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    1983年，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機(jī)械研究所研究員熊范綸就與安徽省農(nóng)科院土肥所合作，開始了我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究。1990年以后，該研究受到相關(guān)部門的高度重視和大力支持，在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院20多個項目資助下，該研究小組取得一系列重要成果。

　　從智能知識獲取說起

　　“某一領(lǐng)域的知識并非只是專家的經(jīng)驗或某些數(shù)學(xué)模型就能概括的，許多客觀存在的規(guī)律還未被人們認(rèn)識。我們將機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)運(yùn)用于農(nóng)業(yè)，從作物苗情、土情、肥情、病蟲害、氣象、生態(tài)、畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖及各種災(zāi)害等大量數(shù)據(jù)和實際案例中，學(xué)習(xí)和發(fā)現(xiàn)潛在的規(guī)律和知識，從而實現(xiàn)知識的自動半自動獲取，取得突破性進(jìn)展?！毙芊毒]說，“過去，某個農(nóng)業(yè)知識的獲得，通常是靠農(nóng)業(yè)專家或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的長期觀察、研究、分析、驗證，或者建模等總結(jié)出來。而當(dāng)今信息技術(shù)的發(fā)展，基于數(shù)據(jù)挖掘的智能技術(shù)也能自動從一些水、土、肥、種等基本數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律性的東西，從而形成或拓展新的知識?！?

　　熊范綸補(bǔ)充說：“它的重要性在于，我國地域遼闊，土壤氣候條件復(fù)雜，專家和農(nóng)業(yè)技術(shù)人員的經(jīng)驗和知識，某些方面會有一定的局限性?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)知識獲取技術(shù)和基于數(shù)據(jù)挖掘的知識獲取系統(tǒng)，能較為客觀地總結(jié)或發(fā)現(xiàn)適合一個地區(qū)自己的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識。這兩者的結(jié)合無疑是更為完善的。”

　　在數(shù)據(jù)挖掘方面，研究小組開發(fā)出基于有限狀態(tài)自動機(jī)的因果序貫?zāi)Ｊ酵诰虻榷喾N方法和模式?；谟邢逘顟B(tài)自動機(jī)的因果序貫?zāi)Ｊ酵诰?，就是?yīng)用有限狀態(tài)自動機(jī)進(jìn)行模式匹配和搜索，將因果序貫?zāi)Ｊ酵诰驈囊痪S數(shù)據(jù)拓展到多維數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)曾以安徽省1990年至2000年間水稻螟蟲數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，挖掘螟蟲發(fā)生程度與氣溫、降雨之間的因果序貫?zāi)Ｊ?，取得明顯效果。

　　據(jù)介紹，該研究小組針對面向農(nóng)業(yè)的智能系統(tǒng)的主要關(guān)鍵技術(shù)，通過20多年的研究，在理論方法和基礎(chǔ)技術(shù)支撐方面，基本構(gòu)建了自主創(chuàng)新的農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)的技術(shù)體系架構(gòu)，并得到實現(xiàn)和應(yīng)用，為智能農(nóng)業(yè)信息學(xué)和智能農(nóng)業(yè)信息工程技術(shù)新興研究方向在我國的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

　　“將多種*的智能技術(shù)和信息技術(shù)集成于智能系統(tǒng)，大大增強(qiáng)農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)解決問題的功能，例如運(yùn)用智能計算、人工生命、虛擬仿真等技術(shù)，解決農(nóng)業(yè)對象的非線性、復(fù)雜性，以及難以建模的某些問題，取得良好效果；為了讓廣大農(nóng)業(yè)專家和農(nóng)技人員成為智能系統(tǒng)建造的主人，我們提出研制面向農(nóng)業(yè)的專家系統(tǒng)開發(fā)平臺和知識發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)平臺，十多年來，功能不斷豐富，技術(shù)不斷提升。”熊范綸說。

　　讓*“傻瓜化”

　　農(nóng)業(yè)的區(qū)域性很強(qiáng)，而我國農(nóng)村土地分散、耕作習(xí)慣不一，農(nóng)民現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)知識欠缺。同時我國農(nóng)業(yè)專家嚴(yán)重缺乏，難以長期深入農(nóng)村，基層農(nóng)技推廣隊伍專業(yè)配置不全，新的農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣障礙重重。

　　“我們在上世紀(jì)80年代提出，以專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)作為發(fā)展我國農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的突破口，這是專家系統(tǒng)技術(shù)的特點和我們針對國情在實踐中產(chǎn)生的思路?！毙芊毒]說，“但其中知識表示策略與推理機(jī)制，是專家系統(tǒng)的核心關(guān)鍵技術(shù)。農(nóng)業(yè)學(xué)科門類多、知識復(fù)雜，所以我們從單一問題施肥開始，逐步延伸到植保、栽培、園藝、畜禽等，每一個門類都與多個省市的農(nóng)業(yè)專家歷經(jīng)幾年合作，不斷充實豐富面向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的知識，深入研究農(nóng)業(yè)領(lǐng)域各類專家解決問題的方法與途徑。”

