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农业病虫害网络化远程诊断平台国家（AA)农业病虫害网络

花匠小妙招
2024-10-14 15:13

1、农业病虫害网络化远程诊断平台农业病虫害网络化远程诊断平台中国农业大学现代精细农业系统集成实验室中国农业大学现代精细农业系统集成实验室2005.10.152005.10.15李道亮李道亮报告内容n目标n主要研究内容n项目创新点n所取得的成果项目目标n总体目标n实现农业病虫害诊断、防治等综合知识表示与问题综合知识表示与问题求解模型求解模型及不确定知识推理算法不确定知识推理算法与视频会议系统、视频会议系统、呼叫中心、呼叫中心、GIS等新技术的有效集成；n构筑了农业病虫害远程诊断平台农业病虫害远程诊断平台4个；n实现了一种集Web专家系统、远程会诊、呼叫中心和移动式诊断系统等4种模式的24小时全天候的

2、农业病虫害诊断咨询服务体系。总体设计解决问题否解决问题否?解决问题解决问题?是是是是否否否否解决问题解决问题?是是否否远程诊断远程诊断呼叫咨询呼叫咨询专家在线专家在线专家会诊专家会诊专家系统手机工作流程工作流程2 主要研究内容n农业病虫害基础数据库 n基于B/S模型农业病虫害诊断平台n农业病虫害远程会诊平台n农业病虫害远程呼叫与咨询平台n移动式农业病虫害诊断决策系统n基于GIS的农业病虫害广域分析 n害虫远程自动识别与诊断平台2.1农业病虫害基础数据库 n基础数据库完善。收集了水产、蔬菜、果树、畜禽等主要病虫害特征库包括300多种主要作物病虫害的基本信息，收集各种病虫害特征图片15000多张

3、。水产病虫害数据库和昆虫数据库完善程度居国内领先。n开发了基于JSP+MYSQL的农作物病虫害基础数据库系统，实现主要农作物图文信息的远程检索和远程管理。nSmart元搜索引擎系统。采用用户行为分析技术，对检索的关键词进行提取加工处理，选择最优的搜索引擎组，按各搜索引擎的特点将其转换为更精确的检索条件，大大提高了检索的准确率。客户端用户注册、登录模块病虫信息浏览模块分页显示模块文本输出模块视频输出模块音频输出模块病虫信息检索模块开始检索模块结果浏览模块病虫信息库编辑模块记录定位模块添加记录模块删除记录模块修改记录模块图像输出模块文本模块图像模块音频模块视频模块病虫信息库留言浏览添加模块公告浏

4、览模块留言库公告库服务器端用户登录模块留言浏览管理模块公告管理模块用户管理模块用户库农业病虫害数据库管理系统2 主要研究内容n农业病虫害基础数据库基于B/S模型农业病虫害诊断平台n农业病虫害远程会诊平台n农业病虫害远程呼叫与咨询系统n移动式农业病虫害诊断决策系统n基于GIS的农业病虫害广域分析 n害虫远程自动识别与诊断n温室番茄生长建模型与智能管理2.2基于B/S模型农业病虫害诊断平台n农业病虫害领域模型农业病虫害领域模型n农业病虫害诊断知识表示农业病虫害诊断知识表示n农业病虫害诊断推理机制农业病虫害诊断推理机制n农业病虫害诊断知识获取农业病虫害诊断知识获取n诊断平台开发与应用诊断平台开发与

5、应用农业疾病诊断领域模型农业疾病诊断领域模型n借鉴领域工程思想，以鱼病诊断为例，结合鱼病诊断学和鱼病专家的知识与经验，建立了包括诊断主体、诊断客体、诊断要素、诊断结果、诊断思维、诊断方法等7个因素的鱼病诊断的领域模型。鱼病诊断概念模型鱼病诊断客体生活在水中的鱼类观察实验思维鱼病诊断方法诊断要素症状（征候）疾病病因诊断结果防治方法鱼病诊断主体鱼病专家病因类症状疾病病因的因果网络结构疾病类症状类农业病虫害诊断知识表示农业病虫害诊断知识表示 n在系统领域模型指导下，采用了多种知识表示方式的混合模型，有效解决了仅采用产生式规则带来的规则数量过多所导致的推理速度慢、效率不高等问题 n基于产生式规则n

6、基于案例n基于二叉树结构农业病虫害诊断推理机制农业病虫害诊断推理机制 n提出了农业病虫害诊断问题求解与推理的概念模型，即“症状-疾病-病因”的双层问题求解策略与推理机制。n结合实际情况，形成了n基于产生式规则n基于案例n基于二叉树结构n基于模型是否是是形成可能诊断可能疾病集可能疾病i否定疾病i疾病必见症状？否形成印象诊断输入常见症状确定疾病i 偶见症状？不见症状？见症状？否形成确定诊断疾病集合输入环境因子病体疾病i 病因存在两种疾病或推断不出结论个体诊断治疗具体性治疗方案疾病诊断推理模型基于模型的推理(1)基于节约覆盖集的症状疾病推理模型结束结束赋初值赋初值11,MDSD从从中得到一个

