專利名稱：作物溫室栽培專家控制系統(tǒng)及作物病癥診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于設(shè)施農(nóng)業(yè)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)是人口大國(guó)，農(nóng)業(yè)發(fā)展方面一直是我國(guó)的主要發(fā)展領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化程度高的設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培領(lǐng)域成為了我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方面。設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室栽培有自動(dòng)化、智能化、機(jī)械化程度高的特點(diǎn)，溫室內(nèi)的調(diào)控系統(tǒng)可提供相對(duì)理想的作物生長(zhǎng)環(huán)境，同時(shí)大大提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性。我國(guó)地域廣闊，各地區(qū)地理?xiàng)l件不同，設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室栽培的發(fā)展可以在一定程度上改善作物種植的生長(zhǎng)條件，延長(zhǎng)農(nóng)作物供需時(shí)間，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，適合我國(guó)的國(guó)情。 當(dāng)前用于作物溫室栽培多為溫室栽培環(huán)境監(jiān)控、或者農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)提供了溫室栽培的環(huán)境管理，或者指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的專家知識(shí)，包括不同作物的品種類別、特性、病癥類型和指導(dǎo)栽培的方法，根據(jù)作物的適宜生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境能夠進(jìn)行溫室環(huán)境的監(jiān)測(cè)和調(diào)控，預(yù)報(bào)成熟時(shí)間等信息，指導(dǎo)用戶進(jìn)行農(nóng)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)和作物的栽培。但這些農(nóng)業(yè)栽培專家系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在以下問(wèn)題I.系統(tǒng)功能單一不全面農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)或環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)只能單一的提供農(nóng)業(yè)方面的專家知識(shí)或者某一作物的適宜環(huán)境調(diào)控等功能，雖然在創(chuàng)造作物適宜的生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境和作物栽培方面實(shí)現(xiàn)了一定的智能化和指導(dǎo)性，但并不能實(shí)現(xiàn)溫室作物栽培的全面自動(dòng)化和智能化要求。2.局限性強(qiáng)，作物生長(zhǎng)發(fā)育狀況監(jiān)測(cè)自動(dòng)化不足現(xiàn)有農(nóng)業(yè)溫室栽培系統(tǒng)只針對(duì)單一作物提供的適宜環(huán)境調(diào)控管理等功能，當(dāng)栽培作物種類或品種發(fā)生變化時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)或軟件更新重置，局限性很大，且對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育狀況監(jiān)測(cè)方面顯得不足，不能自動(dòng)合理判斷作物的生長(zhǎng)發(fā)育結(jié)果并進(jìn)行相應(yīng)處理，自動(dòng)化程度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決了現(xiàn)有室栽培系統(tǒng)的功能不全面、智能化、自動(dòng)化低和局限性強(qiáng)的問(wèn)題，提供一種作物溫室栽培專家控制系統(tǒng)及其病癥診斷子系統(tǒng)的病癥診斷算法。本發(fā)明提供的以嵌入式設(shè)備為硬件平臺(tái)的作物溫室栽培專家控制系統(tǒng)，是在嵌入式ARMlI開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和Windows CE 6. 0環(huán)境下運(yùn)行，包括環(huán)境決策、生長(zhǎng)情況決策和病癥診斷三個(gè)子系統(tǒng)；第一、環(huán)境決策子系統(tǒng)，包括4個(gè)模塊參數(shù)監(jiān)控模塊包含環(huán)境參數(shù)監(jiān)控和用戶提示。參數(shù)監(jiān)控為外圍連接的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)顯示以及自動(dòng)決策模塊得出的決策信息顯示，具體包括溫度、濕度……等環(huán)境參數(shù)顯示，各個(gè)環(huán)境參數(shù)決策結(jié)果顯示。用戶提示為當(dāng)當(dāng)前環(huán)境嚴(yán)重不適宜作物發(fā)育時(shí)向用戶發(fā)出的警告功能。
手動(dòng)調(diào)控模塊包含用戶對(duì)環(huán)境調(diào)控設(shè)備進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)控的控制界面。該模塊與外圍環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)相連，可通過(guò)對(duì)模塊中設(shè)置的調(diào)控按鍵進(jìn)行外圍環(huán)境調(diào)控設(shè)備的控制，如溫度調(diào)節(jié)器，濕度調(diào)節(jié)器等設(shè)備的控制。具體包括溫度、濕度……等連接的環(huán)境調(diào)控設(shè)備調(diào)節(jié)按鈕及當(dāng)前檢測(cè)值和調(diào)節(jié)值的數(shù)據(jù)顯示。自動(dòng)決策模塊為環(huán)境決策子系統(tǒng)對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行決策，為后臺(tái)運(yùn)行模塊。該模塊中包含了相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)決策算法，為環(huán)境決策子系統(tǒng)提供環(huán)境參數(shù)決策功能以及當(dāng)環(huán)境參數(shù)嚴(yán)重不適宜作物生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)向參數(shù)監(jiān)控模塊發(fā)送信號(hào)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理調(diào)用模塊包含數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理和知識(shí)庫(kù)管理。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)了外圍環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和調(diào)用，向參數(shù)監(jiān)控模塊手動(dòng)調(diào)控模塊和自動(dòng)決策模塊提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并向用戶提供數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，包含數(shù)據(jù)的添加、刪除、查詢功能。