南农信息农业技术复习资料

授课内容农业数据库技术农业系统模拟技术地理信息系统农业信息监测技术专家系统虚拟植物与虚拟农业精确农业决策支持系统发展趋势与展望国家信息农业工程技术中心（NETCIA，简称中心）于2010年11月由江苏省经济与信息化委员会推荐，国家工业和信息化部批准组建，是专门从事信息农业与精确农业技术创新、系统集成、转化应用的国家级研发机构。研发方向:“农情信息监测诊断”“农业生产系统模拟”“农业精确管理决策”“信息产品研制开发”2011年12月18日国家信息农业工程技术中心成立信息农业重点实验室实验室的主要研究任务是综合运用现代信息技术，结合农学理论与方法，研究农业系统中信息获取、处理、管理、利用的关键技术及相应的应用平台和服务系统，为江苏信息农业与数字农业的发展提供技术支持和示范应用。推荐书籍农业信息学（曹卫星）数字农作技术农业系统分析与模拟高光谱遥感——原理，技术及应用环境遥感模型与应用现代遥感导论农业信息化技术导论农业定量遥感基础与应用作物系统模拟及智能管理专家系统基本原理与研制技术地理信息系统基本原理及应用精确农业基础硬件介绍GPS和GIS的耦合（采用GPS的异步串行（COM端口）传送方式，可以从不同型号的GPS接受机，将NMEA-0183协议输出的数据采集到微机，并通过GIS控件将接收到的GPS大地坐标系转换成为北京9514参心坐标系，进行高斯投影生成电子地图。）根系分析仪器（根置入水中——生理活性，色差扫描）RNDVI和GNDVI？？？软件介绍MapInfoARCVIEWENVIERDAS应用系统？？信息农业的发展背景农业科学理论与技术→信息技术信息农业的形成过程模型（模拟模型/专家系统/知识模型）→GIS→RSGPS→精确农业信息：是客观实体运动状态和运动过程的抽象描述。信息技术或科学：对信息的获取、处理、传输和输出等过程进行系统的研究和利用。从20世纪中期信息科学诞生起，信息技术发展迅速，微型计算机和互连网的广泛应用标志着人类社会的发展进入到信息社会的新时代。农业科学理论与技术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、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、管理经验性、以及较差的定量化和规范化程度。从而使得农业生产管理专家用常规技术难以综合考虑和把握多因子互作并有效利用农业信息和量化管理技术措施。现代农业科学理论与技术的成功研究和应用：优质、高产、高效、生态、安全农业产业理论与技术；规范化、标准化、定量化农业技术与理论。信息农业的形成过程信息技术在世界农业领域的应用始于20世纪70年代末，近20余年尤其在90年代发展较快，以作物生长模拟模型(CropGrowthSimulationModel)的成功研制和应用为突出代表。农业模拟模型着重利用系统分析方法和计算机模拟技术，对农业系统中生物与非生物过程及其与环境和技术的动态关系进行定量描述和预测。国际上公认较为优秀且应用广泛的作物生长模拟模型有美国的CERES系列模型和荷兰的通用作物生长模型SUCROS和澳大利亚的APSIM等。作物生长模拟模型可以连续动态模拟作物生长过程及其与气候、土壤环境和管理措施的关系，为不同条件下的作物生长预测提供了有力的定量化工具。作物生长模拟模型难以表达许多经验性及半定量的农作生产理论和技术，不能实现智能化管理决策。专家系统恰好可以弥补模拟模型的不足。将模拟模型和专家系统相结合，则可以充分发挥二者的优点，实现预测功能和决策功能的统一。近10年来，江苏省信息农业高技术研究重点实验室综合运用知识工程原理和系统建模技术，构建具有时空规律的动态知识模型系统，可用于对不同条件下的农作生产方案及管理调控指标进行数字化设计。该成果获得了2008年国家科技进步二等奖。遥感，遥远的感知，它是从不同高度的遥感平台（Platform）上，使用各种传感器（RemoteSensor），接收来自地球表层各类地物的各种电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，从而对不同的地物及其特性进行远距离的探测和识别的综合技术。20世纪80年代，遥感（RemoteSensing,RS）在农业上的应用主要是遥感估产，目前，遥感技术已广泛应用于农业资源、环境与农业生产过程的监测。遥感资料的获取具有其固定的周期，且遥感图像的解译受到天气状况的显著影响，加上高分辨率遥感资料的价格比较昂贵，目前越来越多的科学家开始利用地面遥感技术来研究农情信息的实时无损获取。