7、症状中得到一个症状Mjm11;();,()jIIjjMMm DDcause mSSS SS SScause mS 1()jSScause m是是计算似然计算似然值值1MM否否否否是是基于模型的推理基于模型的推理(2)(2)基于禁忌搜索算法的疾病病因推理模型基于禁忌搜索算法的疾病病因推理模型由当前解产生邻域解，并从中确定候选解给定算法参数，随机产生初始解算法的中止条件是否满足？结束搜索，输出优化结果候选解是否满足解禁准则？满足解禁准则的候选解作为当前解，其对应对象进入禁忌表，更新最优状态。判断候选解的禁忌属性，选择最佳状态作为当前解是是否否更新禁忌表，进入新的求解特征一No.1 characte

8、ristics是(Y)否(N)昆虫一No.1 insect-1.特征十五No.15 characteristics是(Y)否(N)特征二No.2 characteristics是(Y)否(N)特征三No.3 characteristics是(Y)否(N)基于二叉树规则获取系统基于本体概念模型XML到数据库翻译器数据库到XML翻译器用户主界面CBR诊断推理系统鱼病特征属性输入案例检索典型案例规则检索新案例的聚类检索案例复用相似案例的鱼病特征描述、诊断过程、结论及鱼病防治方法案例修正相似案例鱼病特征权重修改相似案例子特征的检索修改案例存储新案例验证与评价新案例的存储知识库及案例库管理规则

9、库案例库案例特征权值库临时库防治库鱼病诊断推理系统结构图农业病虫害知识获取农业病虫害知识获取 n提出了基于遗传算法(GA)的知识获取模型，首次将鱼病诊断的知识获取问题转化为组合优化问题。n在AQ算法的基础上，根据AQ算法的基本思想与学习策略，建立了一个基于整数规划的概念获取模型。n实验结果表明该模型成功地用于鱼病诊断知识的获取，能够有效解决系统知识的“边界效应”造成推理结果的不确定性和不可靠性等问题。基于遗传算法的疾病知识获取模型基于遗传算法的疾病知识获取模型诊断平台开发与应用诊断平台开发与应用 n遵照rational统一软件过程，采用支持面向对象的UML统一建模语言，研究了基于B/S模式农

10、业病虫害诊断软件体系结构模型、框架模型、动态模型、过程模型、功能模型实现了系统设计的平台无关性；n采用MVC开发模式，在WINDOWS系统平台上，采用JSP、ASP、PHP技术实现用户接口层，使用JAVA技术实现业务逻辑和控制层，采用SQLSERVER2000/MYSQL做为后台数据存储，分别建立了基于案例的、基于规则的、基于神经网络的构件，构建了农业病虫害诊断平台网络专家网络专家系统平台系统平台平台平台模型模型系统系统环境环境与与技术技术Web-GIS平平台台呼叫咨呼叫咨询平台询平台植物生长模植物生长模拟平台拟平台JSP+ORACLEWeb Service+ SOAP移动开发移动开

11、发平台平台ArcGISTiTANERDAS山东山东推广推广与示范与示范福建福建天津天津北京北京重庆重庆病虫害病虫害诊断模型诊断模型预测预警模预测预警模型型自动识别与自动识别与诊断模型诊断模型植物生长植物生长模拟模型模拟模型平台开发鱼病诊断系统鱼病诊断系统果树病虫害诊断专家系统番茄病虫害诊断系统番茄病虫害诊断系统基于基于B/S模型的畜病诊断系统模型的畜病诊断系统2 主要研究内容n农业病虫害基础数据库n基于B/S模型农业病虫害诊断平台农业病虫害远程会诊平台n农业病虫害远程呼叫与咨询系统n移动式农业病虫害诊断决策系统n基于GIS的农业病虫害广域分析 n害虫远程自动识别与诊断n温室番茄生长建模型与智

12、能管理2.3农业病虫害远程会诊平台n同步会诊系统：实现网上音视频交流会诊，完成公网测试、实现了在线答疑的功能。n异步会诊系统：把病害诊断过程分成两部分，一部分完成病症上传，另一部分完成病名、病因、治疗的下载。格式化的Email 系统，实现了农户与专家的非实时交流远程会诊系统远程会诊系统- -在线系统在线系统远程会诊系统远程会诊系统- -同步系统同步系统远程会诊系统远程会诊系统- -异步系统异步系统2 主要研究内容n农业病虫害基础数据库n基于B/S模型农业病虫害诊断平台n农业病虫害远程会诊平台农业病虫害远程呼叫与咨询系统n移动式农业病虫害诊断决策系统n基于GIS的农业病虫害广域分析 n害虫

