随着智慧农业的发展，智能感知芯片、移动嵌入式系统等物联网技术在现代农业中的应用逐步拓宽，通过使用无线传感器网络可以有效降低人力消耗和对农田环境的影响，获取精确的作物环境和作物信息，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备，足不出户就可以监测到农田信息。农业物联网技术的应用可以更好地控制农作物的生长环境，使之能够更好地适应作物的生长，提高农作物的产量和品质，有利于实现农作物的高产稳产，提高土地的产出率，提高农业抗御自然灾害的能力。

农业物联网的技术体系如图2所示，大致包括信息采集，传输存储、分析决策、智能控制四个部分：信息采集主要应用农业信息采集器面向农业环境、作物、产品等管控对象，形成了系列化经济实用的传感设备，包括温度、湿度、光照、CO2、露点等传感器。传输存储是针对不同农业生产环境，集成开发了有线、无线等不同类型的信息传输设备，重点研究农业物联网信息融合、知识发现、异构网络接入等，保证信息传输的及时、可靠、准确。分析决策是根据不同作物（动物）、不同品种、不同生育时期、昼夜生长规律，组建了各类作物生长发育模型，并根据该模型确定作物所需要的适宜环境，以此作为对环境调控的依据。智能控制运用农业智能控制设备对室内外环境数据的实时测量、显示、存储以及对现场环境调控设备的条件进行控制，同时还扩展了多语言、多控制条件、多模式以及历史数据查询等附加功能。

农业信息的分析决策是智慧农业的关键，是整个智慧农业链条上最重要的环节。农业专家系统基于农业专家知识，模仿农业专家进行推理决策，将多项农业技术和知识进行高度集成，为用户提供品种选择、肥水管理、病虫草害防治、农艺管理等生产技术咨询和决策服务。

农业专家系统开发平台

农业专家系统开发平台是一种用来实现农业专家系统快速开发的工具，以其为基础进行二次开发，可以大大减少农业专家系统开发的工作量和技术难度。专家系统开发平台帮助研究人员获取知识、表示知识、运用知识；帮助系统设计人员进行专家系统结构设计；提供一个内部的软件环境，提高系统内部的通讯能力。

农业专家系统把分散的、局部的单项农业技术综合集成起来，经过智能化信息处理，针对不同的土壤和气候等环境条件，给出系统性和应变性强的各类农业问题的解决方案。

从业务上来说，农业专家系统能够模拟农业专家处理农业生产过程中一切问题。如图3所示包含：动植物育种、动植物良种筛选、病虫害检测、病虫害测报预警、农业教学（视频、动漫、图谱、文字）、植物保护新品种测试、土壤质量安全检测、测土配方施肥、产地适宜性评价、农作物估产等十余种方向。

专家系统可以像农业专家一样来解决农业生产者的各种问题，随时为农业生产者提供各种建议和指导，使农业生产者可以进行更为有效的农业生产。同时农业专家系统可以执行常规性的日常任务并减少解决农业生产领域中问题的时间，这样可以将农业领域专家从繁重的工作中解脱出来，以便进行更为重要的问题的研究。

农业专家系统比一般的计算机信息系统更突出专门农业知识与推理判断的作用，具有针对性更强的决策咨询能力，比农业专家拥有综合性知识和高速的知识处理本领，不受时间、空间的限制和人类情感的影响。农业专家系统汇集高水平的农业知识，克服农村地区交通信息不便的障碍，实地指导农业生产，缓解农技人员不足以及水平参差不齐的矛盾。农业专家系统汇集当地的农业知识，固化农业专家和种田能手的宝贵经验，构成本地农业生产技术数据库集和农业环境数据库集。农业专家系统在农业生产中时效性很强，随时处理农民生产过程中遇到的问题，大大减少了解决问题的时滞。