知識(shí)庫(kù)管理包含知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的添加、刪除、更新、查詢功能，并可根據(jù)生長(zhǎng)情況決策子系統(tǒng)的生育階段信號(hào)進(jìn)行作物不同生育階段不同知識(shí)庫(kù)的調(diào)用，該調(diào)用向自動(dòng)決策模塊 和參數(shù)監(jiān)控和手動(dòng)調(diào)控模塊開(kāi)放。其運(yùn)行方式如下外圍環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將采集到的環(huán)境參數(shù)傳入數(shù)據(jù)庫(kù)中供環(huán)境決策系統(tǒng)自動(dòng)決策模塊調(diào)用，該模塊根據(jù)知識(shí)庫(kù)中的專家知識(shí)進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的推理決策，并將決策結(jié)果傳輸給環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)參數(shù)與決策結(jié)果的顯示由參數(shù)監(jiān)控模塊顯示；手動(dòng)調(diào)控模塊具有對(duì)環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)控制的功能；數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用管理模塊和對(duì)環(huán)境決策系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)進(jìn)行管理。第二、生長(zhǎng)情況決策子系統(tǒng)，包括3個(gè)模塊用戶提示模塊包含作物當(dāng)前生長(zhǎng)情況的顯示。其中生長(zhǎng)情況包含作物生理發(fā)育期、作物是否正常發(fā)育的結(jié)果。用戶提示模塊接收分析決策模塊作物生育階段決策信息和外圍生長(zhǎng)情況檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果并顯示。分析決策模塊提供作物生理發(fā)育時(shí)期的自動(dòng)判斷功能，為后臺(tái)運(yùn)行模塊。模塊中包含作物生理發(fā)育時(shí)期的判斷計(jì)算算法，通過(guò)讀取環(huán)境決策子系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行作物生育時(shí)期的判斷決策。數(shù)據(jù)庫(kù)管理調(diào)用模塊包含數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理和知識(shí)庫(kù)管理。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)了外圍生長(zhǎng)情況檢測(cè)系統(tǒng)得出的檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和調(diào)用，向用戶提示模塊提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并向用戶提供數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，包含數(shù)據(jù)的添加、刪除、查詢功能。知識(shí)庫(kù)管理包含知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的添加、刪除、更新、查詢功能，并可根據(jù)生長(zhǎng)情況決策子系統(tǒng)的生育階段信號(hào)進(jìn)行作物不同生育階段不同知識(shí)庫(kù)的調(diào)用，該調(diào)用向用戶提示模塊和分析決策模塊開(kāi)放。其運(yùn)行方式如下系統(tǒng)通過(guò)生理發(fā)育時(shí)間的計(jì)算進(jìn)行作物發(fā)育時(shí)期的判斷，并將判斷結(jié)果以信號(hào)方式傳輸給環(huán)境決策系統(tǒng)和病癥診斷系統(tǒng)進(jìn)行作物不同發(fā)育階段的知識(shí)庫(kù)調(diào)用；該系統(tǒng)與外圍作物生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)相連，通過(guò)對(duì)作物生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)處理結(jié)果的判斷進(jìn)行信號(hào)輸出，該信號(hào)傳輸給病癥診斷系統(tǒng)進(jìn)行病癥特征的推理和調(diào)用，為用戶提供指導(dǎo)。第三、病癥診斷子系統(tǒng)，包括3個(gè)模塊 用戶提示模塊包含人工操作和用戶提示。人工操作系統(tǒng)界面提供當(dāng)前作物可 能存在的病癥特征表，用戶可根據(jù)作物的特征在病癥特征表中進(jìn)行病癥特征選取，選取結(jié)果會(huì)在特征選取欄中顯示，并將特征選取結(jié)果傳輸給病癥推理模塊進(jìn)行病癥特征編碼和搜索，當(dāng)用戶點(diǎn)擊診斷按鈕時(shí)，病癥推理模塊進(jìn)行病癥推理的診斷，同時(shí)將傳輸?shù)接脩籼崾灸K進(jìn)行結(jié)果顯示。用戶提示提供了自動(dòng)病癥推理的結(jié)果顯示和人工操作的操作幫助提示。病癥推理模塊實(shí)現(xiàn)了病癥診斷推理功能，為后臺(tái)運(yùn)行模塊。其中包含病癥特征編碼機(jī)制和病癥特征提取算法以及推理機(jī)。病癥特征編碼機(jī)制將用戶選擇的特征進(jìn)行編碼，推理機(jī)根據(jù)特征編碼進(jìn)行反向搜索和推理，若用戶沒(méi)有選擇進(jìn)行診斷，則反向搜索出與用戶選擇特征所屬病癥復(fù)合的病癥特征更新病癥特征表，若用戶選擇進(jìn)行診斷則推出病癥結(jié)果。病癥特征提取算法能夠根據(jù)外圍生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算得出相應(yīng)結(jié)果的病癥表現(xiàn)隸屬度，隸屬度最大的作為病癥特征提取出來(lái)，并將特征傳輸給推理機(jī)進(jìn)行推理。數(shù)據(jù)庫(kù)管理調(diào)用模塊包含數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ) 管理和知識(shí)庫(kù)管理。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)了外圍生長(zhǎng)情況檢測(cè)系統(tǒng)得出的檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和調(diào)用，向用戶提示模塊提供自動(dòng)病癥推理的結(jié)果，并向用戶提供數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，包含數(shù)據(jù)的添加、刪除、查詢功能。知識(shí)庫(kù)管理包含知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的添加、刪除、更新、查詢功能，并可根據(jù)生長(zhǎng)情況決策子系統(tǒng)的生育階段信號(hào)進(jìn)行作物不同生育階段不同知識(shí)庫(kù)的調(diào)用，該調(diào)用向病癥推理模塊開(kāi)放。其具體運(yùn)行方式如下系統(tǒng)分為兩種診斷方式，可同時(shí)進(jìn)行。依據(jù)用戶需求進(jìn)行病癥的自動(dòng)診斷和人工輸入診斷。自動(dòng)診斷方式通過(guò)接受生長(zhǎng)情況決策系統(tǒng)的信號(hào)和生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行病癥的推理和知識(shí)庫(kù)調(diào)用。人工輸入診斷方式通過(guò)用戶對(duì)病癥特征的選擇輸入，進(jìn)行推理決策。將用戶提供的病癥特征匯總，得出病癥名稱、特征和處理方式，提供指導(dǎo)。其中不同子系統(tǒng)的用戶提示模塊不同，數(shù)據(jù)庫(kù)管理調(diào)用模塊也不同。