13、远程自动识别与诊断n温室番茄生长建模型与智能管理2.4农业病虫害远程呼叫与咨询系统n呼叫中心统一接入系统。呼叫中心统一接入系统。实现了WEB、手机、邮件、传真等多种信息获取手段的融合，用户信息库、各种数据的统计分析算法、自动呼叫分配算法以及自动语音应答。n基于数据仓库的数据分析决策系统。基于数据仓库的数据分析决策系统。借鉴了CRM(客户关系管理)思想，实现了用户分类及信息需求预测等功能，为实现“个性化、针对性”信息服务提供决策支持。农业病虫害远程呼叫与咨询系统农业病虫害远程呼叫与咨询系统农业病虫害呼叫与咨询系统座席界面座席界面2 主要研究内容n农业病虫害基础数据库n基于B/S模型农业病虫害诊

14、断平台n农业病虫害远程会诊平台n农业病虫害远程呼叫与咨询系统移动式农业病虫害诊断决策系统n基于GIS的农业病虫害广域分析 n害虫远程自动识别与诊断n温室番茄生长建模型与智能管理2.5移动式农业病虫害诊断决策系统n设计了基于移动Web服务和智能手持设备的移动式农业病虫害诊断决策系统平台。n针对鱼病与猪病专家系统实现了其知识库、数据库和推理机的改造和优化，成功地移植到PDA手机中，设计并实现了基于嵌入Java技术的移动式鱼病与猪病诊断专家系统。n系统可以广泛应用于摩托罗拉、诺基亚、索尼爱立信等品牌的中高端手机中。移动式农业病虫害诊断系统整体结构移动式农业病虫害诊断系统整体结构移动式农业病虫害诊断

15、决策系统移动式农业病虫害诊断决策系统2 主要研究内容n农业病虫害基础数据库n基于B/S模型农业病虫害诊断平台n农业病虫害远程会诊平台n农业病虫害远程呼叫与咨询系统n移动式农业病虫害诊断决策系统基于GIS的农业病虫害广域分析n害虫远程自动识别与诊断n温室番茄生长建模型与智能管理2.6基于GIS的农业病虫害广域分析 n开发了基于WEBGIS的农业病虫害广域分析平台，包括n“基于ArcObject病虫害地理信息系统”后台管理软件n“基于MapObjects的果树病虫害地理信息系统”单用户管理软件n“基于WebGIS果树病虫害信息发布系统”前台网络管理软件n实现了对作物种植区域空间信息、属性信息和多

16、媒体信息的综合管理综合管理，直观地表现了病虫害的分布特点、发病特征、危害程度及其未来数天或数月内的动态变化趋势动态变化趋势。基于基于GISGIS的农业病虫害广域分析系统的农业病虫害广域分析系统基于GIS农业病虫害预警系统2 主要研究内容n农业病虫害基础数据库n基于B/S模型农业病虫害诊断平台n农业病虫害远程会诊平台n农业病虫害远程呼叫与咨询系统n移动式农业病虫害诊断决策系统n基于GIS的农业病虫害广域分析害虫远程自动识别与诊断n温室番茄生长建模型与智能管理2.7害虫远程自动识别与诊断平台害虫远程自动识别与诊断平台 n设计了病虫害图像获取软硬件一体化平台；n定义了用于虫害自动识别的特征参数，

17、改进了虫害自动识别的分类方法；n完成了基于计算机视觉的虫害的远程自动识别系统的设计和开发工作。远程自动化诊断与识别平台整体工作思路远程自动化诊断与识别平台整体工作思路Bugvisux昆虫图片昆虫图片昆虫数字化特征提取昆虫数字化特征提取昆虫数字化特征库昆虫数字化特征库自动诊断识别模型自动诊断识别模型自动诊断识别自动诊断识别数字化特征库数字化特征库远程自动化诊断远程自动化诊断与识别平台与识别平台远程自动诊断识别远程自动诊断识别远程用户远程用户n运用运用BugVisux系统系统对对害虫图像进行分析、处害虫图像进行分析、处理，获取图像的数字化理，获取图像的数字化特征值，建立主要农作特征值，建立主要农作

18、物害虫的数字化特征库物害虫的数字化特征库n运用当前主流的网络技运用当前主流的网络技术和通信技术，建立害术和通信技术，建立害虫图像远程自动识别与虫图像远程自动识别与诊断系统平台诊断系统平台n通过通过USB接口的摄像头接口的摄像头及通过客户端、服务器及通过客户端、服务器端和数据库端的三层结端和数据库端的三层结构，自动获取图像视频，构，自动获取图像视频，并自动进行图像分析与并自动进行图像分析与识别诊断识别诊断害虫远程自动识别与诊断平台害虫远程自动识别与诊断平台 2 主要研究内容n农业病虫害基础数据库n基于B/S模型农业病虫害诊断平台n农业病虫害远程会诊平台n农业病虫害远程呼叫与咨询系统n移动式农业病

