農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)又稱農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)，它是一個(gè)具有大量農(nóng)業(yè)專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它應(yīng)用人工智能的專家系統(tǒng)技術(shù)，在整理一個(gè)或多個(gè)農(nóng)業(yè)專家提供的特殊領(lǐng)域知識(shí)和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用計(jì)算機(jī)模擬專家的智能，通過推理和判斷，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中某一復(fù)雜的問題提供決策Ⅲ。作為一種智能化的農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)，它不但是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的載體，用其傳播各類實(shí)用的農(nóng)業(yè)知識(shí)和科技成果；而且擁有多方面、高層次的農(nóng)業(yè)專家知識(shí)，能以形象、直觀的方式向用戶提供各種農(nóng)業(yè)問題的咨詢服務(wù)與決策方案，可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，如作物栽培、病蟲害防治、配方施肥、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益分析、市場(chǎng)銷售管理、生態(tài)環(huán)境等。^[1]

　　1．國外農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　國際上，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究是從20世紀(jì)70年代末開始，以美國最為先進(jìn)和成熟。1978年，美國伊利諾斯大學(xué)開發(fā)的大豆病蟲害診斷專家系統(tǒng)(PLANT／ds)是世界上應(yīng)用最早的[21。到了20世紀(jì)80年代中期，隨著專家系統(tǒng)技術(shù)的成熟完善，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)在國際上得到了迅速發(fā)展，功能上已從解決單項(xiàng)問題的病蟲害診斷轉(zhuǎn)向解決生產(chǎn)管理、經(jīng)濟(jì)分析、輔助決策、環(huán)境控制等綜合問題的多個(gè)方向發(fā)展。

　　2O世紀(jì)90年代，在專家系統(tǒng)的研究中，以歐洲、日本、美國最為突出。如1991年荷蘭ZviHoehman等開發(fā)的用于肉牛養(yǎng)殖場(chǎng)的專家系統(tǒng)，囊括了牛的育種、草場(chǎng)改良和草場(chǎng)質(zhì)量監(jiān)控3個(gè)領(lǐng)域；1992年，Montas等使用地理信息系統(tǒng)(GIS)和專家系統(tǒng)相結(jié)合為水土保持計(jì)劃決策提供依據(jù)；1993年，英國Gareth等開發(fā)了用戶農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)培訓(xùn)的KMS系統(tǒng)；1995年，URSPKREVIER等開發(fā)的GAAT工具，用于開發(fā)分析天然牧場(chǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益的多知識(shí)庫專家系統(tǒng)；1996年，以色列Wolfson開發(fā)的花卉管理專家系統(tǒng)，1997年，希臘Yialouris開發(fā)的用于土地評(píng)價(jià)的EXGIS專家系統(tǒng)和1998年意大利Jacucci等開發(fā)的用于灌溉管理的HYDRA專家系統(tǒng)等。

　　2.國內(nèi)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究開始于20世紀(jì)80年代，研究與應(yīng)用起步較早，許多科研院所、高等院校和各地有關(guān)部門都開展了各種農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究、開發(fā)及推廣應(yīng)用『5]。如中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的作物病蟲預(yù)測(cè)專家系統(tǒng)和農(nóng)作制度專家系統(tǒng)；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)氣象研究所的玉米低溫冷害防御專家系統(tǒng)；浙江大學(xué)與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑研究所合作的蠶育種專家系統(tǒng)；河北省農(nóng)業(yè)廳與廊坊市農(nóng)林局開發(fā)的冀北小麥專家系統(tǒng)等同。20世紀(jì)90年代以后，我國的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，并且引起了有關(guān)部門的高度重視問。1998年12月，國家科技部召開的全國農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)工作會(huì)議明確提出：農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的突破口。國家自然科學(xué)基金委、科技部、農(nóng)業(yè)部和許多省級(jí)部門都安排了相應(yīng)的攻關(guān)課題；“863”項(xiàng)目已將農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)等智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)列為國家重點(diǎn)課題，搭建了我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究開發(fā)的戰(zhàn)略平臺(tái)，為農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)起到了積極催化作用。