　　該研究小組還和中科院自動化所、法國有關(guān)科研機(jī)構(gòu)、中國農(nóng)大、中國農(nóng)科院等合作，研發(fā)出基于雙尺度自動機(jī)的虛擬植物生長模型等，并把它和知識模型集成，初步應(yīng)用于棉花、番茄生長促控決策。熊范綸解釋說，虛擬植物生長模型圍繞生物量的生產(chǎn)與分配，模擬植物的生長過程。以溫室番茄生產(chǎn)管理為實例，設(shè)計開發(fā)了基于虛擬生長模型的溫室番茄栽培管理專家系統(tǒng)。通過形態(tài)發(fā)生模型和生理生態(tài)模型的相互作用，與知識模型結(jié)合，為溫室番茄栽培的全過程提供溫室環(huán)境調(diào)控和生產(chǎn)管理的可視化輔助決策。“也就是說，作物在哪個生長階段該施多少水肥是zui合適的，如果某種元素過多或過少，會出現(xiàn)什么情況都能模擬，系統(tǒng)都會告訴你。不過，作物生長過程受多種因素影響，加之我國以前積累的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較少，所以這方面的研究還剛開始，這也是我們下一步要更深入研究的內(nèi)容?！?

　　“由于農(nóng)業(yè)自身的復(fù)雜性（多因素、不確定、不規(guī)范、非線性、周期長、跨地域等）和我國‘三農(nóng)’的特殊性（信息意識、文化素質(zhì)、基礎(chǔ)設(shè)施等），存在大量問題需要解決。”熊范綸說，“我們的目標(biāo)就是想比較全面地研究農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)的技術(shù)體系，建立功能豐富易于操作的智能系統(tǒng)和平臺服務(wù)‘三農(nóng)’，將復(fù)雜的技術(shù)‘傻瓜化’，推動農(nóng)業(yè)智能工程和智能農(nóng)業(yè)信息學(xué)這一新興研究方向在我國的發(fā)展?！?

　　走符合國情的

　　農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)發(fā)展之路

　　上世紀(jì)70年代末，美國、日本開始將人工智能的專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。80年代初，我國這方面也有了良好開端。1983年，熊范綸剛從美國學(xué)習(xí)人工智能回來，就與安徽省農(nóng)科院土肥所合作，開始了我國農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究。1985年，他們研制成功砂礓黑土小麥?zhǔn)┓蕦＜蚁到y(tǒng)并大面積應(yīng)用，使我國成為農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)投入實際應(yīng)用zui早的國家之一。

　　熊范綸介紹說，綜觀20多年來農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展模式，總體上可分為三種類型。一是以美、加為代表，發(fā)展所謂基于3S(GPS定位系統(tǒng)、RS遙感、GIS地理信息系統(tǒng))的農(nóng)業(yè)，實際上主導(dǎo)技術(shù)是定位系統(tǒng)GPS民用化的推動。這些地區(qū)農(nóng)莊面積廣大，機(jī)械化程度高，空間資源數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)好，力求生產(chǎn)化。二是以日本、歐洲為代表，發(fā)展基于設(shè)施農(nóng)業(yè)的工廠化農(nóng)業(yè)。這些地區(qū)土地資源嚴(yán)重缺乏，城市化程度高，大力發(fā)展以蔬菜、花卉等園藝設(shè)施工廠化生長成為特色。三是以中國、埃及為代表，發(fā)展基于專家系統(tǒng)的智能農(nóng)業(yè)，這些地區(qū)機(jī)械化程度低，人多地少，農(nóng)村落后，信息資源和基礎(chǔ)設(shè)施差，信息意識缺乏，發(fā)展專家系統(tǒng)和智能網(wǎng)絡(luò)等就成為行之有效的手段，它們同樣也與GIS、RS技術(shù)集成，是基于變量作業(yè)的農(nóng)業(yè)，只是沒有采用GPS，程度有所區(qū)別，這是適應(yīng)了我們的國情特點。

　　我們的專家系統(tǒng)及開發(fā)平臺與其他同類研究和技術(shù)相比，在智能化、開放性、網(wǎng)絡(luò)化、構(gòu)件化，以及完備的知識表示策略、多種推理機(jī)制、自動半自動知識獲取、技術(shù)集成、智能引導(dǎo)、應(yīng)用框架等方面以及應(yīng)用于農(nóng)業(yè)方面，均具有優(yōu)勢。

　　熊范綸說，項目一開始就比較重視實際應(yīng)用，結(jié)合我國國情，走符合國情的農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)之路。在開始的6年里，研究小組主要是與各地農(nóng)業(yè)院校、科研院所以及農(nóng)技管理部門聯(lián)合，開發(fā)適合各地使用的專家系統(tǒng)，聲圖文并茂，操作方便，在20多個省市推廣應(yīng)用。課題組深入農(nóng)村，走向田頭，達(dá)4000多人次，與各地通過試驗示范取得成效，再進(jìn)行輻射和大面積推廣。這種做法受到各地主管部門和農(nóng)村基層的普遍歡迎。特別引起了國家科委領(lǐng)導(dǎo)的高度重視。1995年和1998年，國家科委兩次召開全國農(nóng)業(yè)信息化科技工作會議，啟動“智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用示范工程”，組織在全國大規(guī)模推廣，并于2003年獲得聯(lián)合國世界信息峰會的大獎。

　　熊范綸說，我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村信息化近幾年發(fā)展很快，不論在研究開發(fā)，還是在實際應(yīng)用方面均取得很大進(jìn)展。國家和各級政府與主管部門十分重視?！爱?dāng)前應(yīng)該集中各方力量，抓緊急需的關(guān)鍵問題作為突破口，用信息服務(wù)‘三農(nóng)’，扎扎實實地作出新的成績?！?