基于微信的西瓜嫁接栽培管理專家系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

李佳丹 詹柴 徐志豪

摘 ? 要 ? 通過整理長三角地區(qū)西瓜高產(chǎn)高效、優(yōu)質(zhì)生態(tài)栽培管理技術(shù)，總結(jié)瓜農(nóng)豐富的種植經(jīng)驗，收集新型優(yōu)質(zhì)品種，集成移動互聯(lián)網(wǎng)、通訊、大數(shù)據(jù)云計算和多媒體等技術(shù)，利用微信開放平臺，以創(chuàng)建西瓜嫁接栽培助手公眾號的形式構(gòu)建南方設(shè)施西瓜栽培管理專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包含了產(chǎn)前智能決策、嫁接育苗指導(dǎo)、栽培管理、病蟲害防治四大模塊，涵蓋了從產(chǎn)前決策到采收全過程，信息囊括了大量多媒體資料、實用技術(shù)規(guī)程、瓜農(nóng)實踐經(jīng)驗總結(jié)和新技術(shù)新品種推介等，把先進、綠色、高產(chǎn)、高效的西瓜嫁接栽培技術(shù)快速準(zhǔn)確地傳播給種植戶，同時為科研成果轉(zhuǎn)化提供現(xiàn)代化信息傳輸手段。

關(guān)鍵詞 ? 專家系統(tǒng);西瓜;微信開放平臺;微信公眾號;嫁接栽培管理

中圖分類號：TP393;S651 ? ?文獻標(biāo)志碼：B ? ?DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.16.021

我國作為西瓜生產(chǎn)和消費大國，西瓜栽培面積和產(chǎn)量位居世界第一。隨著物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對西瓜的品質(zhì)和安全性提出了更高的要求。瓜農(nóng)對新事物接受過程長，很大程度上制約了新品種、新技術(shù)的普及推廣。目前，大部分西瓜生產(chǎn)僅靠瓜農(nóng)的多年生產(chǎn)經(jīng)驗，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)水平較低。西瓜生產(chǎn)管理面臨著一系列問題，如土壤連作障礙、管理粗放、肥藥過量及人力成本不斷攀升等[1]。目前，新型職業(yè)農(nóng)民隊伍不斷壯大，勢必將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)的生力軍，他們懂市場、懂文化、懂技術(shù)、懂管理，但往往缺乏相應(yīng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗。如何將最新的生產(chǎn)技術(shù)、科學(xué)管理模式、優(yōu)勢抗病品種和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢及時準(zhǔn)確地傳遞給西瓜種植戶，是當(dāng)前西瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟需解決的問題。

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)集成應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理已成為必然的趨勢，已經(jīng)遍及栽培、植保、水肥等方面[2]。如Li等在2011年基于ASP.NET平臺開發(fā)的甜橙施肥專家系統(tǒng)，可針對氣候條件和地理位置擬定甜橙年度施肥計劃，有效減少肥料使用量[3]。Li等運用JAVA語言和Cloudscape數(shù)據(jù)庫設(shè)計了一種基于案例推理（CBR）的人參病蟲害診斷專家系統(tǒng)，提高了人參病蟲害診斷的工作效率[4]。2016年以后農(nóng)作物專家系統(tǒng)重點結(jié)合農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)智能溫室的最優(yōu)控制，減少了人工成本，推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展[5-6]。農(nóng)作物專家系統(tǒng)的研究與開發(fā)也還存在一些問題，主要表現(xiàn)為實用性不夠，真正推廣應(yīng)用的成果不多;知識庫知識儲備數(shù)量不足，大多只能實現(xiàn)知識的查詢功能;決策推理能力較弱，缺少動態(tài)預(yù)測功能和推理性解釋[7]。本研究通過整理長三角地區(qū)的西瓜高產(chǎn)高效、優(yōu)質(zhì)生態(tài)栽培管理技術(shù)，總結(jié)瓜農(nóng)豐富的種植經(jīng)驗，收集新型優(yōu)質(zhì)品種，集成移動互聯(lián)網(wǎng)、通訊、大數(shù)據(jù)云計算和多媒體等技術(shù)，利用微信公眾平臺，創(chuàng)建西瓜嫁接栽培助手公眾號，整合專家知識和栽培經(jīng)驗，把先進、綠色、高產(chǎn)、高效的西瓜嫁接栽培等生產(chǎn)技術(shù)快速準(zhǔn)確地傳播給種植戶，同時為科研成果轉(zhuǎn)化提供現(xiàn)代化信息傳輸手段，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的提檔升級。