　　進(jìn)入2l世紀(jì)以后，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的開發(fā)速度日益加快，不僅數(shù)量增多，而且涉及的領(lǐng)域也更加全面，開發(fā)的深度和廣度有了很大的進(jìn)展，為大范圍推廣應(yīng)用農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)鋪平了道路。如柴萍等開發(fā)的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)在小麥栽培管理中的應(yīng)用，米湘成等開發(fā)的水稻高產(chǎn)栽培專家決策系統(tǒng)，涂云華等開發(fā)的番茄栽培管理專家系統(tǒng)，李佐華等開發(fā)的溫室番茄病蟲害缺素診斷與防治系統(tǒng)等。這些農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的開發(fā)，一定程度上促進(jìn)了農(nóng)業(yè)科技成果的轉(zhuǎn)化，為發(fā)展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)作出了積極的貢獻(xiàn)。

　　(一)應(yīng)用中存在的問題和對(duì)策

　　1.農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)脫節(jié)

　　我國的一些農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)只強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，缺乏進(jìn)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(dāng)?shù)貙?shí)際情況創(chuàng)建知識(shí)庫和模型庫，限制了專家系統(tǒng)的進(jìn)一步應(yīng)用．有些農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)雖提供了開發(fā)工具，但缺少通用的模板和模型，要求使用者具有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)，縮小了專家系統(tǒng)的應(yīng)用范圍．因此，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)應(yīng)該同時(shí)注重開發(fā)與應(yīng)用兩個(gè)方面．農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)適用對(duì)象狹窄．一些農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)追求所謂先進(jìn)性，要求高檔次的硬軟件，也要求使用者有一定的計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)，很難在農(nóng)業(yè)基層普及；一些農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)與領(lǐng)域知識(shí)結(jié)合不夠，停留于科普性知識(shí)介紹，其先進(jìn)性和實(shí)用性不高．

　　2.人工智能技術(shù)還不成熟

　　至今為止，在農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)中，由專家整理出來的知識(shí)大多屬于這個(gè)領(lǐng)域的淺層知識(shí)，形式上也主要是條件規(guī)則型知識(shí)．因?yàn)橹R(shí)種類、數(shù)量可能很多，難于詳細(xì)檢驗(yàn)，待到專家系統(tǒng)具體使用這些知識(shí)時(shí)，機(jī)械死板的計(jì)算機(jī)程序就有可能推導(dǎo)出一些錯(cuò)誤的結(jié)論．另外，目前各種專家系統(tǒng)在收集、整理專家知識(shí)時(shí)并沒有把專家是如何學(xué)習(xí)、獲得這些知識(shí)的知識(shí)整理出來，這樣開發(fā)的專家系統(tǒng)并不具有真正的學(xué)習(xí)能力，結(jié)果導(dǎo)致系統(tǒng)的表現(xiàn)只能處理人類專家見過的各種情況，不能“隨機(jī)應(yīng)變”，人工智能面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)．因此，研究和開發(fā)面向基礎(chǔ)科技人員、基層農(nóng)技人員和廣大農(nóng)民群眾三個(gè)層次的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)是十分必要的．農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)多是靜態(tài)的系統(tǒng)．農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)要解決的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的問題，這些問題大多具有四維特性，這就要求系統(tǒng)的知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫、模型庫必須是動(dòng)態(tài)的，能隨著時(shí)間的推移不斷更新．而我國目前的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)多是靜態(tài)的，時(shí)效性差，實(shí)用性不高，因此，在農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的建設(shè)過程中必須注意其動(dòng)態(tài)性．農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)源于人工智能技術(shù)，近年來與數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合，并取得成功．但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求系統(tǒng)要不斷有新技術(shù)的支持，以適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，新技術(shù)包括“3s”技術(shù)、多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。

　　(二)發(fā)展中存在的問題和對(duì)策

　　1.知識(shí)獲取困難、存儲(chǔ)方式落后

　　我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)信息資源極其豐富，但農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的建設(shè)嚴(yán)重滯后，缺乏有序管理，使專家系統(tǒng)的知識(shí)來源比較單一．另外，我國已完成了農(nóng)業(yè)普查、土地利用現(xiàn)狀調(diào)查等基礎(chǔ)性工作，取得了大量的屬性數(shù)據(jù)圖和形數(shù)據(jù)，這是農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)．但這些數(shù)據(jù)大多以紙為存儲(chǔ)介質(zhì)，不但信息的精度和數(shù)量受到限制，信息的更新也不方便，影響其時(shí)效性．以軟盤、光盤和CCT磁帶為存儲(chǔ)介質(zhì)的數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)，在“GPS”等技術(shù)支持下，不但能存儲(chǔ)屬性數(shù)據(jù)，還能通過數(shù)字化存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)，通過地理編碼實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)連接．農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)應(yīng)采用這些存儲(chǔ)手段．

