温室黄瓜安全生产智能管理专家决策系统的开发

贺超兴贺超兴(中国农业科学院蔬菜花卉研究所中国农业科学院蔬菜花卉研究所100081）黄丹枫黄丹枫（上海交通大学农学院（上海交通大学农学院 200015）2007年7月长春上海市科技兴农重点攻关资助项目上海市科技兴农重点攻关资助项目 我国已有多种大田作物生产管理专家系统应我国已有多种大田作物生产管理专家系统应用，然而蔬菜作物生长模拟研究开展较少，作为用，然而蔬菜作物生长模拟研究开展较少，作为园艺研究人员应该把研究重点放在对产量形成直园艺研究人员应该把研究重点放在对产量形成直接相关的生长发育进程和产量病害发生等指标的接相关的生长发育进程和产量病害发生等指标的模拟，把经验性的知识上升为精确量化的知识，模拟，把经验性的知识上升为精确量化的知识，形成真正的形成真正的“知识模型知识模型”和数学模型。和数学模型。基于黄瓜生长模拟模型和日光温室环境数据基于黄瓜生长模拟模型和日光温室环境数据库本研究初步建立了黄瓜生长发育专家决策系统库本研究初步建立了黄瓜生长发育专家决策系统,以便为生长管理和生产决策提供信息化的服务平以便为生长管理和生产决策提供信息化的服务平台台。温室生态系统温室生态系统 结构简单结构简单 具可控性具可控性作物的种作物的种类比较单类比较单一；害虫一；害虫种类有限种类有限环环境境参参数数监测和调控监测和调控 温室黄瓜生产温室黄瓜生产生长发育期生长发育期育苗期育苗期定植期定植期开花期开花期坐果期坐果期管理预测管理预测病虫害预防病虫害预防定单农业定单农业环境控制环境控制知识体系知识体系知识库知识库管理系统管理系统环境控制环境控制常用的知识常用的知识黄瓜栽培技术黄瓜栽培技术病虫害控制病虫害控制环境知识库环境知识库病虫害知识病虫害知识整个系统整个系统有关的知识有关的知识l采用英国采用英国ELEELE环境监测站对温室温光水气环境监测站对温室温光水气COCO2 2等等环境因子进行实时监测，环境因子进行实时监测，l采用温湿度仪、光量子仪、采用温湿度仪、光量子仪、COCO2 2测定仪及测定仪及LI-LI-64006400光合作用仪研究了日光温室温、湿、光合作用仪研究了日光温室温、湿、COCO2 2变化的规律。变化的规律。l采用远程无线数字系统采集温室环境参数采用远程无线数字系统采集温室环境参数l人工测量调查黄瓜生长发育变化与光温关系，人工测量调查黄瓜生长发育变化与光温关系，建立生长模型。建立生长模型。在中国农科院蔬菜花卉研究所“十五”863项目“可控环境蔬菜高产优质全季节栽培技术体系开发研究”成果基础上。通过对多年日光温室环境数据的采集和处理，建立了环境数据库,得出了黄瓜生长较为完善的生长发育参数和栽培量化指标。根据这些量化指标和栽培知识，基于环境数据库建立起专家决策系统,对实现工厂化生产、智能控制和计算机管理有重要的意义。生生长长期期定植期定植期开花期开花期坐果期坐果期时时间间灌水管理灌水管理肥料管理肥料管理植株调整植株调整环境调倥环境调倥病虫控防病虫控防概述概述=(栽培历史栽培历史,栽培现状栽培现状,营养价值营养价值)生物学特性生物学特性=(生物学性状生物学性状,对环境条件的要求对环境条件的要求,黄黄瓜的花芽分化瓜的花芽分化,果实的发育和产量果实的发育和产量)生产基础知识生产基础知识=(施肥技术施肥技术,农药使用技术农药使用技术)育苗育苗=(育苗设施及苗床种类育苗设施及苗床种类,种子消毒种子消毒,催芽播种催芽播种,工厂化育苗新技术工厂化育苗新技术)茬口安排及栽培技术茬口安排及栽培技术=(秋冬茬、越冬茬、冬春茬、秋冬茬、越冬茬、冬春茬、新技术新技术)l绿色食品基本知识绿色食品基本知识l绿色食品农药使用准则绿色食品农药使用准则l无公害、绿色、有机食品的区别无公害、绿色、有机食品的区别l无公害蔬菜生产技术保障体系无公害蔬菜生产技术保障体系l有机食品生产标准有机食品生产标准l绿色食品安全卫生指标绿色食品安全卫生指标黄瓜有机栽培技术黄瓜有机栽培技术温室黄瓜栽培技术温室黄瓜栽培技术病害概述病害概述=(病害名称、照片、病害症状病害名称、照片、病害症状,发病条件发病条件,防治技术防治技术)虫害概述虫害概述=(虫害名称、照片、生活习性、危害、防治方法）虫害名称、照片、生活习性、危害、防治方法）病害诊断病害诊断=(发病部位、发病症状、逻辑条件发病部位、发病症状、逻辑条件,诊断结果诊断结果)知识库维护知识库维护=（病害添加、虫害添加、病害诊断库添加）（病害添加、虫害添加、病害诊断库添加）通过分析和研究温室黄瓜生产管理的现状以及目前国内外关于专家系统、辅助决策系统的研究现状，我们提出了三个原则。