1 專家系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

長三角地區(qū)作為我國西瓜主產(chǎn)區(qū)之一，地處亞熱帶，冬季多陰雨寡照，夏季較炎熱濕潤，多雨多霧，相對濕度大，災(zāi)害性天氣出現(xiàn)次數(shù)多，臺風(fēng)、暴雨頻繁;多山地和丘陵，平地較少，河網(wǎng)密集，地下水位高，因此西瓜生產(chǎn)多采用簡易塑料單體棚。隨著長三角地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展，土地短缺、勞動力成本高等因素在很大程度上制約了西瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展?；诖爽F(xiàn)狀，設(shè)施西瓜栽培管理專家系統(tǒng)圍繞設(shè)施栽培、嫁接育苗兩大技術(shù)進行設(shè)計開發(fā)，具體將實現(xiàn)以下目標(biāo)：

1）提供產(chǎn)前決策服務(wù)。在產(chǎn)前根據(jù)不同地域的氣候生態(tài)環(huán)境特點、用戶的生產(chǎn)條件、上市期需求等，向用戶推薦品種及最佳栽培管理方案。

2）生產(chǎn)過程中的技術(shù)指導(dǎo)。包括嫁接育苗、栽培操作、水肥管理等方面的技術(shù)指導(dǎo)。

3）西瓜病蟲害診斷功能。構(gòu)建西瓜病蟲害診斷邏輯框架，根據(jù)病害發(fā)生部位和西瓜生長時期，系統(tǒng)進行自動化診斷，包括病蟲害查詢、病蟲害診斷、病蟲害綜合防控技術(shù)推薦等。

2 專家系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

專家系統(tǒng)設(shè)計中為了減少系統(tǒng)的復(fù)雜性，按照軟件工程原理中的“模塊內(nèi)高聚合，模塊間低耦合”原則，把系統(tǒng)分為獨立性較高的各個基本模塊，力求設(shè)計模塊層次結(jié)構(gòu)清晰、功能明確、關(guān)系簡單。本研究開發(fā)的嫁接西瓜生產(chǎn)管理專家系統(tǒng)主要包含以下結(jié)構(gòu)：

1）人機界面：本研究為開發(fā)西瓜栽培管理專家系統(tǒng)構(gòu)建了微信小程序開發(fā)框架，通過調(diào)用豐富的微信原生API，對數(shù)據(jù)展示做了充分的優(yōu)化。

2）推理機：系統(tǒng)基于框架提供的視圖層描述語言WXML和WXSS，以及基于JavaScript的邏輯層框架，利用視圖層與邏輯層間提供的數(shù)據(jù)傳輸和事件系統(tǒng)，聚焦于數(shù)據(jù)和邏輯上進行構(gòu)建。

3）知識庫：包含系統(tǒng)推理所需的知識，如西瓜生長數(shù)據(jù)庫、西瓜病蟲害數(shù)據(jù)庫、西瓜病蟲害綜合防控數(shù)據(jù)庫、西瓜栽培管理技術(shù)數(shù)據(jù)庫等，以特定的格式存儲在知識庫中。

4）模型庫：西瓜生長發(fā)育過程的模擬方程，使用特定的數(shù)據(jù)集進行運算后得到結(jié)果，結(jié)果通過推理機推理并結(jié)合知識庫后可以轉(zhuǎn)換為用戶知識。

5）知識獲取模塊：系統(tǒng)通過業(yè)務(wù)規(guī)則管理系統(tǒng)來錄入規(guī)則。

數(shù)據(jù)庫、模型庫、推理機、知識獲取等都在服務(wù)器內(nèi)完成，租用阿里云服務(wù)器ECS，同時利用WEB網(wǎng)站、SQL數(shù)據(jù)庫、MCGS軟件作為服務(wù)軟件，以無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為其提供數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 開發(fā)平臺

利用微信公眾平臺網(wǎng)站創(chuàng)建公眾服務(wù)號，獲取接口權(quán)限進行開發(fā)。服務(wù)號具有強大的業(yè)務(wù)服務(wù)與用戶管理能力，主要偏向服務(wù)類交互。服務(wù)號以微信用戶的一個聯(lián)系人形式存在，消息會話是公眾號與用戶交互的基礎(chǔ)，包含最高每月4次向用戶群發(fā)消息，即文字消息、圖文消息、圖片、視頻、語音等，以及被動回復(fù)消息、客服消息和模板消息。還能通過JavaScript代碼使用微信原生功能的工具包，網(wǎng)頁授權(quán)獲取用戶基本信息，用以構(gòu)建病蟲害診斷、西瓜栽培跟蹤助手等復(fù)雜的業(yè)務(wù)場景。微信目前擁有9.3億用戶，小程序與公眾號的圓滿銜接，最大水平地實現(xiàn)流量導(dǎo)入。從用戶層面來說，無需下載安裝、不占用手機內(nèi)存、更便捷獲取服務(wù)體驗，同時憑借龐大的微信用戶群體，一鍵關(guān)注操作簡單，更容易被用戶接納使用。從系統(tǒng)開發(fā)者層面分析，可以獲取用戶信息進行大數(shù)據(jù)分析，對用戶進行分群及推送，實現(xiàn)精細化用戶運營。

