農(nóng)業(yè)信息技術

農(nóng)業(yè)信息技術發(fā)展前景南京農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)信息技術研究所

主要內(nèi)容

農(nóng)業(yè)信息技術的定義和特征

農(nóng)業(yè)信息技術的重要意義農(nóng)業(yè)信息技術的主要領域農(nóng)業(yè)信息技術的前景展望一、農(nóng)業(yè)信息技術的定義和特征

1、農(nóng)業(yè)信息技術的定義

信息技術：

研究信息的產(chǎn)生、采集、存儲、交換、傳遞、處理及利用的高新科技領域。隨著計算機、通信、人工智能等高新技術的迅速發(fā)展，信息技術正在對社會、經(jīng)濟和生活環(huán)境產(chǎn)生強大和深遠的影響

農(nóng)業(yè)信息技術：

信息技術與農(nóng)業(yè)科技的結(jié)合為農(nóng)業(yè)信息技術，或信息農(nóng)業(yè)。農(nóng)業(yè)信息技術是在信息科學和農(nóng)業(yè)科學不斷發(fā)展的推動下建立起來的新興科技領域

著重研究農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中生物、土壤、氣候、經(jīng)濟和社會等信息的綜合管理和利用，通過建立智能化信息系統(tǒng)或決策支持系統(tǒng)，為不同層次的用戶提供單機決策或網(wǎng)絡系統(tǒng)服務2、農(nóng)業(yè)信息技術的特征和作用

特征：農(nóng)業(yè)信息技術具有8個基本特征：系統(tǒng)化、模型化、信息化、知識化、可視化、產(chǎn)品化、網(wǎng)絡化、全球化

作用：農(nóng)業(yè)信息技術使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)從定性理解到定量分析、概念模式到模擬模型、專家經(jīng)驗到優(yōu)化決策，實現(xiàn)定時、定量、定位的智能化農(nóng)作管理

二、農(nóng)業(yè)信息技術的重要意義

1、農(nóng)業(yè)信息技術是農(nóng)業(yè)新科技革命的先導科技進步是第一生產(chǎn)力，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本動力，是當代世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的大趨勢農(nóng)業(yè)新科技革命的主要領域：生物技術、信息技術、環(huán)境技術、材料技術等，其中，生物技術是核心，信息技術是先導二十一世紀是社會高度信息化、經(jīng)濟高度知識化的時代，農(nóng)業(yè)信息化是農(nóng)業(yè)迎接知識經(jīng)濟挑戰(zhàn)和推動農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的重大戰(zhàn)略2、農(nóng)業(yè)信息技術是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的標志農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)是一個復雜的多因子動態(tài)系統(tǒng)，受氣象（年份和季節(jié)）、土壤、品種及技術措施等不同因素的綜合影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)表現(xiàn)為顯著的時空變異性、區(qū)域性、分散性，較低的穩(wěn)定性和可控性生產(chǎn)管理以定性或半定量的經(jīng)驗知識為主，定量化、科學化和規(guī)范化程度差

（1）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的特點（2）現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的基本特征高新技術的支持和驅(qū)動產(chǎn)業(yè)領域的拓展和深化生產(chǎn)組織的區(qū)域化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)的生產(chǎn)目標可持續(xù)發(fā)展的平衡體系

90年代以前：農(nóng)業(yè)的機械化、化學化、水利化、電器化（小四化）

90年代以后：現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)設施、現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)科技、現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)管理

農(nóng)業(yè)信息技術是農(nóng)業(yè)信息化的載體、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的標志。信息農(nóng)業(yè)的到來使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不再是以經(jīng)驗為主的粗放型的生產(chǎn)活動，而是與高科技結(jié)合的有序化、定量化、規(guī)范化、科學化的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)

（3）現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要指標三、農(nóng)業(yè)信息技術的主要領域

1、農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)

內(nèi)容：農(nóng)業(yè)資源環(huán)境，種植業(yè)結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)設施與技術，產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后動態(tài)，農(nóng)業(yè)科技成果等各類信息，提供全方位的農(nóng)業(yè)信息咨詢。如作物生產(chǎn)信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫包括：氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、品種遺傳參數(shù)、管理技術資料、區(qū)域性栽培知識、歷史苗情與產(chǎn)量、生產(chǎn)條件和水平等

特點和作用：通過數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)化、標準化和信息化可以形象而及時地傳播各類實用的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識、信息和農(nóng)業(yè)高新技術成果，從而極大地促進科技成果的推廣和應用，并提高廣大農(nóng)民和農(nóng)村干部的科技文化素質(zhì)