本發(fā)明專家控制系統(tǒng)同時(shí)與外圍環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)和環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)相連，具有環(huán)境調(diào)控決策、生長(zhǎng)情況檢測(cè)和病癥診斷的功能。所述的診斷方法包括作物病害診斷編碼知識(shí)表達(dá)方式及其相應(yīng)推理機(jī)制，該方法能夠適應(yīng)不同作物知識(shí)庫(kù)的更換及病癥診斷需要，具體診斷步驟如下病癥特征提取算法，該算法采用粗糙集理論中的不完備信息系統(tǒng)的概念，總結(jié)不完備決策信息表，提出病癥特征屬性粗糙集，并以具有相同描述的支持集類，即描述集為基本模塊，合并構(gòu)成相似集，以導(dǎo)出模糊度函數(shù)計(jì)算病癥特征模糊度的算法，將生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)模糊化形成采集樣本和病癥特征的不完備決策表，并計(jì)算相應(yīng)隸屬度函數(shù)值達(dá)到特征識(shí)別選取進(jìn)而自動(dòng)病癥診斷的目的。本發(fā)明硬件特點(diǎn)為主控專家系統(tǒng)在ARMll上運(yùn)行，采用S3C6410處理器作為核心控制器。本發(fā)明以Windows CE 6. 0為系統(tǒng)環(huán)境，開(kāi)發(fā)了與相應(yīng)環(huán)境參數(shù)檢測(cè)、作物生長(zhǎng)狀況檢測(cè)和環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，適于溫室栽培的主控專家系統(tǒng)。本發(fā)明與外圍環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)和環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)相連，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)Zigbee無(wú)線傳輸模塊將采集到的實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)傳輸給環(huán)境決策子系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境參數(shù)決策；生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)CAN總線將檢測(cè)結(jié)果傳輸給生長(zhǎng)情況決策系統(tǒng)和病癥診斷進(jìn)行作物生長(zhǎng)發(fā)育階段的判斷和病癥診斷。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果該系統(tǒng)主要特征是，與配套環(huán)境參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)、作物生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)和環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)相連可構(gòu)成作物溫室栽培控制系統(tǒng)，具有對(duì)環(huán)境參數(shù)決策、生長(zhǎng)情況分類和病理診斷指導(dǎo)等主要功能，而且提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)接收和管理功能，其軟件知識(shí)庫(kù)可根據(jù)不同農(nóng)作物進(jìn)行成套更換。本發(fā)明具有體積小、操作簡(jiǎn)易、功能強(qiáng)、可單獨(dú)使用或外接系統(tǒng)配套使用等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明是信息高技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和常規(guī)農(nóng)業(yè)知識(shí)的結(jié)合，集成了作物溫室栽培的相關(guān)農(nóng)業(yè)知識(shí)，根據(jù)作物生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分類判斷，根據(jù)環(huán)境參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)為環(huán)境調(diào)控提供決策結(jié)果進(jìn)行環(huán)境的自動(dòng)調(diào)節(jié)，并為作物的病癥情況提供了相應(yīng)特征信息和處理方法的指導(dǎo)。利于農(nóng)業(yè)人員進(jìn)行溫室栽培的管理和問(wèn)題指導(dǎo)方式，符合目前設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，解決農(nóng)業(yè)人員專業(yè)知識(shí)不全面的問(wèn)題，有利于提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，具有巨大的發(fā)展前景。


圖I是本發(fā)明整體軟件模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的總體硬件結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明病癥診斷編碼知識(shí)表達(dá)方式的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明病癥診斷正反向搜索推理方式示意圖。圖5是本發(fā)明病癥診斷推理程序流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明環(huán)境參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集環(huán)境參數(shù)，通過(guò)Zigbee無(wú)線傳輸模塊傳輸匯集所有采集結(jié)果，由串口傳入專家系統(tǒng)。作物生長(zhǎng)情況檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)攝像頭進(jìn)行圖像的采集，經(jīng)過(guò)處理后由CAN總線將處理結(jié)果傳輸進(jìn)專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)的決策結(jié)果通過(guò)觸摸屏顯示，并傳輸?shù)江h(huán)境調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境的自動(dòng)調(diào)控。本發(fā)明具有三個(gè)子系統(tǒng)第一、環(huán)境決策子系統(tǒng)，包括4個(gè)模塊參數(shù)監(jiān)控模塊包含環(huán)境參數(shù)監(jiān)控和用戶提示。參數(shù)監(jiān)控為外圍連接的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)顯示以及自動(dòng)決策模塊得出的決策信息顯示，具體包括溫度、濕度……等環(huán)境參數(shù)顯示，各個(gè)環(huán)境參數(shù)決策結(jié)果顯示。用戶提示為當(dāng)當(dāng)前環(huán)境嚴(yán)重不適宜作物發(fā)育時(shí)向用戶發(fā)出的警告功能。手動(dòng)調(diào)控模塊包含用戶對(duì)環(huán)境調(diào)控設(shè)備進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)控的控制界面。該模塊與外圍環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)相連，可通過(guò)對(duì)模塊中設(shè)置的調(diào)控按鍵進(jìn)行外圍環(huán)境調(diào)控設(shè)備的控制，如溫度調(diào)節(jié)器，濕度調(diào)節(jié)器等設(shè)備的控制。具體包括溫度、濕度……等連接的環(huán)境調(diào)控設(shè)備調(diào)節(jié)按鈕及當(dāng)前檢測(cè)值和調(diào)節(jié)值的數(shù)據(jù)顯示。自動(dòng)決策模塊為環(huán)境決策子系統(tǒng)對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行決策，為后臺(tái)運(yùn)行模塊。該模塊 中包含了相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)決策算法，為環(huán)境決策子系統(tǒng)提供環(huán)境參數(shù)決策功能以及當(dāng)環(huán)境參數(shù)嚴(yán)重不適宜作物生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)向參數(shù)監(jiān)控模塊發(fā)送信號(hào)。