农业专家系统的核心原理

知识获取机构：农业专家系统解决问题的能力主要取决于它所使用农业知识的数量和质量。知识工程师将从农业领域专家那里归纳的农业知识录入到知识库中，运行农业专家系统进行验证，与农业领域专家一同进行反复的修改达到最好的效果。

知识库及其管理系统：知识库中包括推理时所要用到的一般知识和领域知识。

推理机：基于知识的推理的模块或程序也就是推理机，推理机是农业专家系统的“思维”机构（核心）。推理机主要包括推理和控制两大方面。

解释机构：所谓解释，是系统对用户或系统设计者所提出的问题，给出一个清晰的、完全的、易于理解的回答，即对其行为和结果做出合理的说明。解释机构能增加系统的透明性，因此也增加了系统的可接受性。同样，解释是辅助知识工程师发现和更正知识库中知识的缺陷和错误的重要途径。

解释的另一个重要作用，在于能对初级用户进行教育，使其同样拥有农业领域专家的知识。

数据库及其管理系统：数据库又称“黑板”，黑板用来记录系统推理过程中用到的控制信息、中间假设和中间结果以及结论的数据库或工作存储器。农业专家系统开始运行时，首先将获得的初始事实放在黑板中，推理机根据这些事实及知识库进行推理，并不断将中间结果和中间假设放在黑板中，直到获得问题的最终结论或得不到推理结果而退出。

人机接口：接口是人与系统进行信息交流的界面，它为用户提供比较直观方便的手段。接口系统接收用户的提问、已知数据和其他信息，并进行一定的处理，再转交给专家系统。同时接口系统也要将专家系统对用户的提问、推理结果、对推理结果的解释以用户可理解的形式输出给用户。

农业专家系统的技术融合

由于农业生产的这一特性就要求专家系统中的基础数据不但是海量的，而且必须是动态的。知识库、数据库、模型库必须要有不断的新知识、新数据、新技术来扩充支撑，尽快解决农业生产的实际问题。

全球定位系统GPS能精确地确定地物的空间位置，可以提供基础数据。地理信息系统GIS可以对地理实体实现定位、定性和定量的描述，为专家系统提供必需的基础数据和数据的分析和可视化。遥感技术RS也可以为专家系统提供数据。这些数据量大而且全面，缓解了农业专家系统中知识源、数据源的缺乏问题，为农业专家系统基础数据库、知识数据库和模型库的建立提供了数据支持；另外数据是动态的、可更新的，提供的信息范围大。

农业专家系统和多媒体技术相结合，增强了系统的可视化。视觉对于人们的决策往往起着很关键的作用。在害虫图文、杂草形态、疾病形态等方面将专家经验和多媒体技术结合起来，提高了系统的诊断性能。

基于物联网的农业专家系统使用目标区域布设的无线传感器节点把目标区域中光照强度，空气温度，土壤温度，空气湿度，土壤湿度、二氧化碳浓度等植物生长所需的环境信息进行实时采集，利用ZigBee短程无线通讯技术把各种传感器采集到数据进行传输，把传输的数据汇集到计算机上，通过无线网关与计算机相连，利用各种设备实时控制目标区域的生长环境信息，专家系统中的软件可以根据环境参数来判断植物生长状况并改变各种生长条件。

对于智慧农业领域来说，农业专家系统平台的应用摆脱了传统农业生产对自然环境和经验生产方式的依赖，让农业生产实现了规模化、精细化和科学化生产，使用户能够依据高科技技术对农业生产作出合理化实时指导，大大提高农业生产的科技水平。

展望

现如今，智慧农业已经来到我们身边，农业专家系统平台在智慧农业中有着广阔的应用前景。农业专家系统平台充分利用现代农业信息化技术，方便农户与专家的沟通，使农民能快速解决农业生产问题。可以说农业生产的各个环节都可以用到农业专家系统。

作者：杨宝祝 王秀徽 路伟康

作者单位：国家农业信息化工程研究中心