哈尔滨地区花境专家系统的研究
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摘要
花境是一种重要的花卉应用形式。由于设计者需要熟练掌握大量的花卉素材及美学设计技巧，才能够科学而快速地进行花境的设计。因此，没有丰富的实践阅历，难以进行花境的设计。我们以哈尔滨地区为植物的选择区域，通过研究开发花境专家系统，使花境的设计者借助于花境专家系统强大的知识库及推理功能，比较轻松地进行花境的设计，以及得到有关栽培问题的具有专家水平的解答与帮助。
通过对花境设计领域知识的需求分析，我们确定了知识资源的结构与内容。通过对哈尔滨地区的适于作花境的植物资源进行实地调查，观察两年的物候特点，拍摄实物及应用照片；通过书籍、期刊杂志及网络途径，获得哈尔滨地区花境植物素材及花境设计、施工的相关公开知识；汇集多位领域专家的花境植物栽培及设计、管理的经验知识，建立通用型的哈尔滨地区花境专家系统的知识库。并根据专家的经验知识，建立花境设计的推理规则。
本系统利用现代关系数据库技术存储素材领域知识、设计领域知识、栽培领域知识、图片等。同时，利用基于CLISP的Jess系统维护花境设计、栽培养护等方面的推理规则，并结合背景事实执行必要的推理任务。花境专家系统技术层面上分为知识库(Knowledge Base)、推理机(Reasoning Engine)、用户界面(User Interface)等部分；功能上分为花境轴助设计系统和花境栽培养护系统两个子系统，前者为主系统，后者为从系统。
本系统的研究经过两年的努力，观测了200种花境植物的萌芽、展叶、现蕾、初花期、盛花期、末花期、果期、黄枯期，并拍摄了2000多张不同部位的形态识别、群体的观赏效果及设计应用图片。同时收集了国内外大量的花境设计实例图片。通过对100余本书籍的搜集研究建立了十万余字的素材知识库。系统知识库中包括花境素材库、图片库、基础库、施工及养护管理库。有录入维护模块、查询模块、识别模块、花境的基础知识模块、图片浏览模块。推理机采用了基于规则的推理，花境设计时的推理实现了不同的设计要素对花境景观设计的不同重要性。用户界面采用了多媒体技术和超级链接技术，使界面直观明了，使用方便。
The flower border is a kind of important flower application form. Because designers need to be well-trained to master a large amount of flower materials and esthetics techniques to design the flower border quickly. Therefore, it is difficult to design a flower border without abundant experience. We regard Harbin as region choice of plants and research the flower border expert system. The designers can make a flower border design easily and get an expert solution of the cultivation problems by asking for this system which has the mighty knowledge base and reasoning function.
We make the construction and contents of the knowledge by the need analysis of the flower border design. And we investigate the ornamental plants in Harbin, then choose plants which is suitable for the flower border, observing two years' phenology characteristics, taking pictures of those plants, acquiring public knowledge of those plant materials in Harbin area, flower border designing and construction by books, magazines and networks, gathering together several experts' knowledge and experience of cultivation, flower border design and management. On such foundation, we establish a general use type knowledge base of expert system. Moreover, according to the expert's experience knowledge, we establish the reasoning rules of flower border design.
This system makes use of modern relation database techniques save the knowledge of material, design, picture, cultivation etc. At the same time, we use Jess system according to CUSP to maintain the reasoning rules of design and management, and combine the background facts to carry out to reasoning work. On technique level, this system is divided into the Knowledge Base, Reasoning Engine, User Interface etc. And on the function level, the system is consist of the assistance of the flower border design and the cultivation system. The former is main system, the latter is from the system.
Through two years' effort, we observe 200 hundred kinds of plants' phenology characteristics including embryotic, exhibition leaf, flower bud, beginning flower period, prosperous flower period, end flower period, fruit period, withered period. We take more than 2000 pictures and collect the domestic and international flower border pictures at the same time. We establish the material knowledge base of more than 100,000 words. It includes the material base, picture base, fountion base, construction and management base in this system knowledge base. Reasoning engine adopts the reason according to add regularly, realizing the different importance of different design factors in the process design. The user interface adopts the multi-media technique with the super conjunction technique, making the interface simple and convenient.
