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ABSTRACTThe Expert Systems (SSE), one of the fields in which divides the Artificial Intelligence, haveraised great interes...
AGRADECIMIENTOSLos autores dan especial agradecimientos a Ing. Iván Sipirán Mendoza, docente del Curso deProgramación Lógi...
CONTENIDOS I.     Introducción                i. Introducción               ii. El contexto de aplicación del sistema expe...
Capítulo 1INTRODUCCIÓNEn este capítulo se ofrece un esbozo de este trabajo de investigación. Se da una introducción alcamp...
1.2 El Contexto de aplicación del Sistema ExpertoLa Tara es producida en varias zonas del país, siendo cultivada en terren...
•   Mostrar a la región las capacidades de los profesionales que se forman en sus     universidades locales, puesto que na...
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Entre los pulgones que más atacan a la Tara está el Aphis cracciovora (Figura 2.3), cuyoataque es la causa más frecuente d...
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2.2.2   EnfermedadesLas enfermedades más frecuentes son las fungosas, ocasionadas frecuentemente por fumagina yoidium y; e...
Capítulo 3MODELADO E IMPLEMENTACIÓN DELSISTEMA EXPERTO SKADEDJUREn este capítulo se analiza y modela el sistema propuesto....
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Figura 3.4: Estructura de tareas del sistema expertoAhora bien, las descripciones y documentación con la que contamos solo...
Capítulo 4IMPLEMENTACIÓN Y RESULTADOSEn este capítulo se presenta la síntesis de los resultados de la aplicación del siste...
Pregunta                            Si                                 No                 ¿Es una larva?                 X...
Capítulo 5CONCLUSIONES Y NUEVAS PROPUESTASEs obvio que se decidió implementar a SKADEDJUR mediante un sistema experto (Fig...
BIBLIOGRAFÍA[1] Lic. Carla Salazar Serrado, “Una Introducción a los Sistemas Expertos”, UNIVERSIDAD MAYOR    DE SAN SIMÓN,...
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Skadedjur, un sistema experto para la detección y control de plagas en sembrios de tara

  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFacultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Escuela de InformáticaSkadedjur, un sistema experto para la detección y control de plagas en sembrios de Tara Echevarría Pinedo Miguel Gómez Rodríguez Raisa Rodríguez Cruz Rolando Programación Lógica Docente: Ing. Iván Anselmo Sipirán Mendoza Jefe de Prácticas: Ing. José Luis Peralta Lujan Departamento de Informática Universidad Nacional de Trujillo Trujillo, La Libertad Perú Julio 2008
  2. 2. ABSTRACTThe Expert Systems (SSE), one of the fields in which divides the Artificial Intelligence, haveraised great interest over the past five years between experts from different areas not related tocomputing, such as the agro-industrial sector. The possibilities for using the SSE control inagribusiness are broad and promising. They range from identifying pests that attack a fieldcrops until obtaining recommendations for controlling them. This work is structured in twoparts. The first part is a description of the SSE, its possibilities, and other factors that influencelargely at the time of taking the decision by the establishment of such systems. The second partshows the project that we have developed in the agribusiness field taking into account thedemands of our region due to accelerated growth in this sector.RESUMENLos Sistemas Expertos (SSEE), uno de los campos en que se divide la Inteligencia Artificial,han levantado un gran interés en los últimos cinco años entre los expertos de diversas áreas norelacionadas con la computación, como por ejemplo el sector agroindustrial. Las posibilidadesde utilización de los SSEE en control agroindustrial, son amplias y esperanzadoras. Van desdela identificación de plagas que atacan un sembrío hasta la obtención de recomendaciones parael control de las mismas. Este trabajo se encuentra estructurado en dos partes. En la primeraparte se realiza una descripción de los SSEE, sus posibilidades, y otros factores que influyen engran medida al momento de tomar la decisión por la implantación de este tipo de sistemas. Enla segunda parte se presenta el proyecto que hemos desarrollado en el campo agroindustrialteniendo en cuenta las demandas de nuestra región debido al acelerado crecimiento en estesector.