2.3 系統(tǒng)功能展示

2.3.1 主界面

專家系統(tǒng)全稱為“西瓜嫁接栽培助手微信公眾號”，底部功能欄包括產(chǎn)前決策、生產(chǎn)管理（具體包含嫁接育苗、栽培管理、病蟲害防治）、開始種植三欄。

2.3.2 產(chǎn)前決策模塊

針對長三角地區(qū)氣候條件，提供現(xiàn)有西瓜主要產(chǎn)地、栽培模式、主要種植品種等信息，為用戶選擇西瓜品種和栽培管理模式提供參考（見圖1）。

2.3.3 生產(chǎn)管理模塊

1）嫁接育苗指導(dǎo)：點擊生產(chǎn)管理，再點擊嫁接育苗，系統(tǒng)進入嫁接育苗指導(dǎo)模塊，包括育苗基質(zhì)準(zhǔn)備，種子催芽、播種及出苗管理，嫁接，嫁接后管理四塊指導(dǎo)內(nèi)容，點擊相關(guān)內(nèi)容，可以了解具體的操作，包含文字介紹、圖片展示和視頻播放等。

2）栽培管理指導(dǎo)：點擊生產(chǎn)管理，再點擊栽培管理，系統(tǒng)進入栽培管理指導(dǎo)模塊，包括田塊準(zhǔn)備、移栽定植、整枝理蔓、坐果和環(huán)境控制等五塊指導(dǎo)內(nèi)容，包含文字介紹、圖片展示和視頻播放等。

3）病蟲害防治：點擊生產(chǎn)管理，再點擊病蟲害防治，系統(tǒng)進入病蟲害防治指導(dǎo)模塊，包括病蟲害查詢、病蟲害診斷、綜合防控技術(shù)和咨詢專家等四塊內(nèi)容（見圖2）。病蟲害查詢列舉了31種南方西瓜常見病蟲害種類，點擊病蟲害項目，系統(tǒng)提供發(fā)病癥狀、發(fā)病規(guī)律和具體的防治方法等信息。病蟲害診斷，從西瓜葉片、莖蔓、全株、果實四個角度，根據(jù)病蟲害發(fā)生癥狀，對照系統(tǒng)設(shè)計的西瓜病蟲害診斷邏輯框架，診斷出病蟲害并給出科學(xué)的解決措施。綜合防控技術(shù)包括種子處理技術(shù)、土壤處理技術(shù)和蟲害物理防控技術(shù)三塊內(nèi)容。咨詢專家列出了領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)專家，提供其研究方向和聯(lián)系電話等信息，以便用戶遇到不能解決的問題可以及時咨詢。

2.3.4 開始種植模塊（定制小助手業(yè)務(wù)）

點擊開始種植，進入西瓜生產(chǎn)小助手模式（見圖3），結(jié)合用戶實際生產(chǎn)操作和西瓜生長周期，按步驟指導(dǎo)用戶開展西瓜栽培管理，用戶每次打開時，系統(tǒng)自動定位到當(dāng)前步驟，直至用戶跟隨小助手的操作指示到最后一步，或者選擇退出栽培。

3 結(jié)語

數(shù)字化、自動化、智能化是未來設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，是設(shè)施農(nóng)業(yè)開展實際生產(chǎn)的客觀需求。未來將借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、多媒體技術(shù)、3S技術(shù)、虛擬技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等，進一步完善農(nóng)作物栽培專家系統(tǒng)。移動端嫁接西瓜生產(chǎn)管理專家系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，能夠整合專家知識和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培經(jīng)驗，結(jié)合多媒體技術(shù)，將西瓜嫁接育苗技術(shù)、高產(chǎn)高效生產(chǎn)技術(shù)快速準(zhǔn)確地傳播給種植者，為農(nóng)業(yè)管理部門和生產(chǎn)經(jīng)營者提供西瓜生產(chǎn)的全程決策和技術(shù)咨詢服務(wù)，為科研、遠程教育、技術(shù)培訓(xùn)、生產(chǎn)指導(dǎo)、成果轉(zhuǎn)化提供現(xiàn)代化電子信息傳輸手段和有效途徑?？茖W(xué)指導(dǎo)水肥管理，實現(xiàn)精準(zhǔn)施肥，降低面源污染，減少水資源的浪費，減輕環(huán)境壓力，保障西瓜優(yōu)質(zhì)安全生產(chǎn)。

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（責(zé)任編輯：易 ?婧）