通过对花境设计领域知识的需求分析，我们确定了知识资源的结构与内容。通过对哈尔滨地区的适于作花境的植物资源进行实地调查，观察两年的物候特点，拍摄实物及应用照片；通过书籍、期刊杂志及网络途径，获得哈尔滨地区花境植物素材及花境设计、施工的相关公开知识；汇集多位领域专家的花境植物栽培及设计、管理的经验知识，建立通用型的哈尔滨地区花境专家系统的知识库。并根据专家的经验知识，建立花境设计的推理规则。
本系统利用现代关系数据库技术存储素材领域知识、设计领域知识、栽培领域知识、图片等。同时，利用基于CLISP的Jess系统维护花境设计、栽培养护等方面的推理规则，并结合背景事实执行必要的推理任务。花境专家系统技术层面上分为知识库(Knowledge Base)、推理机(Reasoning Engine)、用户界面(User Interface)等部分；功能上分为花境轴助设计系统和花境栽培养护系统两个子系统，前者为主系统，后者为从系统。
本系统的研究经过两年的努力，观测了200种花境植物的萌芽、展叶、现蕾、初花期、盛花期、末花期、果期、黄枯期，并拍摄了2000多张不同部位的形态识别、群体的观赏效果及设计应用图片。同时收集了国内外大量的花境设计实例图片。通过对100余本书籍的搜集研究建立了十万余字的素材知识库。系统知识库中包括花境素材库、图片库、基础库、施工及养护管理库。有录入维护模块、查询模块、识别模块、花境的基础知识模块、图片浏览模块。推理机采用了基于规则的推理，花境设计时的推理实现了不同的设计要素对花境景观设计的不同重要性。用户界面采用了多媒体技术和超级链接技术，使界面直观明了，使用方便。
The flower border is a kind of important flower application form. Because designers need to be well-trained to master a large amount of flower materials and esthetics techniques to design the flower border quickly. Therefore, it is difficult to design a flower border without abundant experience. We regard Harbin as region choice of plants and research the flower border expert system. The designers can make a flower border design easily and get an expert solution of the cultivation problems by asking for this system which has the mighty knowledge base and reasoning function.
We make the construction and contents of the knowledge by the need analysis of the flower border design. And we investigate the ornamental plants in Harbin, then choose plants which is suitable for the flower border, observing two years' phenology characteristics, taking pictures of those plants, acquiring public knowledge of those plant materials in Harbin area, flower border designing and construction by books, magazines and networks, gathering together several experts' knowledge and experience of cultivation, flower border design and management. On such foundation, we establish a general use type knowledge base of expert system. Moreover, according to the expert's experience knowledge, we establish the reasoning rules of flower border design.
This system makes use of modern relation database techniques save the knowledge of material, design, picture, cultivation etc. At the same time, we use Jess system according to CUSP to maintain the reasoning rules of design and management, and combine the background facts to carry out to reasoning work. On technique level, this system is divided into the Knowledge Base, Reasoning Engine, User Interface etc. And on the function level, the system is consist of the assistance of the flower border design and the cultivation system. The former is main system, the latter is from the system.
Through two years' effort, we observe 200 hundred kinds of plants' phenology characteristics including embryotic, exhibition leaf, flower bud, beginning flower period, prosperous flower period, end flower period, fruit period, withered period. We take more than 2000 pictures and collect the domestic and international flower border pictures at the same time. We establish the material knowledge base of more than 100,000 words. It includes the material base, picture base, fountion base, construction and management base in this system knowledge base. Reasoning engine adopts the reason according to add regularly, realizing the different importance of different design factors in the process design. The user interface adopts the multi-media technique with the super conjunction technique, making the interface simple and convenient.