简单简单灵活灵活实用实用环境数据库模块环境数据库模块生长管理模块生长管理模块预测功能模块预测功能模块帮助手册模块帮助手册模块环境数据导入模块环境数据导入模块生理发育天数生理发育天数黄瓜的生长状况黄瓜的生长状况黄瓜生育期黄瓜生育期水分、养分的管理水分、养分的管理植株的调整植株的调整病虫害的防治病虫害的防治病虫害的预测病虫害的预测产期的预测产期的预测播期的预测播期的预测环境因子的调控环境因子的调控异常情况处理异常情况处理生长管理模块窗体生长管理模块窗体判断黄瓜生长期判断黄瓜生长期是是否否播期产期预测播期产期预测是是温室周年环境数温室周年环境数据库据库否否需要打印否需要打印否是是打印打印否否算法采用：根据温室黄瓜产量由栽培密度、平均单株瓜数及平均单瓜重三个因子决定，从而根据单株黄瓜担瓜数来预测采收上市量。效益预测则根据上市时的市场价格与产量扣除生产成本得出。计算数据：温室栽培密度由定植时获得、单果瓜由品种决定，单株座瓜数根据人工调查获得。目的：为定单农业服务实现方式：根据黄瓜品种生育期的生理发育天数值，结合已建立的温室环境数据库数据资料，通过软件程序计算就可以得出黄瓜的主要生育期到达日期如播期、定植期、开花期、采收期等一系列有用的目标值。算法采用：根据温室周年环境数据库的参数计算黄瓜不同季节的生理发育天数来根据播期确定黄瓜采收期或根据市场采收期安排播种期计算数据：温室环境周年数据库结合实际环境温度数据进行校正。具体实现：采用SQL查询化语言实现，把 梯形积分公式简化成和的形式 采用了数据库编程可以记录温室代号、管理人员、田间操作类型、方式及数量如施肥、灌溉、打药的种类、浓度、时间、用量等及对田间病虫害发生情况的调查结果及采收、放秧、打叶等操作过程。算法采用：根据黄瓜不同病害发生的发病条件结合温室周年温度、湿度环境数据库的参数来预测短期内温室黄瓜病害发生的可能发生率，并通过对温室环境实测值的运用来指导生产上提前采取措施来早期预防病害的发生。由于不同地区温室的环境参数不同，同一地区不同温室的参数也不同，同一温室不同年份的环境参数也有一定差异，因此采用通用环境数据库进行的预测结果与实际值可能有一定偏差，本软件设置的温室环境参数导入模块可以将具备数据采集条件的温室采集的实时数据直接导入系统，更新原有环境数据库用于生产预测，从而提高预测准确度和降低误差率。该模块可将温室自动采集的温、湿度环境参数数据以Access数据库的形式直接导入系统数据库，用于计算生理发育天数进行生长期预测和病害预测，亦可通过人工方式将测得数据导入Access数据库文件再导入。本模块记录了本软件的作者、版本号、联系方法及本专家系统各功能模块的内容组成和主要作，可以为生产者应用提供应用说明和参数输入方法，指导新用户的使用。l完善温室环境数据库，建立不同类型日光温室完善温室环境数据库，建立不同类型日光温室周年环境数据库用于预测和指导生产周年环境数据库用于预测和指导生产l研究黄瓜生长发育与辐照、温度的量化关系研究黄瓜生长发育与辐照、温度的量化关系l建立温室黄瓜高产栽培环境量化管理指标体系建立温室黄瓜高产栽培环境量化管理指标体系l开发基于生长发育模型的温室黄瓜高产优质栽开发基于生长发育模型的温室黄瓜高产优质栽培管理决策支持系统和和可视化软件，并具有培管理决策支持系统和和可视化软件，并具有网络互动功能。网络互动功能。l根据生产实际需要，补充新模块，增加实用功根据生产实际需要，补充新模块，增加实用功能知识和模块。能知识和模块。l结合验证试验，充实环境数据库，提出简化的结合验证试验，充实环境数据库，提出简化的环境数据测量应用新方法。环境数据测量应用新方法。l应用专家系统给出的肥水优化措施，提出不同应用专家系统给出的肥水优化措施，提出不同栽培条件下优化量化的灌水施肥方案。栽培条件下优化量化的灌水施肥方案。l在不同类型温室基地进行生产示范推广，明确在不同类型温室基地进行生产示范推广，明确黄以专家系统的应用效果。黄以专家系统的应用效果。l在专家系统管理的温室引进可视化摄像在专家系统管理的温室引进可视化摄像系统，结合环境参数的远程监控系统，系统，结合环境参数的远程监控系统，实现远程生产监控。实现远程生产监控。l利用黄瓜生长的数学理论模型对黄瓜生利用黄瓜生长的数学理论模型对黄瓜生产的主要环境因子进行优化产的主要环境因子进行优化l将建立的温室黄瓜专家系统进行品种特将建立的温室黄瓜专家系统进行品种特性、温室参数校正，实现对温室黄瓜生性、温室参数校正，实现对温室黄瓜生产的智能管理和精准预测。产的智能管理和精准预测。Tel：6891958813681333922Fax：68919588 E-mail:hechaoxing 中国农业科学院 蔬菜花卉研究所 贺超兴贺超兴