农业信息技术与应用PPT(共63页)

农业信息技术与应用河南农业大学农学院熊淑萍2020年2月一．农业信息技术形成的背景二．农业信息技术的概念与主要技术三．农业信息技术的发展应用四．农业信息技术与新农村建设一、农业信息技术的形成背景当今世界，以计算机多媒体、光纤和通讯卫星等技术为主要特征的信息化浪潮正席卷全球。信息技术以其广泛的影响和巨大的生命力成为当今世界发展最为迅猛的科技领域,并广泛渗透到人类社会的各个方面。信息化水平已成为衡量一个国家和地区现代化水平的重要标志。•2004年一号文件：信息化：服务体系•2005年一号文件：信息化：加强农业信息化建设（加快…信息技术的研究，电子商务）•2006年一号文件：信息化：要积极推进农业信息化建设，充分利用和整合涉农信息资源，强化面向农村的广播电视电信等信息服务，重点抓好“金农”工程和农业综合信息服务平台建设工程。•2007年一号文件：现代社会（水利化、机械化、信息化）–加快农业信息化建设。用信息技术装备农业，对于加速改造传统农业具有重要意义……..鼓励有条件的地方在农业生产中积极采用全球卫星定位系统、地理信息系统、遥感和管理信息系统等技术。•2008年《中共中央国务院关于切实加强农村基础设施建设，进一步促进农业发展农民增收的若干意见》–强调：提出要走中国特色农业现代化道路。党和国家对农业信息化的高度重视•国信办的二号和九号文件–电子商务•农业部九大行动–农村信息服务体系建设、“金农工程”、“三电合一”、“百千万工程”•信息产业部的“十一五”规划–六“信”工程，第一就是“农信工程”•商务部–“信服”工程我国是农业大国，其农业从业人口和土地面积均占我国的大多数.农业产业系统是一个复杂而独特的多因子动态系统，受气象（年份和季节）、土壤、品种特性、技术措施、社会需求等不同因素的影响，因而具有显著的时空变异性、区域分散性、管理经验性、灾害突发性、市场多变性，以及较差的定量化和规范化程度。信息技术独特的优势农业发展的要求农业信息技术（一）农业信息技术•也叫“3C”技术，是指利用电子计算机和现代通信手段实现获取信息、传递信息、存储信息、处理信息和显示信息等的相关技术。•信息技术与农业的结合称之为农业信息技术（agriculturalinformationtechnology，AIT），也称为信息农业。•农业信息化二、农业信息技术的概念及其主要技术农业信息技术与农业信息化信息技术应用于农业生产、经营和管理的过程。不同历史发展阶段，农业信息化具有不同的内涵。目前，至少包括五个方面的内容:农业信息技术应用；农业信息资源；农业信息基础设施；农业信息安全；农业信息化环境。信息技术应用于农业生产、经营和管理所衍生的信息技术。如农业决策支持系统、农业专家系统、农用3S技术、精准农业、设施农业、虚拟农业和农产品电子商务等。农业信息技术农业信息化关键技术数据库技术系统模拟技术农业空间信息管理技术农业信息服务技术农业信息采集技术农业人工智能技术（二）主要技术自动控制技术系统虚拟技术1、农业数据库技术农业数据库建设是农业信息资源建设的重要手段，而信息资源建设是农业信息化工作的基础。2、农业信息采集技术农业信息监测是农业信息获取的主要内容，其主要技术原理是通过光谱遥感、红外成像、机器视觉、图象处理等手段，对农业土壤水分、土壤肥力（氮、磷、钾）、杂草、病虫害、作物苗情等农情状态进行实时无损监测和诊断，为农业生产预测预报和管理决策提供基础信息。河南农业大学·农学院2020年2月11日•遥感技术就是通过卫星或飞行器上安装的传感器，对地面目标进行监测分析的一项新技术。•分类：–根据工作平台层面区分：地面遥感、航空遥感（气球、飞机）、航天遥感（人造卫星、飞船）。–根据工作波段层面区分：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感。–根据传感器类型层面区分：主动遥感（微波雷达）、被动遥感（航空航天、卫星）。