數(shù)據(jù)庫(kù)管理調(diào)用模塊包含數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理和知識(shí)庫(kù)管理。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)了外圍環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和調(diào)用，向參數(shù)監(jiān)控模塊手動(dòng)調(diào)控模塊和自動(dòng)決策模塊提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并向用戶提供數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，包含數(shù)據(jù)的添加、刪除、查詢功能。知識(shí)庫(kù)管理包含知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的添加、刪除、更新、查詢功能，并可根據(jù)生長(zhǎng)情況決策子系統(tǒng)的生育階段信號(hào)進(jìn)行作物不同生育階段不同知識(shí)庫(kù)的調(diào)用，該調(diào)用向自動(dòng)決策模塊和參數(shù)監(jiān)控和手動(dòng)調(diào)控模塊開(kāi)放。其運(yùn)行方式如下外圍環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將采集到的環(huán)境參數(shù)傳入數(shù)據(jù)庫(kù)中供環(huán)境決策系統(tǒng)自動(dòng)決策模塊調(diào)用，該模塊根據(jù)知識(shí)庫(kù)中的專家知識(shí)進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的推理決策，并將決策結(jié)果傳輸給環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)參數(shù)與決策結(jié)果的顯示由參數(shù)監(jiān)控模塊顯示；手動(dòng)調(diào)控模塊具有對(duì)環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)控制的功能；數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用管理模塊和對(duì)環(huán)境決策系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)進(jìn)行管理。第二、生長(zhǎng)情況決策子系統(tǒng)，包括3個(gè)模塊 用戶提示模塊包含作物當(dāng)前生長(zhǎng)情況的顯示。其中生長(zhǎng)情況包含作物生理發(fā)育期、作物是否正常發(fā)育的結(jié)果。用戶提示模塊接收分析決策模塊作物生育階段決策信息和外圍生長(zhǎng)情況檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果并顯示。分析決策模塊提供作物生理發(fā)育時(shí)期的自動(dòng)判斷功能，為后臺(tái)運(yùn)行模塊。模塊中包含作物生理發(fā)育時(shí)期的判斷計(jì)算算法，通過(guò)讀取環(huán)境決策子系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行作物生育時(shí)期的判斷決策。數(shù)據(jù)庫(kù)管理調(diào)用模塊包含數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理和知識(shí)庫(kù)管理。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)了外圍生長(zhǎng)情況檢測(cè)系統(tǒng)得出的檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和調(diào)用，向用戶提示模塊提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并向用戶提供數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，包含數(shù)據(jù)的添加、刪除、查詢功能。知識(shí)庫(kù)管理包含知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的添加、刪除、更新、查詢功能，并可根據(jù)生長(zhǎng)情況決策子系統(tǒng)的生育階段信號(hào)進(jìn)行作物不同生育階段不同知識(shí)庫(kù)的調(diào)用，該調(diào)用向用戶提示模塊和分析決策模塊開(kāi)放。其運(yùn)行方式如下系統(tǒng)通過(guò)生理發(fā)育時(shí)間的計(jì)算進(jìn)行作物發(fā)育時(shí)期的判斷，并將判斷結(jié)果以信號(hào)方式傳輸給環(huán)境決策系統(tǒng)和病癥診斷系統(tǒng)進(jìn)行作物不同發(fā)育階段的知識(shí)庫(kù)調(diào)用；該系統(tǒng)與外圍作物生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)相連，通過(guò)對(duì)作物生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)處理結(jié)果的判斷進(jìn)行信號(hào)輸出，該信號(hào)傳輸給病癥診斷系統(tǒng)進(jìn)行病癥特征的推理和調(diào)用，為用戶提供指導(dǎo)。第三、病癥診斷子系統(tǒng)，包括3個(gè)模塊用戶提示模塊包含人工操作和用戶提示。人工操作系統(tǒng)界面提供當(dāng)前作物可能存在的病癥特征表，用戶可根據(jù)作物的特征在病癥特征表中進(jìn)行病癥特征選取，選取結(jié)果會(huì)在特征選取欄中顯示，并將特征選取結(jié)果傳輸給病癥推理模塊進(jìn)行病癥特征編碼和搜索，當(dāng)用戶點(diǎn)擊診斷按鈕時(shí)，病癥推理模塊進(jìn)行病癥推理的診斷，同時(shí)將傳輸?shù)接脩籼崾灸K進(jìn)行結(jié)果顯示。用戶提示提供了自動(dòng)病癥推理的結(jié)果顯示和人工操作的操作幫助提示。病癥推理模塊實(shí)現(xiàn)了病癥診斷推理功能，為后臺(tái)運(yùn)行模塊。其中包含病癥特征編碼機(jī)制和病癥特征提取算法以及推理機(jī)。病癥特征編碼機(jī)制將用戶選擇的特征進(jìn)行編碼，推理機(jī)根據(jù)特征編碼進(jìn)行反向搜索和推理，若用戶沒(méi)有選擇進(jìn)行診斷，則反向搜索出與用戶選擇特征所屬病癥復(fù)合的病癥特征更新病癥特征表，若用戶選擇進(jìn)行診斷則推出病癥結(jié)果。病癥特征提取算法能夠根據(jù)外圍生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算得出相應(yīng)結(jié)果的病癥表現(xiàn)隸屬度，隸屬度最大的作為病癥特征提取出來(lái)，并將特征傳輸給推理機(jī)進(jìn)行推理。數(shù)據(jù)庫(kù)管理調(diào)用模塊包含數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理和知識(shí)庫(kù)管理。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)了外圍生長(zhǎng)情況檢測(cè)系統(tǒng)得出的檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和調(diào)用，向用戶提示模塊提供自動(dòng)病癥推理的結(jié)果，并向用戶提供數(shù)據(jù) 庫(kù)管理功能，包含數(shù)據(jù)的添加、刪除、查詢功能。