  3. 3. AGRADECIMIENTOSLos autores dan especial agradecimientos a Ing. Iván Sipirán Mendoza, docente del Curso deProgramación Lógica y a Ing. José Luis Peralta Luján, jefe de prácticas del curso deProgramación Lógica, por sus importantes críticas y apoyo en el desarrollo de este proyecto.También a nuestra familia, que sin su amor y apoyo, este trabajo de investigación no se hubiesepodido concretar.Por último pero no menos importante, gracias también a nuestros compañeros de aula por suayuda y amistad. Muchas más personas participaron de diversas maneras para garantizarnuestra investigación lograda por lo que damos gracias a todos ellos.
  4. 4. CONTENIDOS I. Introducción i. Introducción ii. El contexto de aplicación del sistema experto iii. Descripción del problema iv. Modelado del problema v. Objetivos vi. Paradigma utilizado II. La Tara, sus plagas y formas de combatirla i. La Tara ii. Daños y Enfermedades 1. Plagas 2. Enfermedades III. Modelado e Implementación del Sistema Experto SKADEDJUR i. Análisis ii. Modelado IV. Implementación y resultados i. Implementación V. Conclusiones
  5. 5. Capítulo 1INTRODUCCIÓNEn este capítulo se ofrece un esbozo de este trabajo de investigación. Se da una introducción alcampo de estudio, se afirma en el problema abordado, se hace una breve descripción de laforma en que hemos modelado el problema así como se expone los objetivos de investigación yel paradigma seleccionado.1.1 IntroducciónLos sistemas expertos (SSEE) es uno de los campos en que se divide la Inteligencia Artificial,han levantado en los últimos años un gran interés por su aplicación a problemas científicos,técnicos y comerciales. Este entusiasmo se ha visto reforzado por el hecho de que los SSEE desarrollados hanprobado ser capaces de alcanzar los objetivos para los cuales habían sido diseñados. Existen varios tipos de sistemas expertos, nosotros desarrollamos un sistema experto decontrol. Estos sistemas expertos participan en la realización de las tareas de interpretación ydiagnóstico de forma secuencial. Con ello se consigue conducir o guiar un proceso. Lossistemas de control son complejos debido al número de funciones que deben manejar y el grannúmero de factores que deben considerar; esta complejidad creciente es otra de las razones queapuntan al uso del conocimiento, y por tanto de los SE. Ahora bien, el sistema experto desarrollado realiza las tareas implicadas en el cultivo de laTara, como son el diagnóstico de plagas y su tratamiento. El diagnóstico de plagas se realiza a partir de los síntomas observados. En función de la plagadiagnosticada y de su grado de levedad, se dictamina un plan de tratamiento para la plantainfectada. Un plan de tratamiento debe especificar un conjunto de recursos necesarios, unmétodo de aplicación, un tiempo de aplicación y otros consejos adicionales.
  6. 6. 1.2 El Contexto de aplicación del Sistema ExpertoLa Tara es producida en varias zonas del país, siendo cultivada en terrenos situados entre los1000 y 2900 msnm, siendo sus principales productores los departamentos de: Cajamarca, LaLibertad, Ayacucho, Huancavelica, Apurímac, Ancash y Huánuco. La vaina separada de lapepa se muele y es un extraordinario producto de exportación como materia prima para laobtención del ácido tánico, muy usado en las industrial peleteras de alta calidad, farmacéutica,química, de pinturas, entre otras. De las semillas, pepas o pepitas se obtiene, mediante unproceso térmico-mecánico una goma de uso alimenticio proveniente del endosperma,constituyéndose en alternativa a las gomas tradicionales en la industria mundial de alimentos,pinturas, barnices, entre otros. Esta goma ha sido aprobada, por Resolución del 26 de setiembrede 1996 (Nº E.C.C: E-417) por la Comunidad Europea, para ser usada como espesante yestabilizador de alimentos para consumo humano. De esta manera ingresó al mercado mundialde Hidrocoloides alimenticios como producto