•在农业中的应用：–土地资源调查作物估产–灾情监测与预报作物病虫害监测与预报•遥感技术3、农业空间信息管理技术农业空间信息管理技术主要包括地理信息系统（GIS）技术和全球定位系统（GPS）技术。地理信息系统是对整个或部分地球表面空间中有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述表达的技术系统。•农业地理信息系统的主要应用：•1、农业资源管理主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如土地、森林、草场)分布、分级、统计、制图等问题。•2、土地信息系统和地籍管理土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助农业地理信息系统技术可以高效、高质量地完成这些工作。•3、生态、环境管理与模拟区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。•4、应急响应最佳路线的选择•5、农业基础设施管理灌溉设施的分布河南农业大学·农学院2020年2月11日农田地理信息系统：田块属性信息专题分析功能GPS是有24颗卫星组成的空间定位系统，可以在任何时间确定任何物体的三维空间坐标，即空间位置属性。农业上的应用包括：①空间变量信息采集的定位，如作物产量的定位计算等；②用于农田面积和周边的测量；③引导农业机械实施操作。需要指出，GPS通常与GIS和RS结合应用，组成“3S”技术，更能有效地发挥整体作用和效能。河南农业大学·农学院2020年2月11日精确变量喷药机精确变量灌溉设备河南农业大学·农学院2020年2月11日4、农业系统模拟技术与虚拟技术系统模拟的技术思想是，运用系统学原理，根据事物发生和演变的动态过程，对系统结构成分与系统环境之间的机理性关系进行定量描述和动态模拟。5、农业人工智能技术人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是研究人类智能规律，构造具有一定智能行为，以实现用电脑部分取代人脑劳动的综合性科学。人工智能的应用主要包括专家系统、神经网络、遗传算法等。在农业方面，以专家系统为代表的研究最多，取得了一系列的研究成果和应用效益。河南农业大学·农学院2020年2月11日6、农业管理决策技术农业管理决策技术关系到“生产什么”、“怎么生产”等直接影响农业增效、农民增收等重大问题。它是一个组织实施信息农业的领导决策和技术管理服务体系。根据职能可概分为农业宏观管理决策支持系统和农业生产管理决策支持系统。农业宏观管理决策支持系统主要是为国家或区域农业和农村经济的结构调整宏观决策服务，解决“生产什么”的问题，其决策依据是农业资源与环境条件、农村社会经济状况、农业科技发展和应用水平、国内外市场需求等综合信息。农业生产管理决策支持系统主要是为农业生产管理经营单位提供技术支持服务，解决“怎么生产”的问题，其内容包括农业生产管理信息服务系统、专家决策支持系统、生产力与效益分析系统等。7、农业信息服务技术农业信息服务是农业信息利用的主要内容，是组织实施信息农业的应用平台和服务体系，一般包括农业资源环境信息管理、农业系统监测评估、农业技术的推广与培训（远程教育）、农业电子商务等应用系统、。8、农业自动化技术•农业自动化技术就是通过计算机对来自于农业生产系统中的信息进行及时采集和处理，以及根据处理结果迅速地去控制系统中的某些设备、装置或环境，从而实现农业生产过程中的自动检测、记录、统计、监视、报警和自动启停等。•农业自动化技术在美国、西欧和日本已广泛应用于工厂化养殖、工厂化蔬菜花卉生产、仓库管理、环境监测与控制以及农产品精深加工中。如配合饲料全部生产流程的自动控制，日光温室中温湿度控制、灌溉、采收自动化控制。通过研制和使用农业机器人代替人从事一些繁重的农事操作，如苹果收获、挤奶、喷药、组织培养、作物育种等方面。三、农业信息技术的发展应用农业数据库技术作物生长模拟人工智能3S技术数字农业信息技术的不断发展管理信息系统、农业模型系统专家系统、决策支持系统在农业领域的广泛应用信息技术在农业领域的应用始于20世纪70年代末，数据库技术是应用最早至今仍是农业信息科学最重要的研究基础之一。