知識(shí)庫(kù)管理包含知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的添加、刪除、更新、查詢功能，并可根據(jù)生長(zhǎng)情況決策子系統(tǒng)的生育階段信號(hào)進(jìn)行作物不同生育階段不同知識(shí)庫(kù)的調(diào)用，該調(diào)用向病癥推理模塊開(kāi)放。其具體運(yùn)行方式如下系統(tǒng)分為兩種診斷方式，可同時(shí)進(jìn)行。依據(jù)用戶需求進(jìn)行病癥的自動(dòng)診斷和人工輸入診斷。自動(dòng)診斷方式通過(guò)接受生長(zhǎng)情況決策系統(tǒng)的信號(hào)和生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行病癥的推理和知識(shí)庫(kù)調(diào)用。人工輸入診斷方式通過(guò)用戶對(duì)病癥特征的選擇輸入，進(jìn)行推理決策。將用戶提供的病癥特征匯總，得出病癥名稱、特征和處理方式，提供指導(dǎo)。其中不同子系統(tǒng)的用戶提示模塊不同，數(shù)據(jù)庫(kù)管理調(diào)用模塊也不同。本發(fā)明專家控制系統(tǒng)同時(shí)與外圍環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)和環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)相連，具有環(huán)境調(diào)控決策、生長(zhǎng)情況檢測(cè)和病癥診斷的功能。環(huán)境決策系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的決策和輸出、生長(zhǎng)情況決策系統(tǒng)進(jìn)行生長(zhǎng)情況的分類判斷和相應(yīng)專家知識(shí)庫(kù)的信號(hào)調(diào)用傳輸、病癥診斷系統(tǒng)提供病癥診斷指導(dǎo)。其具體過(guò)程如下I.作物生長(zhǎng)情況檢測(cè)系統(tǒng)將檢測(cè)處理結(jié)果傳輸?shù)綄＜蚁到y(tǒng)的生長(zhǎng)情況決策系統(tǒng)中，該子系統(tǒng)根據(jù)接收到的信息進(jìn)行作物生長(zhǎng)情況的分類判斷，決定選用的專家知識(shí)并將相應(yīng)調(diào)用信號(hào)傳輸給環(huán)境決策系統(tǒng)和病癥診斷系統(tǒng)進(jìn)行專家知識(shí)調(diào)用。2.環(huán)境決策系統(tǒng)接收到生長(zhǎng)情況決策系統(tǒng)的專家知識(shí)調(diào)用信號(hào)后，根據(jù)信號(hào)調(diào)用專家知識(shí)。接收環(huán)境參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)傳輸?shù)臏厥覂?nèi)環(huán)境參數(shù)，并根據(jù)專家知識(shí)進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的決策，然后將決策結(jié)果傳輸給環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境調(diào)控，環(huán)境決策結(jié)果會(huì)由該子系統(tǒng)的用戶提示模塊顯示。其中環(huán)境決策系統(tǒng)具有對(duì)環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換為手動(dòng)調(diào)節(jié)的模塊。3.作物生長(zhǎng)情況檢測(cè)系統(tǒng)具有病癥類判斷能力，病癥診斷系統(tǒng)接收生長(zhǎng)情況決策系統(tǒng)的信號(hào)后可自動(dòng)調(diào)用專家知識(shí)進(jìn)行病癥處理方法的指導(dǎo)。病癥診斷子系統(tǒng)也可通過(guò)用戶操作進(jìn)行病癥知識(shí)的調(diào)用達(dá)到溫室栽培的指導(dǎo)目的，其具體診斷過(guò)程如下人工輸入診斷系統(tǒng)界面中提供了當(dāng)前作物病癥特征欄，其中包括了作物所有病癥的病癥特征，用戶可根據(jù)該特征欄進(jìn)行病癥特征的選取添加，選擇添加結(jié)果將同時(shí)顯示并傳輸給推理機(jī)，推理機(jī)根據(jù)被選病癥特征進(jìn)行反向搜索，得到與被選特征相關(guān)的病癥特征，并更新病癥特征欄以縮小搜索范圍，當(dāng)用戶選擇進(jìn)行病癥診斷時(shí)，推理機(jī)將被選的病癥特征根據(jù)病癥特征編碼方式進(jìn)行編碼，然后推理出診斷結(jié)果并顯示。自動(dòng)診斷
外圍生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)將檢測(cè)到的結(jié)果傳輸給病癥診斷子系統(tǒng)，推理機(jī)將檢測(cè)結(jié)果程度分類為正常，輕和重。根據(jù)病癥特征提取算法進(jìn)行決策屬性隸屬度計(jì)算作為是否將該結(jié)果作為病癥特征的依據(jù)，達(dá)到病癥特征提取的目的，當(dāng)?shù)玫讲“Y特征后則可根據(jù)編碼機(jī)制進(jìn)行特征編碼然后自動(dòng)進(jìn)行病癥診斷。專家系統(tǒng)存儲(chǔ)在嵌入式設(shè)備中與外圍系統(tǒng)相連，其連接數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系為環(huán)境參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)Zigbee無(wú)線傳輸，將采集的數(shù)據(jù)傳入環(huán)境參數(shù)決策系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以供該系統(tǒng)調(diào)用；作物生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)將處理通過(guò)CAN總線將結(jié)果傳入生長(zhǎng)情況系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中以供調(diào)用；環(huán)境決策系統(tǒng)的自動(dòng)決策模塊將決策結(jié)果傳輸給環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)。具體實(shí)施算法說(shuō)明如下I.本發(fā)明生長(zhǎng)情況決策系統(tǒng)對(duì)植物生長(zhǎng)情況判斷分類算法 采用環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育階段判斷算法首先環(huán)境參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)將檢測(cè)到的環(huán)境參數(shù)傳入數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)，其存儲(chǔ)格式為日期(XXXX年XX月XX日XX時(shí)XX分),環(huán)境參數(shù)(溫度、濕度、二氧化碳含量......)；其生長(zhǎng)發(fā)育階段判斷的計(jì)算方式為生理發(fā)育時(shí)間計(jì)算，當(dāng)計(jì)算出生理發(fā)育時(shí)間后進(jìn)行發(fā)育階段判斷；其算法描述為生理發(fā)育時(shí)間計(jì)算
switch (生理發(fā)育時(shí)間計(jì)算結(jié)果)
{
case播種期所需生理發(fā)育時(shí)間
知識(shí)庫(kù)選擇信號(hào)傳輸；
數(shù)據(jù)輸出； break
case發(fā)芽期所需生理發(fā)育時(shí)間
知識(shí)庫(kù)選擇信號(hào)傳輸；
數(shù)據(jù)輸出； break；
case苗期所需生理發(fā)育時(shí)間
知識(shí)庫(kù)選擇信號(hào)傳輸；
數(shù)據(jù)輸出； break;
case開(kāi)花期所需生理發(fā)育時(shí)間