alternativo a la goma de Algarrobo, producida enEspaña y en Medio Oriente.1.3 Descripción del problemaEl diagnóstico de plagas se realiza a partir de los síntomas observados. En función de la plagadiagnosticada y de su grado de gravedad, se dictamina un plan de tratamiento para la plantainfectada. Un plan de tratamiento debe especificar un conjunto de recursos necesarios, unmétodo de aplicación, un tiempo de aplicación y otros consejos adicionales.1.4 Modelado del ProblemaPara modelar el sistema experto, en principio pensamos modelar los “recursos necesarios”,“métodos y tiempos de aplicación” y “consejos adicionales” como conceptos diferenciados del“plan de tratamiento” porque se les supone una cierta complejidad, aunque al profundizar en lasdescripciones que manejamos decidimos modelarlos como atributos del concepto “plan detratamiento. Evidentemente para poder llegar a un diagnóstico desde los síntomas, se asume la existenciade una relación causa-efecto, formando una estructura más o menos compleja, pero quepermitiría por recubrimiento llegar a las causas/diagnóstico de los efectos/síntomas de entrada.1.5 Objetivos • Brindar el mismo apoyo que brindaría un experto, en el ámbito de la agricultura, a la comunidad agraria de la región La Libertad con lo que respecta al sembrío de tara. • Incrementar la calidad de este producto agrícola para permitirle una competencia leal con sus similares de otros países.
  7. 7. • Mostrar a la región las capacidades de los profesionales que se forman en sus universidades locales, puesto que nadie conoce mejor nuestra problemática que nosotros mismos.1.6 Paradigma utilizadoEl paradigma utilizado para el desarrollo de este sistema experto (Figura 1), es el paradigmalógico, base de la programación lógica. La programación lógica consiste en la aplicación delcorpus de conocimiento sobre lógica para el diseño de lenguajes de programación.La programación lógica comprende, a su vez, dos paradigmas de programación: laprogramación declarativa y la programación funcional. La programación declarativa gira entorno al concepto de predicado, o relación entre elementos. La programación funcional se basaen el concepto de función (que no es más que una evolución de los predicados), de corte másmatemático. Figura 1.1: Diagrama por bloques de un Sistema Experto
  8. 8. Capítulo 2LA TARA, SUS PLAGAS Y FORMAS DECOMBATIRLAEn el presente capítulo detallarán las razones por las que se ha decido realizar un sistemaexperto para este tipo de cultivo así como el aprovechamiento integral y racional de la misma.Con la finalidad de conocer más fondo el área de aplicación de nuestro sistema experto sedetallarán cada una de las plagas que afectan a estas plantaciones así como las soluciones, quemediante nuestro sistema experto, proponemos a las mismas.2.1 La TaraLa Tara es producida en varias zonas del país, siendo cultivada en terrenos situados entre los1000 y 2900 msnm, siendo sus principales productores los departamentos de: Cajamarca, LaLibertad, Ayacucho, Huancavelica, Apurímac, Ancash y Huanuco.La vaina (Figura 2.1) separada de la pepa se muele y es un extraordinario producto deexportación como materia prima para la obtención del ácido tánico, muy usado en las industrialpeleteras de alta calidad, farmacéutica, química, de pinturas, entre otras. De las semillas, pepas opepitas se obtiene, mediante un proceso térmico-mecánico una goma de uso alimenticioproveniente del endosperma, constituyéndose en alternativa a las gomas tradicionales en laindustria mundial de alimentos, pinturas, barnices, entre otros. Esta goma ha sido aprobada, porResolución del 26 de septiembre de 1996 (Nº E.C.C: E-417) por la Comunidad Europea, paraser usada como espesante y estabilizador de alimentos para consumo humano. De esta maneraingresó al mercado mundial de Hidrocoloides alimenticios como producto alternativo a la gomade Algarrobo, producida en España y en Medio Oriente.