　　2.沒有通用的知識(shí)表示方法

　　在我國專家系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，對(duì)精確性知識(shí)多采用產(chǎn)生式規(guī)則方法，但每一種知識(shí)表示方法只能適用于表示某種或某些類型的知識(shí)，至今還沒有通用的知識(shí)表示方法．農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的復(fù)雜性，要求多樣性的知識(shí)表示方法，例如基于面向?qū)ο蟮?a href="/wiki/%E7%9F%A5%E8%AF%86%E8%A1%A8%E7%A4%BA" title="知識(shí)表示">知識(shí)表示、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等．

　　3.推理策略比較單一

　　我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的推理策略比較單一，三種推理方式基本上是針對(duì)規(guī)則型知識(shí)的，而實(shí)際生產(chǎn)中的許多事實(shí)、概念并不能精確描述，不能使用精確推理規(guī)則，而需借助于概率論、證據(jù)理論、模糊理論等數(shù)學(xué)方法．

　　4.開發(fā)工具不完善

　　我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的開發(fā)工具在應(yīng)用國外較成熟的開發(fā)工具，如PC、SHELL、EX2PORT等的同時(shí)，也自主研制了一些開發(fā)工具．但目前國內(nèi)開發(fā)的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)生成工具大都在處理文字描述的定性知識(shí)方面功能較強(qiáng)，而在處理用數(shù)學(xué)模型描述的定量知識(shí)方面很少涉及．多功能、高效的專家系統(tǒng)開發(fā)工具殼(ExpertSystemShells)的研制開發(fā)，是信息技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

　　1.系統(tǒng)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)化

　　農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)是由生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和技術(shù)系統(tǒng)在持定的空間和時(shí)間上(四維特性)組合而成的復(fù)雜大系統(tǒng)，它是一個(gè)多因素、多層次、多目標(biāo)、關(guān)系縱橫交叉的復(fù)合系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性、模糊性和不可確定性是其它專家系統(tǒng)無法比擬的。由于農(nóng)作物生產(chǎn)的這一特性，就要求專家系統(tǒng)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不但是海量的，而且必須是動(dòng)態(tài)的。如知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫、模型庫必須要不斷有新的知識(shí)、新數(shù)據(jù)、新技術(shù)來更新擴(kuò)充支撐，盡快解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際問題。“3S”技術(shù)即地理信息系統(tǒng)(GeographicInformationSystem)、全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem)以及遙感技術(shù)(RemoteSensing)為核心的包括多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為專家系統(tǒng)的構(gòu)建提供了巨大的技術(shù)支撐。因?yàn)椤?S”技術(shù)的集成首先緩解了專家系統(tǒng)知識(shí)源和數(shù)據(jù)庫的缺乏問題，提供了海量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為專家系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫和模型庫的建立提供了數(shù)據(jù)支持，使農(nóng)作物生產(chǎn)管理立體化、空間化和實(shí)時(shí)化。其次，提供的數(shù)據(jù)不僅量大、全面、而且動(dòng)態(tài)、可更新的，因而使知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫和模型庫具有強(qiáng)大的生命力，這極大地豐富了農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)有功能和使價(jià)值。

　　2.系統(tǒng)功能集成化

　　農(nóng)作物生產(chǎn)是一個(gè)多方面的綜合體，影響因素繁多，時(shí)空差異和變異性大，生產(chǎn)穩(wěn)定性和可控性差，隨時(shí)可能遭受氣候、氣象、病蟲害的侵襲，因此需要不同的相關(guān)的多個(gè)領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)共同合作。將系統(tǒng)模擬、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等技術(shù)相結(jié)合，這些集成技術(shù)可以更有效地研究氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響、土地評(píng)價(jià)以及農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)等問題。