19、虫害诊断决策系统n基于GIS的农业病虫害广域分析n害虫远程自动识别与诊断温室番茄生长建模型与智能管理2.8温室番茄生长建模型与智能管理温室番茄生长建模型与智能管理发展了通用的植物生长的功能与结构模型。本模型适合于番茄等各种温室作物发展了番茄生长智能管理专用平台软件： - Connerfit: 通过测量数据估计番茄生长的内参数 - Gmoto：包括生长预测与利润预测番茄生长过程模拟模型Computing the inter-nodes number by the AutomatonA9.2 5 6 l 10 45 B50 12 59 3 745 C54654 4954965 Loop of

20、 GrowthNumbers and volumes of OrgansCompute photosynthesisDraw 3DArchitectureInput Botanical DATAGmoto软件花期模型参数输入对话框番茄模型参数设定对话框番茄生长时间预测结果输出3 项目创新点项目创新点 n农业病虫害领域模型n农业病虫害诊断与推理算法n农业病虫害知识获取n数字植物生长模型 n农业病虫害广域分析n平台开发与集成技术 3.1农业病虫害领域知识表示n运用领域工程思想，构建了农业病虫害诊断领域模型领域模型。该模型的建立有效提升了农业病虫害诊断平台的可重用性。n结合农业病虫害(以鱼病专家为

21、例)的诊断思维模式，综合鱼病诊断专家系统各案例元素间的关系，给出了基于给出了基于案例推理的鱼病诊断概念模型案例推理的鱼病诊断概念模型。n针对鱼病案例属性定性、离散化的特点，将鱼病案例转鱼病案例转化为用二值逻辑表示化为用二值逻辑表示，建立了基于相似性度量模型和基于粗分析方法的两种案例检索策略。 3.2农业病虫害诊断推理算法n发展了原Bugvisux系统中虫害自动识别的分类方法，将以前的二叉分类识别方法上升为基于神经网络的模式识基于神经网络的模式识别方法别方法。n针对案例特征权值向量难以确定的问题，提出将遗传算遗传算法法( (GA)GA)应用于特征权值优化应用于特征权值优化来提高检索质量。n针对现

22、有的RBR推理和CBR推理的优缺点，提出了将RBRRBR与与CBRCBR推理相结合的层次聚类方法推理相结合的层次聚类方法来缩小鱼病诊断案例的搜索空间，提高系统的检索效率。3.2农业病虫害诊断推理算法n提出了提出了“症状疾病病因症状疾病病因”的双层因果诊断模型的双层因果诊断模型，为鱼病诊断系统的实用性、针对性提供了切实的理论保障n提出将病因诊断问题转化为优化问题求解的新思路。提出将病因诊断问题转化为优化问题求解的新思路。利用覆盖集理论构建了病因诊断的指标，开创性地提出将病因诊断问题描述为优化问题，采用现代组合优化方法求解诊断问题的一种新思路，并采用大量鱼病诊断实例证明该算法的有效性。3.3农业病

23、虫害知识获取与共享n提出了基于遗传算法提出了基于遗传算法( (GA)GA)的知识获取模型的知识获取模型，首次将其应用在鱼病诊断推理系统中，用于获取鱼病诊断规则。实验结果表明该方法能够有效解决系统知识的“边界效应”造成推理结果的不确定性和不可靠性等问题，n提出了处理多种不确定性诊断知识共存的方法提出了处理多种不确定性诊断知识共存的方法。针对专家经验知识具有随机性、模糊性、未确知性等特点，在节约覆盖集理论及其概率模型的基础上，结合模糊数学构造了合理的处理这些不确定性知识表示和推理的模型，并采用相应的序贯算法进行求解。 3.4植物生长建模方面 n建立了基于双尺度自动机的温室番茄生长形态结构模型温室番茄生长形态结构模型。n发展了植物生长子结构建模的加速方法加速方法，实现了以“双尺度自动机”与“子结构”的有机结合。n发展了植物生长过程内参数估计方法。参数估计方法。n发展了生物量分配的功能模型。功能模型。n发展了植物体“细节变化”的可视化模型方法。可视化模型方法。3.5农业病虫害广域分析 n提出了。与现有的判别方法相比，具有通用性、客观性和科学性的特点；nGIS技术使得病虫害的灾害程度在电子地图中形象直观地显示出来。此研究为建立预测模型库奠定了基础。n将地理空间数据库与农业病虫害的诊断知识库、标准图像库和诊断模型、农业害虫的数字化特征库、病虫害知