  9. 9. Figura 2.1: Vaina de Tara2.2 Daños y EnfermedadesGeneralmente no presenta mayores problemas de control fitosanitario, salvo en algunas zonasdonde pueden aparecer afecciones en las ramas y tallo así como deformaciones en las hojas,flores, frutos, impidiendo su aceptación en el mercado. Estos problemas según el Gobierno Regional de la Libertad, se deben a diversas plagas yenfermedades producidas por insectos, ácaros y hongos, conforme se describe a continuación.2.2.1 PlagasLas plagas de la Tara son ocasionadas por insectos y ácaros que pertenecen a las órdenesLepidóptera, Díptera, Homóptera, Ortóptera, Acarina, Hymenóptera y Hemíptera. Figura 2.2: Homóptera Los pulgones o áfidos (Figura 2.2) atacan a las hojas, flores, vainas verdes y al tallo,particularmente a los brotes más tiernos, succionando la savia, lo que ocasiona la caída deyemas y frutos pequeños.
  10. 10. Entre los pulgones que más atacan a la Tara está el Aphis cracciovora (Figura 2.3), cuyoataque es la causa más frecuente de la baja producción de vainas. Figura 2.3: Homóptera Estos insectos producen una sustancia azucarada, donde se desarrolla el hongo denominadocomo «fumagina», enfermedad en donde se presenta la asociación plaga-hongo, además limitala capacidad de fotosíntesis de las hojas. El ataque de los áfidos a las vainas producenencurvamiento y a las hojas un encrespamiento y, por ende, el debilitamiento de la planta. Losproductores denominan a estos insectos como: «piojera», «pulgón chupador», «mosquilla»,«mosquitos», «pulgón negro», etc. Las querezas o larvas de insectos que afectan a Tara podrían ser de las siguientes especies:Pinnaspis sp (Figura 2.4), queresa blanca chiquita y alargada que ataca a las vainas y la Icervapurchasi que es la queresa más grande que ataca ramas y tallos. Figura 2.4: Homóptera La «mosca blanca» (Figura 2.5) perteneciente a la familia Aleurodidae, es un insecto picadorchupador que generalmente se ubica en el envés de la hoja de Tara produciendo secrecionesmelosas, se asocia con ataque del hongo o fumagina.
  11. 11. Figura 2.5: Aleurodidae Figura 2.6: Lepidóptera Las polillas (Figura 2.6) ocasionan daños, pues sus larvas se comen la hojas y sus brotes;adem ás, los barrenadores, familia Noctuidae, conocidos con el nombre de «cote», atacan lamédula del tallo y el follaje. En el campo, los agricultores denominan a las larvas «gusano cortador-masticador», «gusanonegro», «utuskuro», «corte larva», «gusano blanco» y «gusanera». En el orden Díptera (Figura 2.7) de la familia Agromicidae, la mosca minadora, ataca a lashojas haciéndole minas. Figura 2.7: Díptera Figura 2.8: Hymenóptera Figura 2.9: Acarina Las hormigas del orden Hymenóptera (Figura 2.8), probablemente del género Atta sp,denominadas por los agricultores: «coqui», «hormiga negra» o «anayllu» atacan a las hojas,flores, vainas y tallos.Los chinches (Hemíptero) son insectos que pican las hojas y producen el encogimiento de éstasal consumir la savia. En el orden Acarina (Figura 2.9), probablemente el ácaro más frecuente es el Tetraychusurticae, que produce una mancha blanquecina en la parte superior de la hoja, la cual llega asecarse produci éndose finalmente la defoliación.
  12. 12. 2.2.2 EnfermedadesLas enfermedades más frecuentes son las fungosas, ocasionadas frecuentemente por fumagina yoidium y; en menor frecuencias, las virósicas, no evidenciándose la presencia de nematodos enel suelo. Figura 2.10: Fumagina Figura 2.11: OidiumTambién existen plantas y criptógamas parásitas, las cuales se observan en árboles de mayoredad. Las epifitas, que conviven con la Tara y que mayormente no hacen daño, son la«salvajina», los líquenes y los musgos que sólo se adhieren al tallo. En cambio, las cuscutas,parásitas cubren la superficie por donde respira la planta y la ahogan hasta matarla, como porejemplo, la «pacha pacha» que se adhiere a las vainas, denominada también «cabello de ángel».Además, se tiene el «huijunto» y la «tullama», que enrollan la planta. Figura 2.11: Epifitas Figura 2.11: CuscutasEl uso de productos químicos para controlar las plagas y enfermedades es justificado cuando sepresentan perspectivas de abundancia de lluvias, en los que se espera una alta producción.Generalmente, los campesinos hacen uso de algunos procedimientos técnicos ancestrales a sualcance y que incluye sólo el uso de insumos domésticos. La mayoría son ajenos a emplearalgún tipo de control fitosanitario.Entre los procedimientos ancestrales que se utilizan podemos citar una experiencia de losagricultores de Ayacucho, que consiste en realizar la poda de vainas con «malvaginas»(hongos), corte severo de plantas con «pacha pacha», raspado de tallos con líquenes, aplicaciónde aceite quemando a los brotes y vainas tiernas con pulgones, lavado de hojas con «fumagina»(hongos), aplicación de cenizas a hojas con oidium y eliminación manual de langostas.