知識(shí)庫(kù)選擇信號(hào)傳輸；
數(shù)據(jù)輸出； break；
case結(jié)果期所需生理發(fā)育時(shí)間
知識(shí)庫(kù)選擇信號(hào)傳輸；
數(shù)據(jù)輸出； break；
case采收期所需生理發(fā)育時(shí)間知識(shí)庫(kù)選擇信號(hào)傳輸；
數(shù)據(jù)輸出；break；
}采用生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育階段判斷算法接收生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)(檢測(cè)信號(hào))； foreach (檢測(cè)信號(hào)==生長(zhǎng)發(fā)育階段知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù))
{
知識(shí)庫(kù)選擇信號(hào)傳輸；
數(shù)據(jù)輸出；
}2.本發(fā)明環(huán)境決策系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)的決策采用精確算法，作物在某個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期其對(duì)環(huán)境的最適宜要求參數(shù)值一定，所以參數(shù)決策采用精 確推理。由于參數(shù)多，考慮到調(diào)控成本問(wèn)題和參數(shù)的變化率問(wèn)題，有些參數(shù)不易調(diào)節(jié)，有些參數(shù)需要實(shí)時(shí)更新，所以為了減小系統(tǒng)重復(fù)計(jì)算的開(kāi)銷，系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)采集變化判斷，根據(jù)判斷信息決定是否進(jìn)行計(jì)算決策，其具體描述如下
如溫度參數(shù)Ti,上一時(shí)刻溫度參數(shù)為Tl，l=i-l；
If (Ti! =TD
{
If (生長(zhǎng)發(fā)育值下限< 采集值 <生長(zhǎng)發(fā)育值上限)
{
If (最適宜值下線<采集值<最適宜值上限)
{
Then (參數(shù)適宜)；
}
}；
Else
調(diào)整值=最適宜值-采集值；
Tl=Ti;
數(shù)據(jù)傳輸；
}
Else
{
輸出上一次計(jì)算決策結(jié)果Tl:
數(shù)據(jù)傳輸；
}3作物病癥診斷算法作物溫室栽培專家控制系統(tǒng)病癥診斷子系統(tǒng)的病癥診斷算法包含作物病害診斷編碼知識(shí)表達(dá)方式及其相應(yīng)推理機(jī)制，其特征是能夠適應(yīng)不同作物知識(shí)庫(kù)的更換及病癥診斷需要，使專家系統(tǒng)不需重復(fù)開(kāi)發(fā)。其說(shuō)明如下作物在不同時(shí)期的病癥特征不同，因此病癥特征可按照作物的發(fā)育時(shí)期進(jìn)行總結(jié)，如番茄作物在幼苗期的灰霉病癥狀(葉片上呈V字型黑色病斑、灰霉在潮濕時(shí)長(zhǎng)出灰色毛狀物、果面表現(xiàn)為水浸狀腐爛)可用(SI, S2, S3)表不，灰霉病用H表不。依此類推,在
一個(gè)發(fā)育階段內(nèi)，所有的病癥特征用數(shù)組S (SI，S2，S3，......Si)表示，病害用字母A，B，
C......表示，為了清楚表達(dá)特征數(shù)組與病害之間的關(guān)系，可用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖表示，如圖3。由圖3可清楚地得到特征數(shù)組S與病癥A、B......之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如數(shù)組(SI，
S2，38，59)表示了病癥么，數(shù)組(51，53)表示了病癥(，數(shù)組(513)表示病癥6等。圖3中根節(jié)點(diǎn)的特征為幾種病害的共有特征，因此，一種特征體現(xiàn)的病害越多，那么它所在的節(jié)點(diǎn)位置越靠近根節(jié)點(diǎn)。圖3中最末位部分代表一種病害名稱，這種病害的發(fā)病特點(diǎn)為前面樹(shù) 枝上所有的病癥特征，當(dāng)樹(shù)枝上的病癥特征總和在一起時(shí)可準(zhǔn)確清楚地將病害名稱對(duì)應(yīng)出來(lái)。即S1、S2、S8、S9為病癥A發(fā)病時(shí)的作物表現(xiàn)出來(lái)特征。當(dāng)從上述樹(shù)狀結(jié)構(gòu)中清楚地整理表示出病癥特征和病害的對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)，及需要對(duì)其對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行合理的整理，使其變成能夠運(yùn)行的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。為了方便對(duì)特征數(shù)組進(jìn)行編碼，用數(shù)字量i來(lái)表示病癥特征的數(shù)組(如病癥A的特征數(shù)組可用(1，2，8，9))來(lái)代替特征Si進(jìn)行編碼，編碼方式為按照節(jié)點(diǎn)的先后順序，根據(jù)數(shù)字量進(jìn)行排序編碼，即病癥A的特征(51、52、58、59)數(shù)字量有1，2，8，9，編碼方式為8^^耶 codeA= ‘I’+ ‘2’+ ‘8’+ ‘9’1289，string codeC= ‘I’ + ‘3’=13。采用上述編碼方式后，得到的病癥編碼可以方便的與病癥特征對(duì)應(yīng)起來(lái)。編碼方式的去重復(fù)問(wèn)題根據(jù)上述編碼方式，所選特征進(jìn)行編碼后，即可準(zhǔn)確的表達(dá)一種病害。但同樣編碼也可得到string codeG=13,與病癥C的編碼string codeC=13重復(fù),這樣會(huì)導(dǎo)致推理結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，本文設(shè)計(jì)了一種去重復(fù)的編碼方式解決該問(wèn)題。當(dāng)(i〈100)根節(jié)點(diǎn)非獨(dú)立被選出時(shí)，編碼后方加字符‘0’，這樣stringcodeC=103, string codeG=13，避免了編碼重復(fù)問(wèn)題。這種去重復(fù)編碼方式的原則為，補(bǔ)“0”后，所進(jìn)行的非單獨(dú)特征編碼的結(jié)果需超出病癥特征單獨(dú)編碼的最大值。去重復(fù)編碼方式的使用條件由上述編碼去重復(fù)方式可看出，數(shù)字量i表示的病癥特征數(shù)組，在去重復(fù)問(wèn)題上i的取值范圍是有限制的，當(dāng)(i〈10)時(shí)，去重復(fù)編碼方式即沒(méi)有存在使用的必要，因?yàn)閟tringcodeC=13，而S13在i〈10時(shí)不存在。同理，當(dāng)100〈i〈1000時(shí)，使用去重復(fù)編碼方式，編碼string CodeC=103，但由于i取值范圍的變化，那么可能出現(xiàn)病害X，其病癥特征為單獨(dú)的103號(hào)病癥特點(diǎn)(即S103)，編碼string codeX=103，在此時(shí)去重復(fù)編碼方式會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。為了解決這種問(wèn)題，根據(jù)病癥特征的范圍，和去重復(fù)編碼方式的原則，當(dāng)i〈10時(shí)，不需使用該方法；當(dāng)10〈i〈100時(shí)，使用非獨(dú)立特征編碼補(bǔ)“0”的方式；當(dāng)100〈i〈1000時(shí)，根據(jù)原則，則需要將非獨(dú)立編碼的結(jié)果超出1000，由于非獨(dú)立特征編碼最小編碼條件為兩種特征，則編碼后可得兩位數(shù)的編碼結(jié)果，那么為了使其超出1000的范圍，需要補(bǔ)碼“00”，依此類推解決重復(fù)性編碼問(wèn)題。當(dāng)然，在補(bǔ)碼去重復(fù)的問(wèn)題上也可采用其他的符號(hào)或數(shù)字方式去代替“0”，其原則為可被專家系統(tǒng)編程方式接收并不影響其重復(fù)編碼性的補(bǔ)碼方式。