2、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型和預測系統(tǒng)

內(nèi)容：能夠定量描述農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)相關成分及過程間的相互關系，著重建立農(nóng)業(yè)生物－環(huán)境－技術系統(tǒng)的計算機模擬模型，從而動態(tài)預測系統(tǒng)的行為和結(jié)果。如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的作物生長模型、農(nóng)業(yè)氣象模型、養(yǎng)分利用模型、水分平衡模型、病蟲草害模型、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模型等

特點：系統(tǒng)性、動態(tài)性、機理性、預測性

作用：農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬模型具有綜合知識、定量關系、測驗假說、動態(tài)預測和支持決策的功能，從而促進了生產(chǎn)系統(tǒng)的定性描述向定量分析的轉(zhuǎn)化過程，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理決策提供了量化的科學工具

氣象資料、土壤環(huán)境、品種參數(shù)、技術措施冠層輻射與吸收階段發(fā)育（發(fā)育期、物候期）形態(tài)發(fā)育(頂端發(fā)育動態(tài)、器官發(fā)生動態(tài))光合作用（單葉光合作用、冠層光合作用）呼吸作用（維持呼吸、生長呼吸）同化物積累同化物分配

器官生長（綠色面積、莖鞘、根系、穗的生長）水分效應（保持、滲漏、吸收、蒸散）養(yǎng)分效應（氮、磷、鉀轉(zhuǎn)化、吸收、積累）產(chǎn)量形成品質(zhì)形成水分豐缺因子養(yǎng)分豐缺因子WheatGrow小麥生長模型結(jié)構(gòu)示意圖RelativevernalizationeffectivenessTemperaturew.w.

s.w.注：s.w.代表強春性小麥，w.w.代表強冬性小麥 PDTi+f1(PVT)*f2(PS)*f3(TS)*IE PDTi≤26.8PDTi+1= PDTi+f3(TS) 26.8≤PDTi≤39 PDTi+f3(TS)*FDF 39≤PDTi≤56全生育期生理發(fā)育時間的計算（最適發(fā)育條件下的時間尺度）3、農(nóng)業(yè)管理決策支持系統(tǒng)

內(nèi)容：基于模擬模型的決策支持系統(tǒng)、基于知識規(guī)則的專家系統(tǒng)、基于模擬模型和知識系統(tǒng)的智能決策支持系統(tǒng)等不同類型。系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識庫和推理機為基礎。其中知識庫包括領域?qū)＜矣脕斫鉀Q生產(chǎn)問題的定性、定量知識；推理機控制整個程序的運行，根據(jù)知識庫進行綜合推理和決策

特點和作用：基于規(guī)則的專家系統(tǒng)以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的專家經(jīng)驗和知識為基礎，通過知識工程的途徑，建立知識庫與推理機以指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的管理決策。具有較強的實用性和決策能力，但缺少模擬模型的機理性和動態(tài)性，系統(tǒng)的時空適應性和應變能力差

模擬模型對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)具有較強的解釋性和預測性，但模擬模型必需與知識模型及專家系統(tǒng)相結(jié)合，才能實現(xiàn)良好的決策功能。因此，需要將模擬模型的動態(tài)預測功能和專家系統(tǒng)的推理決策功能相結(jié)合

小麥栽培管理知識模型播前栽培方案品種選擇播期確定產(chǎn)量與品質(zhì)基本苗確定主要生育指標(冬前莖蘗數(shù)、最高莖蘗數(shù)、最大LAI)肥料運籌(N、P、K量、有機/無機比、基/追肥比)水分管理效益分析實時動態(tài)指標主莖葉齡葉面積指數(shù)莖蘗動態(tài)籽粒生長干物質(zhì)積累花粒發(fā)育春化特性、抗病性、產(chǎn)量要求、品質(zhì)要求溫光水條件、土壤肥力、生產(chǎn)條件與水平、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)溫光條件、土壤肥力、播種方式、品種、產(chǎn)量溫光條件、播期、產(chǎn)量土壤肥力、播種方式土壤肥力（全NPK、速效NPK含量及利用率）、肥料利用率、產(chǎn)量水平溫光條件、土壤肥力、播期、播種方式、品種、產(chǎn)量土壤水分、降雨量、產(chǎn)量與需水量、灌溉條件種子、肥料、農(nóng)藥、技術咨詢、人力、農(nóng)用工具投入、產(chǎn)量基于知識模型的小麥管理決策支持系統(tǒng)產(chǎn)量、品質(zhì)目標及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的預測品質(zhì)目標產(chǎn)量目標畝穗數(shù)穗粒數(shù)千粒重播前方案設計品種播期密度肥料運籌N、P、K肥總量N、P、K肥基追比有機與無機氮的比例播期分蘗期越冬期返青期拔節(jié)期孕穗期開花期灌漿期成熟期葉齡葉面積指數(shù)莖蘗數(shù)干物質(zhì)綜合效益分析物質(zhì)投入人工投入成本核算效益分析系統(tǒng)維護數(shù)據(jù)庫的增加、刪改程序系統(tǒng)的維護理想生育期預測主要生育指標的預測方案設計原理圖產(chǎn)量目標