引文
1．顾斌．宿根花卉造景艺术与原则[J]．园林，2002(5)：30～31
2．尤英豪．发展林业宿根花卉之我见[J]．吉林林业科技，2002，29(1)：51～58
3．杨志泰，俞继红．多年生花卉的配置应用[J]．园林，2001(10)：17
4．闫秀英，付雪松．宿根花卉在园林绿化中的应用及发展前景[J]．吉林林业科技，2000，29(4)：56～58
5．王小德．多年生花卉在植物造景中的应用[J]．浙江大学学报(农业与生命科学版)，2000，26(2)：225～228
6．李作文．沈阳城市绿化中宿根花卉的应用[J]．中国园林，1998，14(4)：28～30
7．中华人民共和国行业标准园林基本术语标准[M]．北京：中国建筑工业出版社，2002
8．郑诚乐．草花装饰与养护[M]．北京：科学技术出版社，2002
9．赵世伟，张佐双．园林植物景观设计与营造[M]．北京：中国城市出版社，2001
10．张吉祥．园林植物种植设计[M]．北京：中国建筑工业出版社，2001
11．刘丽和．校园园林绿地设计[M]．北京：中国林业出版社，2001
12．叶振启，许大为．园林设计[M]．哈尔滨：东北林业大学出版社，2000
13．周武忠．园林植物配置[M]．北京：中国农业出版社，1999
14．余树勋．花园设计[M]．天津：天津大学出版社，1998
15．陈俊瑜，余树勋等．中国农业百科全书(观赏园艺卷)[M]．北京：农业出版社，1996
16．吴涤新．花卉应用与设计[M]．北京：中国农业出版社，1993
17．北京林业大学园林系花卉教研组．花卉学[M]．北京：中国林业出版社，1990
18．[英]Brian Clouston主编，陈自新，许慈安译．风景园林植物配置[M]．北京：中国建筑工业出版社，1992
19．周武忠．花境设计师——花境设计，种植，养护实用技巧[M]．南京：东南大学出版社，2003
20．赵锡惟．漫谈花境[J]．园林，2001(2)：17
21．许华林，刘东波．生态花境设计[J]．园林，2001(2)：17～18
22．刘鸣远，马汉喜．北方宿根花卉配置的实验研究[J]．北方园艺1996(1)：34～35
23．陈文伟．决策支持系统及其开发[M]．清华大学出版社，2000．
24．马玉祥，武波．专家系统[M]．成都：电子科技大学出版社，1994
25．尹朝庆，尹皓．人工智能与专家系统[M]．北京：中国水电出版社，2002
26．熊范纶．农业专家系统及开发工具[M]．北京：清华大学出版社，1999
27．吴信东．专家系统设计[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，1990
28．[美]Joseph Giarratano & Gary Riley著，印鉴，刘星成等译．专家系统原理与编程[M]．北京：机械工业出版社，2000
29．武汉市园林技工学校．西安市园林技工学校主编．园林树木学[M]．北京：北京科学技术出版社，1999
30．王梨对．中国古今物候学[M]．四川大学出版社，1990
31．Dr．D．G．Hessayon．彩图花草种养大百科[M]．长沙：湖南科学技术出版社，2001
32．崔晓阳，方怀龙．城市绿地土壤及其管理[M]．北京：中国林业出版社，2000
33．吴万春．植物学[M]．广州：华南理工大学出版社，1999
34．陈刚，董金祥，吴刚．ZDUES：一个基于评价指标的人机界面评价系统[J]．计算机研究与发展，1998，35(11)：975～980
35．王莲英．养花实用手册．草本花卉[M]．合肥：安徽科学技术出版社，2003
36．傅新生．宿根地被植物[M]．天津：天津科学技术出版社，2003
37．(英)布雷姆尼斯(Bremness，L．)．药用植物[M]．北京：中国友谊出版社，2003
38．褚泓阳，屈永建．园林艺术[M]．西安：西北工业大学出版社，2002
39．李作文．园林宿根花卉彩色图谱[M]．沈阳：辽宁科学技术出版社，2002
40．李云侠，昝少平．三北野生花卉[M]．哈尔滨：东北林业大学出版社，2002
41．中国科学院植物研究所．中国高等植物图鉴(第三，四，五册)[M]．北京：科学出版社，2002
42．中国科学院植物研究所．中国高等植物图鉴(补编第一，二册)[M]．北京：科学出版社，2002
43．王意成，郁宝平等．新品种花卉栽培实用图鉴[M]．北京：中国农业出版社，2002
44．徐民生，方成．新编养花问答1000例[M]．北京：中国林业出版社，2001
45．绿生活杂志编辑部．多年生草花指南[M]．北京：中国农业出版社，2001
46．吕佩珂．中国花卉原色图鉴[M]．北京：蓝天出版社，2001
47．苏雪痕．植物造景[M]．北京：中国林业出版社，1994
48．谢凤勋，胡廷松．中药原色图谱及栽培技术[M]．北京：金盾出版社，1994
49．郦芷若，朱建宁．西方园林[M]．郑州：河南科学技术出版社，1992
50．王玉晶，刘延江，王洪力．中外园林景观赏析[M]．北京：中国农业出版社，2003
51．周以良．黑龙江省植物志(第四，五卷)[M]．哈尔滨：东北林业大学出版社，1992
52．龙雅宜．巴黎自然博物馆的露地草花[J]．花木盆景，2002(6)：36～39
53．曹玉星．陈蕾．园林植物造型艺术[J]．园林，2001(3)：16～17
54．张启翔．中国花文化起源与形成(一)[J]．中国园林，2001(1)：73～76
55．赵锡惟．小庭院植物群落设计[J]．园林，2000(10)：48～49
56．赵锡惟．庭院草本花卉配置[J]．园林，2000(4)：16～17
57．吴小巧．浅议我国古典园林的植物配置[J]，中国园林，1999，15(3)：33～35
58．王永庆．专家系统在农业生产管理中的应用[J]．微机发展，1995(1)：3～6
59．http://www.garden.sh.cn/shownews.asp?模仿自然生态再现自然景观花境—绿地中“美丽使者”
60. Barr A, Cohen P R, Feigenbaum E A. The Homdbook of Artificial Intellitence, Vol, William
Kqufmann, Inc. 1981
61. Burrell, C. Colston. Perennial Combinations, Rodale Press, Emmaus, PA. 1999
62. Diane Relf. Planning the FlowerBorder, Horticulture Extension Specialist and Elizabeth Ball,Program Support Technician; Virginia Tech Publication No:426～202,Posted January 2002
63. Dr. William C. Welch. Perennial Garden Color http://aggie-horticulture.tamu.edu/southerngarden/mg/per1.pfd
64. Eliason, Roger D. Aug. 15, 1999. "Focus on: the Soil Testing Lab!" Yard & Garden Line News, Vol. 1 Number 9. University of Minnesota Extension Service. http://www.extension.umn.edu/yardandgarden/YGLNews/YGLN-Aug1599.html