依此編碼方式將特征與病害對(duì)應(yīng)時(shí)，推理機(jī)就可直接編碼進(jìn)行病癥的匹配，快速有效地進(jìn)行推理和知識(shí)的調(diào)用。病癥診斷的推理機(jī)采用的算法為正反向搜索算法，采用上述編碼制進(jìn)行知識(shí)表達(dá)并存儲(chǔ)在知識(shí)庫(kù)中后，用戶可根據(jù)病癥診斷模塊羅列出的作物特征進(jìn)行選取，推理機(jī)根據(jù)所選取出的特征進(jìn)行編碼，并正向搜索，將被選特征的可能病癥從知識(shí)庫(kù)中調(diào)出，存放在中間存儲(chǔ)空間。此時(shí)，進(jìn)行診斷，則結(jié)果為被選特征所可能發(fā)生的所有病癥。若進(jìn)一步進(jìn)行選擇，則推理機(jī)重新編碼，并進(jìn)行反向搜索，將被選特征所可能代表的病癥的所有可能特征選擇出來(lái)，并縮小范圍進(jìn)行病癥特征列表的更新，由此引導(dǎo)用戶進(jìn)行特征的下一步選取，直至用戶最終進(jìn)行病癥診斷。其工作方式如圖4，程序流程圖如圖5。作物溫室栽培專家控制系統(tǒng)病癥診斷子系統(tǒng)的病癥診斷算法采用粗糙集理論中的不完備信息系統(tǒng)的概念進(jìn)行作物病癥特征提取診斷，其特征是總結(jié)不完備決策信息表，構(gòu)成病癥特征的粗糙集，并以具有相同描述的支持集類(描述集)作為基本模塊，合并構(gòu)成相似集，以到處模糊度函數(shù)計(jì)算病癥特征模糊度的算法，其算法描述如下
基本概念設(shè)U=(X，ST)是一個(gè)信息系統(tǒng)，其中X為非空有限論域，X中的元素稱為對(duì)象，ST
是有限非空屬性集，對(duì)于每一個(gè)s G S，s:X —Vs (Vs不同于后文的Vs)且VxEX s (X)
G V⑴稱Vs為屬性S的值域。如果信息系統(tǒng)中的某些屬性值缺省或部分知道，這樣的系統(tǒng)稱為不完備信息系統(tǒng)，屬性值函數(shù)S (X)可以定義為從X到Vs的冪集的一個(gè)集值映射。一個(gè)不完備決策表 U= (X，ST U 3jivhmmexw)，其中 X={xl，x2，x3，......},ST={sl,
s2......}代表病害特征的條件特征屬性，d代表病害特征的決策特征屬性，Vs={Vsl，
Vs2,......}代表特征的指標(biāo)。算法表示中以八表示邏輯“與”。若V G Vs G S，屬性對(duì)(s，V)稱為是S的基本元。所有的S的基本元或者它的邏輯“與”A連接成為S描述，設(shè)t為描述，若基本元(S，V)存在于 t 中，稱(s,v) G t,若 VsES，(s,v) G t,則稱 t 為 S 的全描述。lit Il ={x G X v G S(x)；(s,v) G t}稱為t的支持集。如果t和a是兩個(gè)描述且S (t) H S (a)是空集，可以得到 Il t A a II = Ht Il H Ha Il。如果.S'G.S7、記 DES (S) ={t :t 是 S 的描述；Il t Il對(duì)于任意的t G DES (S)，如果S (t)=S，則t是完全的S的描述，記FDES (S)=It t是S的完全描述}。設(shè)U={X，ST}是一個(gè)不完備信息系統(tǒng)，對(duì)于任意的s G ST和V=Vs如果
VG S (X) n s (y), Bp ix,y} ^ll (s,v) Il > X 和 y 被稱為關(guān)于屬性 s 類似，同樣,若 5'G Sr，
t G FDES (S)，X, y G X，則x，y被稱為關(guān)于S類似當(dāng)且僅當(dāng){x，y} dlU Il，這些類似關(guān)系就
把有限論域X分成了作為基本模塊(稱為描述集)的幾個(gè)基本模塊，這些描述集類構(gòu)成了 X的一個(gè)覆蓋，記為X/S={ Il t Il t G FDES (S)}，包含x的描述集類記為S (X)，即S (x)={ Il t Il t G FDES (S) }粗糖集構(gòu)造定義，設(shè)沿e JT和S G Sr, XI關(guān)于S下近似和上近似分別記為S(XI)和S(AV),其中 S(XI) = (II11|:|| t |丨[XI,t E FDES(S)} , S(XI) = (II/1|:|| t Il cXI ^ ￠,/ g FDES(S)]，
3(父1)-^0\7)稱為XI關(guān)于S的邊界，記為BNs(XI)。注這里所定義的下近似和上近似集合，其中的元素師描述集類，而不是X的一個(gè)子集。把與集合X中元素X具有相同描述的元素構(gòu)成的集合稱為相似集，記為Ss(X)，則Ss(X)=U {||t Il x G lit I, t G FDES (S)}
模糊函數(shù)定義為為
權(quán)利要求
1.一種以嵌入式設(shè)備為硬件平臺(tái)的作物溫室栽培專家控制系統(tǒng)，其特征是該專家控制系統(tǒng)在嵌入式ARMlI開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和Windows CE 6. 0環(huán)境下運(yùn)行，包括環(huán)境決策、生長(zhǎng)情況決策和病癥診斷三個(gè)子系統(tǒng)； 第一、環(huán)境決策子系統(tǒng)，包括4個(gè)模塊 參數(shù)監(jiān)控模塊包含環(huán)境參數(shù)監(jiān)控和用戶提示；參數(shù)監(jiān)控為外圍連接的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)顯示以及自動(dòng)決策模塊得出的決策信息顯示，具體包括環(huán)境參數(shù)顯示，各個(gè)環(huán)境參數(shù)決策結(jié)果顯示；用戶提示為當(dāng)前環(huán)境嚴(yán)重不適宜作物發(fā)育時(shí)向用戶發(fā)出的警告功能； 手動(dòng)調(diào)控模塊包含用戶對(duì)環(huán)境調(diào)控設(shè)備進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)控的控制界面；該模塊與外圍環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)相連，通過(guò)模塊中設(shè)置的調(diào)控按鍵進(jìn)行外圍環(huán)境調(diào)控調(diào)控系統(tǒng)中的調(diào)控設(shè)備的控制；控制界面包括環(huán)境調(diào)控設(shè)備調(diào)節(jié)按鈕及當(dāng)前檢測(cè)值和調(diào)節(jié)值的數(shù)據(jù)顯示； 自動(dòng)決策模塊為環(huán)境決策子系統(tǒng)對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行決策，為后臺(tái)運(yùn)行模塊；該模塊中包含了相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)決策算法，為環(huán)境決策子系統(tǒng)提供環(huán)境參數(shù)決策功能以及當(dāng)環(huán)境參數(shù)嚴(yán)重不適宜作物生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)向參數(shù)監(jiān)控模塊發(fā)送信號(hào)； 數(shù)據(jù)庫(kù)管理調(diào)用模塊包含數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理和知識(shí)庫(kù)管理；數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)了外圍環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和調(diào)用，向參數(shù)監(jiān)控模塊、手動(dòng)調(diào)控模塊和自動(dòng)決策模塊提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并向用戶提供數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，包含數(shù)據(jù)的添加、刪除、查詢功能；知識(shí)庫(kù)管理包含知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的添加、刪除、更新、查詢功能，并根據(jù)生長(zhǎng)情況決策子系統(tǒng)的生育階段信號(hào)進(jìn)行作物不同生育階段不同知識(shí)庫(kù)的調(diào)用，該調(diào)用向自動(dòng)決策模塊、參數(shù)監(jiān)控模塊和手動(dòng)調(diào)控模塊開(kāi)放； 