品種產(chǎn)量結(jié)構(gòu)品質(zhì)指標播種期播種量肥料運籌生育指標知識模型達到產(chǎn)量目標模擬模型生成栽培方案合理YNNY氣象土壤資料動態(tài)調(diào)控流程圖方案執(zhí)行明顯偏離曲線？偏離曲線？重新設計方案或觀測資料修正專家曲線

結(jié)果輸出YNNY模型預測or栽培調(diào)控知識模型設計的栽培方案4、農(nóng)業(yè)空間信息系統(tǒng)（3S技術）

內(nèi)容：

遙感（RemoteSensing,RS）地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem,GIS）全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem,GPS）

遙感：主要指在空間和地面平臺上，運用各種傳感器獲取地表的信息，通過數(shù)據(jù)的傳輸和處理，從而研究地面物體的特性及關系，是調(diào)查、監(jiān)測和分析環(huán)境、資源、災害的有效手段。例如，高空遙感可成功地進行大面積的作物長勢監(jiān)測和產(chǎn)量預報，地面遙感可輔助診斷作物的養(yǎng)分和水分狀況（光譜反射特征分析）地理信息系統(tǒng)：處理空間信息的軟件系統(tǒng)，能夠儲存、管理、集成和處理各種來源的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，進行空間數(shù)據(jù)分析、預測預報、地理作圖、輔助決策等，特別適用于組織、分析和圖示同一區(qū)域內(nèi)各種類型的空間信息資料。如用于區(qū)域性土壤與氣象資源管理以及作物地理適應性分析等

全球定位系統(tǒng)：一種全氣候、高精度、全球性無線電導航定位系統(tǒng)。它利用地球上空的24顆通訊衛(wèi)星和地面上的接收系統(tǒng)而形成全球范圍的定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)是精確農(nóng)業(yè)技術體系的關鍵部分，主要用于確定物體的時空位置和運行路線

作用：3S技術的綜合運用在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)探查、評價、管理和決策等方面具有不可替代的作用，與農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型的結(jié)合可以建立全新的智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間信息系統(tǒng)。例如，基于3S技術、智能化機械裝備技術及作物管理決策系統(tǒng)的精確農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，有助于推進規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理和農(nóng)事操作的信息化和精確化

5、虛擬農(nóng)業(yè)

內(nèi)容：虛擬農(nóng)業(yè)是建立在可視化技術和虛擬現(xiàn)實技術基礎上的一種仿真農(nóng)業(yè)

可視化技術主要運用計算機圖形圖像處理技術，將復雜的科學現(xiàn)象和自然景觀等圖形化，便于理解現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)規(guī)律和傳播知識

虛擬現(xiàn)實技術是一種由計算機生成的高級人機交互系統(tǒng)，構(gòu)成一個可感知的計算機環(huán)境，實現(xiàn)觀測、觸摸、操作、檢測等模擬試驗，達到身臨其境之感

特點和作用：虛擬作物主要是采用高效的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來監(jiān)測農(nóng)業(yè)環(huán)境因素變化與相應的作物生長發(fā)育動態(tài)，研究作物形態(tài)與環(huán)境關系的量化作用規(guī)律，應用面向?qū)ο蟮某绦蛟O計思想和可視化技術建立作物形態(tài)模型。虛擬作物系統(tǒng)對于探索作物理想株型、優(yōu)化生長調(diào)控措施、構(gòu)建植物形態(tài)及園林設計、虛擬實驗教學等具有重要的應用價值。以虛擬作物為基礎的農(nóng)作生產(chǎn)系統(tǒng)，稱為虛擬農(nóng)業(yè)

6、精確農(nóng)業(yè)

定義：精確農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)信息技術與機械裝備技術的集成應用。是一種基于農(nóng)田小區(qū)環(huán)境的差異性，定時、定位、定量地實施投入的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理技術。能按田間每一操作單元的具體條