65. H.Edward Reilay & Carroll L. Shry Introductory Horticulture, Delmar Publishers inc,Albany;New York,1983
66. Hou W. Extraction and application of statistical relation ship sin relational databases IEEE Trans. on Knowledge and Data Eng., 1996, 8:939—945
67. Kaczmarski, Jennifer. "Amending Soils for Perennial Beds," Sustainable Urban Landscape Information Series (SULIS), University of Minnesota. http://www.sustland.umn.edu/implement/amending_.soils.html
68. Mixed Perennial Border http://www.bbg.org/exp/stroll/perennial.html
69. Michigan State University Extension Service, Online Fact Sheet. 11/12/99. "Use of Color," NCR-221. http://www.msue.msu.edu/msue/imp/modzz/00001582.html
70. Nilsson N J. Principles of Artificial Intelligence, Tioga Publishing Co., 1980
71. Peter Verney & Michael Dunne. The Genius of the Garden, Harmmond sworth, Middlesc, England, Michael Joseph, 1989
72. Planning a Flower Border http://www.growinglifestyle.com/article/s0/a89028.html
73. Planning the Flower Border http://ag.arizona.edu/pubs/garden/mg/flower/planning.html
74. Shapiro G P, Frawley W J. Knowledge discover in databases.Menlo park, Calif. AAAI/MIT Press, 1991
75. Using Color in Flower Gardens http://www.explore.comell.edu/scene.cfm?scene=home%20gardening&stop=HG%20%2D%20Flower%20Garden%20Design%20%2D%20Color
76. http://www.explore.cornell.edu/scene.cfm?scene=home%20gardening&stop=HG%20%2D%20Flower%20Garden%20Design%20%2D%20Texture. Using Texture in Flower Gardens
77. V. Ries. Where to use Perennials in the Perennial border http://www.plantideas.com/pren/
2．尤英豪．发展林业宿根花卉之我见[J]．吉林林业科技，2002，29(1)：51～58
3．杨志泰，俞继红．多年生花卉的配置应用[J]．园林，2001(10)：17
4．闫秀英，付雪松．宿根花卉在园林绿化中的应用及发展前景[J]．吉林林业科技，2000，29(4)：56～58
5．王小德．多年生花卉在植物造景中的应用[J]．浙江大学学报(农业与生命科学版)，2000，26(2)：225～228
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29．武汉市园林技工学校．西安市园林技工学校主编．园林树木学[M]．北京：北京科学技术出版社，1999
30．王梨对．中国古今物候学[M]．四川大学出版社，1990
31．Dr．D．G．Hessayon．彩图花草种养大百科[M]．长沙：湖南科学技术出版社，2001
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37．(英)布雷姆尼斯(Bremness，L．)．药用植物[M]．北京：中国友谊出版社，2003
38．褚泓阳，屈永建．园林艺术[M]．西安：西北工业大学出版社，2002
39．李作文．园林宿根花卉彩色图谱[M]．沈阳：辽宁科学技术出版社，2002
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55．赵锡惟．小庭院植物群落设计[J]．园林，2000(10)：48～49
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65. H.Edward Reilay & Carroll L. Shry Introductory Horticulture, Delmar Publishers inc,Albany;New York,1983
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70. Nilsson N J. Principles of Artificial Intelligence, Tioga Publishing Co., 1980
71. Peter Verney & Michael Dunne. The Genius of the Garden, Harmmond sworth, Middlesc, England, Michael Joseph, 1989
72. Planning a Flower Border http://www.growinglifestyle.com/article/s0/a89028.html
73. Planning the Flower Border http://ag.arizona.edu/pubs/garden/mg/flower/planning.html
74. Shapiro G P, Frawley W J. Knowledge discover in databases.Menlo park, Calif. AAAI/MIT Press, 1991
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76. http://www.explore.cornell.edu/scene.cfm?scene=home%20gardening&stop=HG%20%2D%20Flower%20Garden%20Design%20%2D%20Texture. Using Texture in Flower Gardens
77. V. Ries. Where to use Perennials in the Perennial border http://www.plantideas.com/pren/