第二、生長(zhǎng)情況決策子系統(tǒng)，包括3個(gè)模塊 用戶提示模塊包含作物當(dāng)前生長(zhǎng)情況的顯示；其中生長(zhǎng)情況包含作物生理發(fā)育期、作物是否正常發(fā)育的結(jié)果；用戶提示模塊接收分析決策模塊作物生育階段決策信息和外圍生長(zhǎng)情況檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果并顯示； 分析決策模塊提供作物生理發(fā)育時(shí)期的自動(dòng)判斷功能，為后臺(tái)運(yùn)行模塊；模塊中包含作物生理發(fā)育時(shí)期的判斷計(jì)算算法，通過(guò)讀取環(huán)境決策子系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行作物生育時(shí)期的判斷決策； 數(shù)據(jù)庫(kù)管理調(diào)用模塊包含數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理和知識(shí)庫(kù)管理；數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)了外圍生長(zhǎng)情況檢測(cè)系統(tǒng)得出的檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和調(diào)用，向用戶提示模塊提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并向用戶提供數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，包含數(shù)據(jù)的添加、刪除、查詢功能；知識(shí)庫(kù)管理包含知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的添加、刪除、更新、查詢功能，并根據(jù)生長(zhǎng)情況決策子系統(tǒng)的生育階段信號(hào)進(jìn)行作物不同生育階段不同知識(shí)庫(kù)的調(diào)用，該調(diào)用向用戶提示模塊和分析決策模塊開(kāi)放； 第三、病癥診斷子系統(tǒng)，包括3個(gè)模塊 用戶提示模塊包含人工操作和用戶提示；人工操作系統(tǒng)界面提供當(dāng)前作物可能存在的病癥特征表，用戶根據(jù)作物的特征在病癥特征表中進(jìn)行病癥特征選取，選取結(jié)果會(huì)在特征選取欄中顯示，并將特征選取結(jié)果傳輸給病癥推理模塊進(jìn)行病癥特征編碼和搜索，當(dāng)用戶點(diǎn)擊診斷按鈕時(shí)，病癥推理模塊進(jìn)行病癥推理的診斷，同時(shí)將診斷結(jié)果傳輸?shù)接脩籼崾灸K進(jìn)行結(jié)果顯示；用戶提示提供了自動(dòng)病癥推理的結(jié)果顯示和人工操作的操作幫助提不;病癥推理模塊實(shí)現(xiàn)了病癥診斷推理功能，為后臺(tái)運(yùn)行模塊；其中包含病癥特征編碼機(jī)制和病癥特征提取算法以及推理機(jī)；病癥特征編碼機(jī)制將用戶選擇的特征進(jìn)行編碼，推理機(jī)根據(jù)特征編碼進(jìn)行反向搜索和推理，若用戶沒(méi)有選擇進(jìn)行診斷，則反向搜索出與用戶選擇特征所屬病癥復(fù)合的病癥特征更新病癥特征表，若用戶選擇進(jìn)行診斷則推出病癥結(jié)果；病癥特征提取算法能夠根據(jù)外圍生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算得出相應(yīng)結(jié)果的病癥表現(xiàn)隸屬度，隸屬度最大的作為病癥特征提取出來(lái)，并將特征傳輸給推理機(jī)進(jìn)行推理； 數(shù)據(jù)庫(kù)管理調(diào)用模塊包含數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理和知識(shí)庫(kù)管理；數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)了外圍生長(zhǎng)情況檢測(cè)系統(tǒng)得出的檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和調(diào)用，向用戶提示模塊提供自動(dòng)病癥推理的結(jié)果，并向用戶提供數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，包含數(shù)據(jù)的添加、刪除、查詢功能；知識(shí)庫(kù)管理包含知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的添加、刪除、更新、查詢功能，并根據(jù)生長(zhǎng)情況決策子系統(tǒng)的生育階段信號(hào)進(jìn)行作物不同生育階段不同知識(shí)庫(kù)的調(diào)用，該調(diào)用向病癥推理模塊開(kāi)放； 其中不同子系統(tǒng)的用戶提示模塊不同，數(shù)據(jù)庫(kù)管理調(diào)用模塊也不同；本發(fā)明專家控制系統(tǒng)同時(shí)與外圍環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)和環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)相連，具有環(huán)境調(diào)控決策、生長(zhǎng)情況檢測(cè)和病癥診斷的功能。
2.一種采用權(quán)利要求I所述的作物溫室栽培專家控制系統(tǒng)進(jìn)行作物病癥診斷的方法，其特征是所述的診斷方法包括作物病害診斷編碼知識(shí)表達(dá)方式及其相應(yīng)推理機(jī)制，該方法能夠適應(yīng)不同作物知識(shí)庫(kù)的更換及病癥診斷需要； 具體診斷步驟如下 病癥特征提取算法，該算法采用粗糙集理論中的不完備信息系統(tǒng)的概念，總結(jié)不完備決策信息表，提出病癥特征屬性粗糙集，并以具有相同描述的支持集類，即描述集，作為基本模塊，合并構(gòu)成相似集，以導(dǎo)出模糊度函數(shù)計(jì)算病癥特征模糊度的算法，將生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)模糊化形成采集樣本和病癥特征的不完備決策表，并計(jì)算相應(yīng)隸屬度函數(shù)值達(dá)到特征識(shí)別選取進(jìn)而自動(dòng)病癥診斷的目的。
全文摘要
本發(fā)明屬于設(shè)施農(nóng)業(yè)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提出了一種作物溫室栽培專家控制系統(tǒng)及其病癥診斷子系統(tǒng)的病癥診斷算法，其主要特征是本身與環(huán)境參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)、作物生長(zhǎng)狀況檢測(cè)系統(tǒng)和環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)相連，具有作物栽培的環(huán)境參數(shù)決策、生長(zhǎng)情況分類和病理診斷指導(dǎo)等主要功能。病癥診斷子系統(tǒng)的病癥診斷算法包括作物病癥特征知識(shí)編碼表達(dá)方式和病癥特征提取算法。該專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)可根據(jù)不同作物按照子系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)配套更換，成為不同作物的溫室栽培專家系統(tǒng)。本發(fā)明具有體積小、操作簡(jiǎn)易、可單獨(dú)使用或外接系統(tǒng)配套使用等優(yōu)點(diǎn)。非常適合農(nóng)業(yè)溫室栽培生產(chǎn)者使用，具有巨大的發(fā)展前景。
文檔編號(hào)G05B13/02GK102681438SQ20121014111
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者吳曉辰, 岳有軍, 王紅君, 趙輝 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)