类鉴定专家知识库；在此基础上，通过提供用户接口，使用户能够通过选择等方式与系统进行交互，所选取的特征经推理机与有害生物种类特征进行匹配，最终确定可能的有害生物种/类。

因此，从总体上来看，该系统除具有典型的专家系统结构（在结构上大体将其分为有害生物种类鉴定专家知识库和用户界面模块等）外，同时具有知识库管理模块和推理机及专家系统解释模块等部分功能，有很强的灵活性和开放性。

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