skadedjur, un sistema experto para la detección y control de plagas en sembrios de tara
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas
Escuela de Informática
Skadedjur, 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
ABSTRACT The Expert Systems (SSE), one of the fields in which divides the Artificial Intelligence, have
raised great interest over the past five years between experts from different areas not related to
computing, such as the agro-industrial sector. The possibilities for using the SSE control in
agribusiness are broad and promising. They range from identifying pests that attack a field
crops until obtaining recommendations for controlling them. This work is structured in two
parts. The first part is a description of the SSE, its possibilities, and other factors that influence
largely at the time of taking the decision by the establishment of such systems. The second part
shows the project that we have developed in the agribusiness field taking into account the
demands of our region due to accelerated growth in this sector.
RESUMEN Los 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 no
relacionadas con la computación, como por ejemplo el sector agroindustrial. Las posibilidades
de utilización de los SSEE en control agroindustrial, son amplias y esperanzadoras. Van desde
la identificación de plagas que atacan un sembrío hasta la obtención de recomendaciones para
el control de las mismas. Este trabajo se encuentra estructurado en dos partes. En la primera
parte se realiza una descripción de los SSEE, sus posibilidades, y otros factores que influyen en
gran medida al momento de tomar la decisión por la implantación de este tipo de sistemas. En
la segunda parte se presenta el proyecto que hemos desarrollado en el campo agroindustrial
teniendo en cuenta las demandas de nuestra región debido al acelerado crecimiento en este
sector.
AGRADECIMIENTOS
Los autores dan especial agradecimientos a Ing. Iván Sipirán Mendoza, docente del Curso de
Programación Lógica y a Ing. José Luis Peralta Luján, jefe de prácticas del curso de
Programación 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 hubiese
podido concretar.
Por último pero no menos importante, gracias también a nuestros compañeros de aula por su
ayuda y amistad. Muchas más personas participaron de diversas maneras para garantizar
nuestra investigación lograda por lo que damos gracias a todos ellos.
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
Capítulo 1 INTRODUCCIÓN
En este capítulo se ofrece un esbozo de este trabajo de investigación. Se da una introducción al
campo de estudio, se afirma en el problema abordado, se hace una breve descripción de la
forma en que hemos modelado el problema así como se expone los objetivos de investigación y
el paradigma seleccionado.
1.1 Introducción
Los 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 han
probado ser capaces de alcanzar los objetivos para los cuales habían sido diseñados.
Existen varios tipos de sistemas expertos, nosotros desarrollamos un sistema experto de
control. Estos sistemas expertos participan en la realización de las tareas de interpretación y
diagnóstico de forma secuencial. Con ello se consigue conducir o guiar un proceso. Los
sistemas de control son complejos debido al número de funciones que deben manejar y el gran
número de factores que deben considerar; esta complejidad creciente es otra de las razones que
apuntan al uso del conocimiento, y por tanto de los SE.
Ahora bien, el sistema experto desarrollado realiza las tareas implicadas en el cultivo de la
Tara, 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 plaga
diagnosticada y de su grado de levedad, se dictamina un plan de tratamiento para la planta
infectada. Un plan de tratamiento debe especificar un conjunto de recursos necesarios, un
método de aplicación, un tiempo de aplicación y otros consejos adicionales.
1.2 El Contexto de aplicación del Sistema Experto
La Tara es producida en varias zonas del país, siendo cultivada en terrenos situados entre los
1000 y 2900 msnm, siendo sus principales productores los departamentos de: Cajamarca, La
Libertad, Ayacucho, Huancavelica, Apurímac, Ancash y Huánuco. La vaina separada de la
pepa se muele y es un extraordinario producto de exportación como materia prima para la
obtención 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 un
proceso 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 setiembre
de 1996 (Nº E.C.C: E-417) por la Comunidad Europea, para ser usada como espesante y
estabilizador de alimentos para consumo humano. De esta manera ingresó al mercado mundial
de Hidrocoloides alimenticios como producto alternativo a la goma de Algarrobo, producida en
España y en Medio Oriente.
1.3 Descripción del problema
El diagnóstico de plagas se realiza a partir de los síntomas observados. En función de la plaga
diagnosticada y de su grado de gravedad, se dictamina un plan de tratamiento para la planta
infectada. Un plan de tratamiento debe especificar un conjunto de recursos necesarios, un
método de aplicación, un tiempo de aplicación y otros consejos adicionales.
1.4 Modelado del Problema
Para 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 las
descripciones que manejamos decidimos modelarlos como atributos del concepto “plan de
tratamiento.
Evidentemente para poder llegar a un diagnóstico desde los síntomas, se asume la existencia
de una relación causa-efecto, formando una estructura más o menos compleja, pero que
permitiría 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.