　　3.系統(tǒng)技術(shù)綜合化

　　現(xiàn)有的專家系統(tǒng)在建模中多利用簡單的數(shù)學(xué)回歸模型，這種模型一般只考慮部分因素，而作物生產(chǎn)過程中需要解決的問題往往是多個(gè)因素的共同作用，因此建模時(shí)應(yīng)考慮多因素的影響。目前，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、隨機(jī)模擬等多種技術(shù)的研究日趨成熟，將這些技術(shù)用于專家系統(tǒng)必然會(huì)增加其處理功能。尤其是在解決一些復(fù)雜問題時(shí)，人類專家有時(shí)很難準(zhǔn)確表達(dá)自己的想法，或者很難找出其規(guī)律，利用這些技術(shù)可以幫助知識(shí)工程師解決問題。

　　4.系統(tǒng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化

　　進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的智能化和本土化程度，通過網(wǎng)絡(luò)傳送走向田間將成為一種趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無疑可以彌補(bǔ)我國農(nóng)業(yè)的分散與閉塞弱勢(shì)。光纖化和寬帶化的國家網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，為農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化提供了良好的硬件條件。因此，未來農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)在設(shè)計(jì)階段首先要考慮網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)共享問題。能夠成功地在網(wǎng)上運(yùn)行的系統(tǒng)才真正具有強(qiáng)大的生命力和實(shí)用性，符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理的要求。

　　5.系統(tǒng)面向多層次設(shè)計(jì)

　　專家系統(tǒng)服務(wù)的對(duì)象并不都在同一個(gè)層次上，文化程度存在較大的差異，不同對(duì)象要求獲取信息的復(fù)雜程度不同，所操作的專家系統(tǒng)和輸出的內(nèi)容復(fù)雜程度也不相同，因此開發(fā)不同層次的專家系統(tǒng)(如面向灌溉管理專業(yè)人員、農(nóng)村技術(shù)人員、農(nóng)戶的灌溉專家系統(tǒng))也是需要考慮的一個(gè)問題。

　　6.系統(tǒng)開發(fā)市場(chǎng)化

　　我國已經(jīng)成功加入WTO，因此農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的建造不應(yīng)忽視國際市場(chǎng)的需求，開發(fā)既能滿足我國需求也能適宜國際需求的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)是必要的。

　　7.創(chuàng)造良好的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)應(yīng)用的外部環(huán)境

　　目前，我國農(nóng)村計(jì)算機(jī)的普及(包括上網(wǎng))雖然初顯端倪，但由于資金、條件和培訓(xùn)對(duì)象文化程度等諸多因素的限制，推廣和普及計(jì)算機(jī)依然存在著許多實(shí)際困難，與經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的要求相差甚遠(yuǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于其他行業(yè)，與發(fā)達(dá)國家相比更顯不足，從而也影響了農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的更進(jìn)一步推廣應(yīng)用。為此，必須從計(jì)算機(jī)技術(shù)培訓(xùn)人手，傳播和普及計(jì)算機(jī)技術(shù)，并進(jìn)一步在現(xiàn)有的有線通信技術(shù)體系中，減少農(nóng)村缺乏網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商的服務(wù)及農(nóng)民文化素質(zhì)低等重大障礙，改善農(nóng)民的上網(wǎng)條件。另外，農(nóng)業(yè)企業(yè)是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主力軍之一，只有農(nóng)業(yè)企業(yè)積極使用農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，大力推進(jìn)電子商務(wù)，才能提供全球服務(wù)、提升企業(yè)形象、開拓潛在市場(chǎng)、增加企業(yè)利潤，才能使企業(yè)信息化走向?qū)崉?wù)。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有生產(chǎn)周期長、成本高、風(fēng)險(xiǎn)大、收益低等特點(diǎn)，我國大部分企業(yè)分散經(jīng)營、環(huán)境閉塞、信息不靈、傳遞不便，難以形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。而在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下，隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展和我國加入WTO進(jìn)程的加快，企業(yè)信息化能使人力、物力、財(cái)力以及內(nèi)外部信息資源得以充分開發(fā)和利用，從而降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中找到自己生存與發(fā)展的空間，并最終使農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)更好地為農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民服務(wù)創(chuàng)造一個(gè)良好的外部環(huán)境。