  13. 13. Capítulo 3MODELADO E IMPLEMENTACIÓN DELSISTEMA EXPERTO SKADEDJUREn este capítulo se analiza y modela el sistema propuesto. Un modelo orientado a objetos estáconcebido para apoyar a la comprensión de este sistema añadiendo la expresividad de este almomento de implementar el sistema. El sistema se compone de tres atributos principales: unapara el almacenamiento de las características propias de cada plantación analizada, otro paradeterminar el método usado en la solución para determinada plaga o enfermedad y por últimouno abocado a la labor de aconsejar al agricultor con algunos ítems que le serán de gran ayudaal momento de elevar la calidad de su producción.3.1 AnálisisSe utilizó un grafo AND-OR (Figura 3.1) para poder representar el conocimiento adquirido, elcual fue luego transformado a reglas de inferencia usando lógica de primer orden, utilizado porel lenguaje Prolog. Figura 3.1: Grafo And/Or
  14. 14. 3.2 ModeladoCuando modelamos el Sistema Experto, debemos buscar las causas de los problemas que, másadelante, puedan resultar en una amenaza para los sembríos de tara. La construcción de unmodelo de Sistema Experto para el control de plagas va más allá del alcance de laprogramación lógica. Por esta razón, en este documento podemos presentar solo una aplicacióndel prototipo preliminar de un Sistema Experto modelado usando una suerte de diseñoorientado a objetos para mostrar con mayor expresividad lo que hará dicho sistema. Figura 3.2: Modelado de componentes del sistema expertoEn principio se podría modelar los “recursos necesarios” “métodos y tiempos de aplicación”“consejos adicionales” como conceptos diferenciados componentes del “plan de tratamiento”(Figura 3.2) porque se les supone una cierta complejidad, aunque al profundizar en ladescripción con la que se cuenta podría decidirse modelarlos como atributos del concepto “plande tratamiento” (Figura 3.3). Figura 3.3: Modelado de atributos del sistema expertoPara poder llegar a un diagnóstico desde los síntomas, se asume la existencia de una relacióncausal, formando una estructura más o menos compleja, pero que permitiría por recubrimientollegar a las causas/diagnóstico de los efectos/síntomas de entrada. Por otro lado, cada tipo de plaga tiene asociado un plan de tratamiento, pero la estructura deesta relación también podría ser por ejemplo una asociación heurística sencilla, una relación unoa uno, directa, o, por el contrario, con una mayor complejidad para llegar a unaconclusión/decisión.