• 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 utilizado
El paradigma utilizado para el desarrollo de este sistema experto (Figura 1), es el paradigma
lógico, base de la programación lógica. La programación lógica consiste en la aplicación del
corpus de conocimiento sobre lógica para el diseño de lenguajes de programación.
La programación lógica comprende, a su vez, dos paradigmas de programación: la
programación declarativa y la programación funcional. La programación declarativa gira en
torno al concepto de predicado, o relación entre elementos. La programación funcional se basa
en el concepto de función (que no es más que una evolución de los predicados), de corte más
matemático.
Figura 1.1: Diagrama por bloques de un Sistema Experto
Capítulo 2 LA TARA, SUS PLAGAS Y FORMAS DE COMBATIRLA
En el presente capítulo detallarán las razones por las que se ha decido realizar un sistema
experto 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 se
detallarán cada una de las plagas que afectan a estas plantaciones así como las soluciones, que
mediante nuestro sistema experto, proponemos a las mismas.
2.1 La Tara
La Tara es producida en varias zonas del país, siendo cultivada en terrenos situados entre los
1000 y 2900 msnm, siendo sus principales productores los departamentos de: Cajamarca, La
Libertad, Ayacucho, Huancavelica, Apurímac, Ancash y Huanuco.
La vaina (Figura 2.1) separada de la pepa se muele y es un extraordinario producto de
exportación como materia prima para la obtención 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 un proceso 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 septiembre de 1996 (Nº E.C.C: E-417) por la Comunidad Europea, para
ser usada como espesante y estabilizador de alimentos para consumo humano. De esta manera
ingresó al mercado mundial de Hidrocoloides alimenticios como producto alternativo a la goma
de Algarrobo, producida en España y en Medio Oriente.
Figura 2.1: Vaina de Tara
2.2 Daños y Enfermedades
Generalmente no presenta mayores problemas de control fitosanitario, salvo en algunas zonas
donde 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 y
enfermedades producidas por insectos, ácaros y hongos, conforme se describe a continuación.
2.2.1 Plagas
Las plagas de la Tara son ocasionadas por insectos y ácaros que pertenecen a las órdenes
Lepidóptera, 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 de
yemas y frutos pequeños.
Entre los pulgones que más atacan a la Tara está el Aphis cracciovora (Figura 2.3), cuyo
ataque 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 denominado
como «fumagina», enfermedad en donde se presenta la asociación plaga-hongo, además limita
la capacidad de fotosíntesis de las hojas. El ataque de los áfidos a las vainas producen
encurvamiento y a las hojas un encrespamiento y, por ende, el debilitamiento de la planta. Los
productores 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 Icerva
purchasi 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 picador
chupador que generalmente se ubica en el envés de la hoja de Tara produciendo secreciones
melosas, se asocia con ataque del hongo o fumagina.
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 la
médula del tallo y el follaje.
En el campo, los agricultores denominan a las larvas «gusano cortador-masticador», «gusano
negro», «utuskuro», «corte larva», «gusano blanco» y «gusanera».
En el orden Díptera (Figura 2.7) de la familia Agromicidae, la mosca minadora, ataca a las
hojas 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 éstas
al consumir la savia.
En el orden Acarina (Figura 2.9), probablemente el ácaro más frecuente es el Tetraychus
urticae, que produce una mancha blanquecina en la parte superior de la hoja, la cual llega a
secarse produci éndose finalmente la defoliación.
2.2.2 Enfermedades
Las enfermedades más frecuentes son las fungosas, ocasionadas frecuentemente por fumagina y
oidium y; en menor frecuencias, las virósicas, no evidenciándose la presencia de nematodos en
el suelo.
Figura 2.10: Fumagina
Figura 2.11: Oidium
También existen plantas y criptógamas parásitas, las cuales se observan en árboles de mayor
edad. 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 por
ejemplo, 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: Cuscutas
El uso de productos químicos para controlar las plagas y enfermedades es justificado cuando se
presentan perspectivas de abundancia de lluvias, en los que se espera una alta producción.
Generalmente, los campesinos hacen uso de algunos procedimientos técnicos ancestrales a su
alcance y que incluye sólo el uso de insumos domésticos. La mayoría son ajenos a emplear
algún tipo de control fitosanitario.
Entre los procedimientos ancestrales que se utilizan podemos citar una experiencia de los
agricultores 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, aplicación
de 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.
Capítulo 3 MODELADO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA EXPERTO SKADEDJUR En este capítulo se analiza y modela el sistema propuesto. Un modelo orientado a objetos está
concebido para apoyar a la comprensión de este sistema añadiendo la expresividad de este al
momento de implementar el sistema. El sistema se compone de tres atributos principales: una
para el almacenamiento de las características propias de cada plantación analizada, otro para
determinar el método usado en la solución para determinada plaga o enfermedad y por último
uno abocado a la labor de aconsejar al agricultor con algunos ítems que le serán de gran ayuda
al momento de elevar la calidad de su producción.