早期研发成功联合国粮农组织的农业系统数据库(AGRIS)、国际食物信息数据库(IFIS)、美国农业部农业联机存取数据库（AGRICOLA）和国际农业生物中心数据库（CABI）四大农业数据库20世纪80年代，作物生长模拟模型、作物生产管理专家系统研究。美国的CERES系列模型和荷兰的通用作物生长模型SUCROS为典型代表20世纪80年代末，航空航天技术的快速发展和传感器性能的迅速提高，RS、GPS商业化和农业上的应用加快丰富的信息数据催生了地理信息系统(GIS)随后作物系统模型及专家系统的结合，弥补了模拟模型在管理决策功能方面的不足，实现预测功能和决策功能的统一20世纪90年代以来，管理信息系统、农业模型系统、专家系统、决策支持系统快速发展及应用精准农业国外农业信息技术发展现状世界农业信息技术的发展阶三个阶段新发展时期数据处理和知识处理科学计算20世纪90年代以来20世纪70-80年代20世纪50-60年代计算机、人工智能、网络和多媒体技术等美国美国农业人口已由50％以上减少到2％，而从事信息技术的劳动力在20世纪80年代初就已超过60％，依靠现代化方式经营的农业生产模式已经形成。美国国家农业统计局拥有200多万个家庭农场的基本数据资料库。对农作物进行种植面积和产量的调查与预测。美国已形成一套比较完整的农产品市场信息收集和发布体系，农产品市场信息的运用规范。从农场到市场、从农村到国家中央信息处理中心，已普遍使用了卫星定位技术。美国的精确农业在上世纪70年代起步。80年代初，美国已有精确农业概念的商业化应用。90年代，精确农业迅速发展成新的农业工业，并在世界范围内形成了科学的新的农业发展道路。以空间信息技术为核心，旨在实现精确、集约、节约、高效、优质、可持续。欧洲的现代农业以精细管理与生态安全为核心的大田种植业与GPS全球定位系统连接，推测土壤有机质等的含量。土壤电导率测定仪大型自走喷灌设备35－40公斤/平方米6个工人，8万平方米专家系统作物模型环境模型3个工人，600亩地，3000头猪，100头奶牛我国农业信息技术的应用实践1．农业资源和农情动态的无损化监测20世纪80年代以来，遥感技术最先用于农业环境资源调查、评价与规划研究。90年代开始研制与应用基于遥感监测的各类资源信息系统。基于空间遥感的土地利用和作物长势监测的研究也取得了突破性进展，小麦和水稻卫星遥感估产技术已经达到实用化的水平。2．农作产量与生产力的数字化预测作物生长模拟模型是当今最为活跃的农业前沿性研究领域之一，是数字农业的重要基础和关键技术。美国、荷兰、英国等国家在这方面的研究水平处于世界前列。国内的研究工作一方面引进国际上领先的作物模拟模型，另一方面，针对我国的特色开展相应的研究工作。3．农业生产的智能化决策专家系统在世界农业领域中的应用始于70年代末。经过20余年发展，农业专家系统的研制和应用已遍及农业灌溉施肥、栽培管理、植物保护、品种选育、产量预测、畜禽饲养和水产养殖等各方面，产生了良好的应用效果，并展示出广阔的发展前景。4．农业温室的自动化控制代表当今世界温室设施及温室自动监控系统最高水平的是由奥地利Ruttuner教授设计的Complexsystem和日本中央电力研究所推出的蔬菜工厂等。自上个世纪80年代开始，我国农业工程科技人员，相继开展了数字技术在温室设施中相关技术的研究。5．精确农业的集成化示范目前，在精确农业的支持技术方面，已有商品化产品和系统，主要包括GIS适用平台及农作物资源空间信息管理软件，作物生产决策支持系统，带GPS接收机、小区产量传感器和产量分布绘图装置的谷物联合收割机，自动变量调控的施药机、施肥机、播种机等。四农业信息技术与新农村建设（一）建设社会主义新农村产生的背景1.1992年，经济发展与农村流动人口增加，农村问题突显。1999年,北京大学林毅夫教授提出“新农村运动”概念。--农村自来水化、电气化、道路网为核心的基础设施建设2001年,