  15. 15. Figura 3.4: Estructura de tareas del sistema expertoAhora bien, las descripciones y documentación con la que contamos solo nos permite pasar deun modelo de descomposición inicial de la tarea principal en dos tareas: “diagnosticar plaga” y“decidir tratamiento”, cuya aplicación sería secuencial, primero diagnosticar y después decidirtratamiento, en principio, sin ningún ciclo (Figura 3.4). Aunque una posterior profundizaciónen el modelo planteado podría conducir a una estructura de control diferente, por ejemplo condiagnóstico y decisión en ciclos de refinamiento.La estructura inferencial que sigue el sistema se presenta en la Figura 3.5, en donde claramentese puede apreciar toda la lógica de modelado anteriormente explicado. Figura 3.5: Modelo Inferencial
  16. 16. Capítulo 4IMPLEMENTACIÓN Y RESULTADOSEn este capítulo se presenta la síntesis de los resultados de la aplicación del sistema experto. Enprimer lugar se muestran los resultados para el tratamiento de plagas y a continuación, losresultados son contrastados con resultados obtenidos de expertos en el área. La implementacióndel sistema mostrado fue realizada completamente en el entorno de SWI Prolog usando laslibrerías gráficas XPCE.4.1 ImplementaciónLa implementación del sistema experto SKADEDJUR se utilizó el entorno de SWI Prolog(Figura 4.1). SWI-Prolog es un interprete Prolog de dominio público para ordenadores PCdesarrollado en el Dept. of Social Science Informatics (SWI) de la Universidad de Amsterdam. Figura 4.1: Entorno de desarrollo de SWI PrologCon el propósito de verificar el funcionamiento del sistema experto varias pruebas fueronllevadas a cabo. En la Tabla 1 se muestran las respuestas al primer bloque de preguntas que noshará el sistema experto. Luego, en función de las respuestas obtenidas en el primer bloque depreguntas se pasará al segundo, en el cuál las preguntas son más específicas (Tabla 2).
  17. 17. Pregunta Si No ¿Es una larva? X ¿Ataca a las hojas? X ¿Hay presencia de hongos? X Tabla 1: Primer bloque de preguntas presentado por el Sistema Pregunta Si No ¿Presenta larvas blancas? X ¿La larva es grande? X ¿Tiene las hojas comidas? X ¿Tiene la médula del tallo destruida? X ¿La larva es alargada? X ¿Se encuentra en las vainas? X ¿Se encuentra en las ramas? X ¿Se encuentra en los tallos? X ¿Tiene brotes comidos? X ¿Tiene el follaje destruido? X Tabla 1: Segundo bloque de preguntas presentado por el SistemaAl final de todas las preguntas el sistema experto evalúa el tipo de plaga que se ajusta a lascaracterísticas brindadas por el usuario. En la evaluación realizada al sistema experto, este hadeterminado que el agente patógeno presente en las plantaciones es la QUEREZA.
  18. 18. Capítulo 5CONCLUSIONES Y NUEVAS PROPUESTASEs obvio que se decidió implementar a SKADEDJUR mediante un sistema experto (Figura 5.2)porque este deberá seguir una modalidad de respuesta de inducción-deducción lógica. Para poder tener una visión más clara se presenta los esquemas de trabajo que sigue unsistema normal y un sistema experto. Figura 5.1: Comparación entre sistema tradicional y sistema expertoAhora una posible mejorar a todo esto sería expandir el contexto de aplicación deSKADEDJUR al proceso de cosecha, así como las tareas que esto implica ya que tambiénrequieren ciertas recomendaciones en función de los recursos de que dispone el agricultor y susobjetivos de venta. Una posible ampliación de SKADEDJUR a este proceso sería de vitalimportancia para el sector agrícola de la región pues permitiría competir a nuestros agricultoresen los mercados externos, ya que el tamaño, calidad y mantenimiento de la tara en buenascondiciones harán de esta un producto de mayores niveles de calidad y estandarización en elmercado internacional.
  19. 19. BIBLIOGRAFÍA[1] Lic. Carla Salazar Serrado, “Una Introducción a los Sistemas Expertos”, UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN, Cochabamba, Julio de 2003.[2] Informática de Gestión, “Introducción a la I.A.”, Universidad Nacional de Educación a Distancia, España, 2001-02002.[3] Sistemas de Control por Computador, “Introducción a los Sistemas de Control por Computador”, UNIVERSIDADE DA CORUÑA, Julio de 2006.[4] Primo de la Cruz Lapa, “Aprovechamiento integral y racional de la Tara”, UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS, 2004.[5] Wielemaker, J. “SWI-Prolog 3.1 Reference Manual”, Dept. of Social Science Informatics (SWI), Univ. of Amsterdam, 1998.[6] Castel, Mª J. y Llorens, F. “Lógica de Primer Orden”. D.T.I.C., Universidad de Alicante, 1996.

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