3.1 Análisis
Se utilizó un grafo AND-OR (Figura 3.1) para poder representar el conocimiento adquirido, el
cual fue luego transformado a reglas de inferencia usando lógica de primer orden, utilizado por
el lenguaje Prolog.
Figura 3.1: Grafo And/Or
3.2 Modelado
Cuando modelamos el Sistema Experto, debemos buscar las causas de los problemas que, más
adelante, puedan resultar en una amenaza para los sembríos de tara. La construcción de un
modelo de Sistema Experto para el control de plagas va más allá del alcance de la
programación lógica. Por esta razón, en este documento podemos presentar solo una aplicación
del prototipo preliminar de un Sistema Experto modelado usando una suerte de diseño
orientado a objetos para mostrar con mayor expresividad lo que hará dicho sistema.
Figura 3.2: Modelado de componentes del sistema experto
En 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 la
descripción con la que se cuenta podría decidirse modelarlos como atributos del concepto “plan
de tratamiento” (Figura 3.3).
Figura 3.3: Modelado de atributos del sistema experto
Para poder llegar a un diagnóstico desde los síntomas, se asume la existencia de una relación
causal, formando una estructura más o menos compleja, pero que permitiría por recubrimiento
llegar 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 de
esta relación también podría ser por ejemplo una asociación heurística sencilla, una relación uno
a uno, directa, o, por el contrario, con una mayor complejidad para llegar a una
conclusión/decisión.
Figura 3.4: Estructura de tareas del sistema experto
Ahora bien, las descripciones y documentación con la que contamos solo nos permite pasar de
un modelo de descomposición inicial de la tarea principal en dos tareas: “diagnosticar plaga” y
“decidir tratamiento”, cuya aplicación sería secuencial, primero diagnosticar y después decidir
tratamiento, en principio, sin ningún ciclo (Figura 3.4). Aunque una posterior profundización
en el modelo planteado podría conducir a una estructura de control diferente, por ejemplo con
diagnóstico y decisión en ciclos de refinamiento.
La estructura inferencial que sigue el sistema se presenta en la Figura 3.5, en donde claramente
se puede apreciar toda la lógica de modelado anteriormente explicado.
Figura 3.5: Modelo Inferencial
Capítulo 4 IMPLEMENTACIÓN Y RESULTADOS En este capítulo se presenta la síntesis de los resultados de la aplicación del sistema experto. En
primer lugar se muestran los resultados para el tratamiento de plagas y a continuación, los
resultados son contrastados con resultados obtenidos de expertos en el área. La implementación
del sistema mostrado fue realizada completamente en el entorno de SWI Prolog usando las
librerías gráficas XPCE.
4.1 Implementación
La 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 PC
desarrollado en el Dept. of Social Science Informatics (SWI) de la Universidad de Amsterdam.
Figura 4.1: Entorno de desarrollo de SWI Prolog
Con el propósito de verificar el funcionamiento del sistema experto varias pruebas fueron
llevadas a cabo. En la Tabla 1 se muestran las respuestas al primer bloque de preguntas que nos
hará el sistema experto. Luego, en función de las respuestas obtenidas en el primer bloque de
preguntas se pasará al segundo, en el cuál las preguntas son más específicas (Tabla 2).
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 Sistema
Al final de todas las preguntas el sistema experto evalúa el tipo de plaga que se ajusta a las
características brindadas por el usuario. En la evaluación realizada al sistema experto, este ha
determinado que el agente patógeno presente en las plantaciones es la QUEREZA.
Capítulo 5 CONCLUSIONES Y NUEVAS PROPUESTAS
Es 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 un
sistema normal y un sistema experto.
Figura 5.1: Comparación entre sistema tradicional y sistema experto
Ahora una posible mejorar a todo esto sería expandir el contexto de aplicación de
SKADEDJUR al proceso de cosecha, así como las tareas que esto implica ya que también
requieren ciertas recomendaciones en función de los recursos de que dispone el agricultor y sus
objetivos de venta. Una posible ampliación de SKADEDJUR a este proceso sería de vital
importancia para el sector agrícola de la región pues permitiría competir a nuestros agricultores
en los mercados externos, ya que el tamaño, calidad y mantenimiento de la tara en buenas
condiciones harán de esta un producto de mayores niveles de calidad y estandarización en el
mercado internacional.
BIBLIOGRAFÍA
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DE SAN SIMÓN, Cochabamba, Julio de 2003. [2] Informática de Gestión, “Introducción a la I.A.”, Universidad Nacional de Educación a Distancia,
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