智能化农业信息处理系统——宁夏示范区

甘草人工种植专家系统

概要设计说明书

（总体结构设计）

1       引言

   本文是“智能化农业信息技术应用示范工程—宁夏示范区”甘草人工种植专家系统的概要设计说明书。

1.1    编写目的

本说明书用以说明对甘草人工种植专家系统的功能及性能要求。该说明书向潜在用户说明该软件的功能和性能；是该系统设计人员、编程人员的开发依据，亦是用户对系统的验收依据。

本说明书的使用者有：用户、管理人员、开发人员。

1.2    背景

本项目是国家863计划重大项目中的“智能化农业信息技术应用示范工程” 。项目的任务主要是利用863成果（农业专家系统开发平台PAID）开发出适用于甘草人工种植的专家系统应用软件。

    考虑到PAID在实现用户界面上的有限性，本系统只参考PAID的基本设计思路与实现方法，在充分理解其功能机理的前提下，自主开发适合于本系统用户的人机界面以及相应的推理机制。

     系统名称：甘草人工种植专家系统

     任务的提出者：宁夏科学技术委员会

 开发者：宁夏康迪特电脑技术公司系统工程研究所

 知识的提供者：宁夏农林科学院研究所

1.3    定义

1.     专家系统（Expert Systems）：是具有类似人类专家的知识储存功能和推理功能的计算机应用软件系统。专家系统软件的功能，并不是要取代人类专家的决策行为，而是希望对某些已经定义良好的问题解决方案进行数字化复制，使得在缺少人类专家的场合或处理复杂情形的时候，可以快捷方便地获得与人类专家同等的问题解决能力。基于知识的程序设计（Knowledge-base programming）：等同于专家系统，代的专家系统，被认为是常规程序设计的一个可选择的程序设计模型或范例（Paradigm）。

2.       专家系统功能（Function of Expert System）：在本系统中，含有诊断型专家系统功能（基于已观察的的迹象来推断潜在的问题）和教学型专家系统功能（使用者可以问为什么、怎么样、如果怎样就会怎样等）、补救型专家系统功能（对问题给定补救措施。）

3.       产生式系统（Production System）：是构造知识型系统和建立认知模型时常用的知识表示的形式系统。产生式规则决定了产生式系统的特征，简称产生式。它是指形如A─→B或IF A THEN B 或其等价形式的一条规则,其中A称为产生式的左部或前件;B称为产生式的右部或后件。①如果A、B分别代表需要注视的一组条件及其成立时需要采取的行动，那么称为条件-行动型产生式;②如果A、B分别代表前提及其相应的结论,那么称为前提-结论型产生式。本专家系统的设计原理是根据产生式系统而确定的。

4.       用户界面（User interface）：用户与专家系统之间的通信机制。

5.       工作内存（Working memory）：被规则所使用的事实数据存储区域。在本单机系统中，有两种工作内存：（1）利用Access数据库文件静态保存的规则与事实，该规则及事实将在推理程序的匹配处理中被调用；（2）在推理程序模块中定义并动态保存在程序变量区域内规则事实以及决策模型。

6.       产生式系统的推理方向：产生式系统的推理分为正向推理和逆向推理。正向推理指的是从现有条件出发，自底向上地进行推理（条件的综合），直到预期目标实现。逆向推理则从预期目标出发，自顶向下地进行推理（目标的分析），直到符合当前的条件。本专家系统的推理方向为正向推理。

7.       规则（Rule）：把专家的知识表示为IF….THEN…..形式的描述，就是专家系统的规则（一般称为产生式规则）。

 

1.4    参考资料

Ÿ           《智能化农业信息技术应用示范工程宁夏示范区课题申请书》；

Ÿ           《智能化农业信息技术应用示范工程宁夏示范区项目总体实施方案》；

Ÿ           《农业专家系统开发平台（PAID1.0）使用说明书》；

Ÿ           《计算机软件工程规范国家标准汇编GB8567-88》；

Ÿ           《甘草－药用动植物种养加工技术》肖培根、杨世林、高海泉著，中国中医药出版社出版

 

 

2       总体设计

 

2.1 总体功能图

 

 

2.2    系统功能结构图

 

2.2.1               栽培管理决策

决策支持实现了对于在甘草栽培过程需要专家推理诊断的各类问题的求解。其主要包括专题诊断（甘草病害诊断、甘草虫害识别诊断、整形修剪家咨询诊断、落花落果咨询诊断），土水肥管理决策，甘草园地规划决策。

2.2.1.1                   专题诊断

采用产生式推理规则，启发式、逐层递进式推理方法，能够根据甘草的生长状况，诊断甘草病虫害。

决策支持作为甘草规范化生产过程智能管理系统的主要功能，其专题诊断中的甘草病害诊断、甘草虫害识别诊断。甘草病害综合诊断的功能构成如图2-2-1-1-A所示。

甘草病害诊断功能构成图2-2-1-1-A

 

 

2.2.1.2                   甘草园地规划决策

甘草新园规划决策功能结构图

 

 

 

2.2.1.3                   土水肥管理决策

见附录：宁夏甘草人工种植专家系统——土肥水管理决策设计说明书

 

 

2.2.2               种植履历管理

 

2.2.3               标准操作规程设定

标准操作规程编辑器

 

 

全年工作月历制定

 

 

2.2.4               综合知识查阅

 

2.2.5               基础数据维护

3       功能和画面的对应关系

上述功能与各个功能画面的对应关系如下表3-1所示。

 

表3-1 功能与功能画面对应表

序号

功能名称

画面

1.          

综合知识查阅

 

 

 

技术规程及知识查阅

 

2.          

 

土壤信息查询

 

3.          

 

品种信息查询

 

 

栽培管理决策

 

4.          

 

甘草新园规划决策

 

5.          

 

土肥水管理决策

 

6.          

 

 

施肥决策系统

 

7.          

 

 

甘草营养诊断系统

 

8.          

 

 

甘草灌溉决策系统

 

9.          

 

 

土壤改良方案决策

 

10.      

 

病害综合诊断

 

 

 

专题诊断

 

11.      

 

 

甘草病害诊断系统

 

12.      

 

 

甘草虫害识别系统

 

 

种植履历管理

 

13.      

 

种植履历记录

 

 

 

种植履历查询

 

14.      

 

 

灌水履历记录查询

 

15.      

 

 

肥料履历记录查询

 

16.      

 

 

农药履历记录查询

 

17.      

 

 

其他履历记录查询

 

 

 

统计分析

 

18.      

 

 

灌水履历统计

 

19.      

 

 

肥料履历统计

 

20.      

 

 

农药履历统计

 

21.      

 

标准操作规程设定

 

22.      

 

 

标准操作规程编辑器

 

23.      

 

 

全年工作月历制定

 

 

基础数据维护

 

24.      

 

专家信息维护

 

 

 

基本信息维护

 

25.      

 

 

农药信息维护