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温室栽培专家系统关键技术研究

作　者: 吴晓辰
导　师: 赵辉
学　校: 天津理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 专家系统农业栽培智能控制嵌入式
分类号: S625.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

我国设施农业发展迅速,高标准设施温室数量迅速增加,截止到目前,仅天津市就建成了60万亩高标准设施温室,随着设施蔬菜栽培面积逐渐扩大,蔬菜生产逐步进入了工厂化生产阶段。目前,我国从事温室管理和生产的人员,与发达国家相比,文化素质相对较低,知识获取能力差,管理水平较低,栽培技术欠缺与专家指导不足制约着温室作物产量与品质的提高。因此,开发温室作物栽培管理专家系统,帮助温室管理者对温室作物栽培的各个环节进行科学的安排和管理,提高温室管理水平,对促进温室蔬菜栽培技术的发展具有重要的意义和广阔的应用前景。本文主要研究内容如下：1、本文根据温室作物的生长特点,以温室作物生长发育模型为基础,将嵌入式计算机技术、环境控制技术与智能专家系统有机结合,在对温室作物生长需求进行详细分析的基础上,提出了一种通用性、灵活性强的温室作物栽培专家系统的整体设计方案。2、本文以ARM11系列嵌入式微处理器为核心,采用飞凌TE6410嵌入式开发板为硬件平台,借鉴模块化设计原则,搭建了温室作物栽培专家系统的硬件平台；以具有多线性、多任务、全优先特点的Windows CE为软件平台,完成了温室作物栽培专家系统的软件设计。3、本文对预测作物生长发育状况的有效积温模型和生理发育时间预测模型进行了深入研究,通过分析对比两种模型的优势和不足,完成了作物生长发育情况决策系统的模型选型和设计。该系统可根据不同作物类型进行模型不同参数的选择,通过更换相应的专家知识库,可以准确的模拟作物生长,判断作物生长发育情况。4、本文根据温室栽培的环境调控需求,完成了温室作物环境决策系统的设计。该系统可根据不同作物类型或品种进行知识库的更换,针对温室作物的不同生长发育阶段对环境条件的需求,借助推理机对环境参数与知识库中的知识进行对比推理,经过计算输出决策结果。5、本文根据病害防治的需要,借助专家经验和推理机设计了温室作物病症诊断系统。该系统提出了一种新的病症特征编码知识表达方式及病症特征提取算法。从病症特征、知识编码表达的设计方面阐述了作物病症诊断系统的知识存储和运行方式,定义了不完备信息系统的描述集类,构造了相应粗糙集,在不完备决策表中构造了模糊函数,以求得每个元素的隶属度,为实际问题的判断提供了依据。该温室作物栽培专家系统的总体框架以模块的形式划分,不同模块分别代表了环境调控功能、作物生长发育判断功能和作物病症诊断功能,并且模块之间相互联系,实现温室作物栽培的智能化。同时灵活的结构设计,节省了农业作物栽培专家系统的开发时间和成本,弥补了传统农业专家系统功能单一的不足。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-16
  1.1 课题的研究背景和意义  11
  1.2 农业专家系统发展现状  11-14
    1.2.1 农业专家系统的基本概念  11-12
    1.2.2 国外发展现状  12-13
    1.2.3 国内发展现状  13-14
  1.3 目前我国农业栽培专家系统所存在的问题  14
  1.4 本论文主要内容  14-16
第二章专家系统总体设计  16-24
  2.1 温室栽培专家系统的功能需求分析  16-17
    2.1.1 专家系统的研究现状分析  16
    2.1.2 系统功能需求分析  16-17
  2.2 温室栽培专家系统的软硬件选型及功能设计  17-18
    2.2.1 系统的硬件选择  17
    2.2.2 系统的软件平台选择  17
    2.2.3 系统的功能设计  17-18
    2.2.4 温室栽培系统总体硬件结构  18
  2.3 专家系统的模块结构设计  18-22
    2.3.1 专家系统模块设计  18-21
    2.3.2 系统模块功能设计  21-22
  2.4 子系统的运行方式  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章植物生长发育情况决策系统的设计  24-34
  3.1 有效积温模型概述  24-25
    3.1.1 预测作物发育的有效积温法  24
    3.1.2 有效积温的计算  24-25
    3.1.3 有效积温法的局限性  25
  3.2 植物生理发育时间预测模型  25-28
    3.2.1 生理发育时间预测模型概述  25
    3.2.2 生理发育时间的基本概念  25-26
    3.2.3 生理发育时间的计算  26-28
  3.3 植物生长情况决策系统设计  28-33
    3.3.1 人机界面的设计  29-30
    3.3.2 知识库的设计  30-31
    3.3.3 数据库的设计  31-32
    3.3.4 推理机的设计  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章环境决策系统的设计  34-39
  4.1 环境决策系统的设计  34-37
    4.1.1 人机界面的设计  34-36
    4.1.2 知识库的设计  36
    4.1.3 数据库的设计  36-37
  4.2 推理机设计  37-38
  4.3 小结  38-39
第五章植物病症诊断系统的设计  39-53
  5.1 病症特征编码表达方式研究  39-41
    5.1.1 病症编码的知识表达  39-40
    5.1.2 病症编码方式的去重复及使用条件  40-41
  5.2 病症特征提取算法  41-45
    5.2.1 基本概念  41-42
    5.2.2 精糙集的构造  42
    5.2.3 模糊函数及其性质  42-43
    5.2.4 应用举例  43-45
  5.3 植物病症诊断系统的设计  45-52
    5.3.1 人机界面的设计  45-50
    5.3.2 知识库的设计  50
    5.3.3 数据库的设计  50-51
    5.3.4 推理机的设计  51-52
  5.4 小结  52-53
第六章总结与展望  53-55
  6.1 结论  53
  6.2 展望  53-55
参考文献  55-58
发表论文和科研情况说明  58-59
致谢  59

温室栽培专家系统关键技术研究

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