GIS（地理信息系统）：为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的管理系统。丰富的信息数据催生了地理信息系统（GeographicInformationSystem,GIS）。1963年加拿大测量学家R.F.Tomlinson建立了世界上第一个GIS，随后GIS迅速发展起来，至80年代GIS技术趋于成熟，出现了ARC/INFO、TIGRIS等具有代表性的软件，GIS开始被广泛应用于组织、分析和图示某一区域内各种类型的农业空间信息资料。作物生长模拟模型框架结构作物管理知识模型的框架结构生理发育时间(PDT)光周期效应热效应阶段发育叶片茎鞘根再分配(碳氮)发育速率养分丰缺因子N,P,K养分平衡水分关系动态水分丰缺因子气象因子、土壤条件、品种特性、管理措施光合作用生长呼吸维持呼吸同化物汇籽粒产量与品质生物量分配(碳氮)LAI叶龄穗子气象因子土壤特性生产水平品种选择产量和品质目标N、P、K总施用量有机氮与无机氮的比例基肥与追肥的比例肥料运筹水分管理灌排时间灌排量播期移栽期基本苗播种量移栽密度90年代以来，GIS与作物系统模型及专家系统的结合取得了很大的成功。国际上提出了基于模型和GIS的农业决策支持系统。如美国和荷兰。在北美、西欧和澳大利亚等国家，“3S”技术与作物模型、智能决策、控制系统的集成促进了精确农业的发展，初步建立和示范了基于农田空间差异的变量投入技术体系。精确农业：借助3S技术，掌握农业生产的环境条件（作物、土壤、气象等），通过计算机管理决策系统（包括模拟模型、农业专家系统、决策支持系统等）进行处理分析，定时、定量和定位制定农业生产管理措施并定位实施。近年来，国际上数字农业概念的形成预示着21世纪的农业将呈现出一个以数字化为特征的崭新面貌。数字农业(DigitalAgriculture)是用数字化技术，按人类需要的目标，对农业所涉及的对象和全过程进行数字化表达、设计、控制、管理，是数字地球理论与知识在农业上的应用。我国农业信息技术的研究和应用起步较晚，但发展很快。特别是近5年来，围绕信息农业关键技术和应用系统的研究开发工作取得了重大进展，一些省份和地区也纷纷加大农业信息化工程建设与示范应用的力度，尤其在区域性农业生产管理专家系统的开发和推广方面，取得了显著的社会经济效益。第一节信息农业的形成第二节信息农业的定义＊第三节信息农业研究的关键技术＊第四节信息农业的应用一、信息农业的定义*二、信息农业的内涵*三、信息农业的基本特征信息农业的定义信息学是研究信息的产生、获取、存储、运输、处理、利用及其运动规律的科学和技术。农业信息化就是应用信息技术对农业科技领域、农业生产领域和农业流通领域进行提升和改造的一种活动和过程。农业信息技术就是在这种改造活动中所应用和发展的农业技术和信息技术相结合的横断技术。*农业信息学或信息农业：以农业科学的基本理论为基础，以农业生产活动信息为对象，以信息技术为支撑，进行农业信息采集、处理、分析、存储、传输等具有明确时空尺度和定位含义的农业信息管理与决策，研究和解决农业生产活动信息变化规律的科学。信息农业的内涵*信息农业体系内涵应由理论基础、关键技术、应用系统这三方面组成。农业信息学的理论基础：涉及到信息科学、计算机科学、地球科学、生态学、土壤学、农学等多个学科领域。农业信息学的关键技术体系：包括农业信息获取、信息处理、信息模拟、信息控制等四个主要方面。农业信息学的应用系统：以农业信息学的关键技术为基础，以农业产业的应用领域为服务对象，以农业信息流为主线，定量描述整个农业生产系统的过程及其与环境资源和社会经济的关系，实现农业生产系统分析、设计管理、决策调控的信息化和智能化，并广泛应用于优化资源配置，动态监测农情，预测作物产量，设计生产方案，实施精确管理等多个农业产业领域。信息农业的特征系统化模型化知识化智能化可视化网络化目标：定性理解到定量分析概念模式到数字模型专家经验到优化决策定时、定量、定位信息农业研究的关键技术*农业数据库农业信息监测农业空间信息管理农业系统模拟农业人工智能农业管理决策农业信息服务信息农业的作用解决中国13亿人口的温饱问题。实现定时、定量、定位的智能化农作管理。实现优质、高产、高效、生态、安全农业。单项农业技术的突破会带来农产品产量的大幅度提高，但面对农业系统这样一个复杂的巨系统，如何使食物安全之下的社会、经济、生态协调发展，却是任何一项单项技术所不能解决的。通过对农业系统活动中所产生的信息的掌握、分析和处理来解决农业与经济的关系、农业与生态的关系、农业与社会发展的关系是一条切实可行的高技术途径。农业信息学的应用实践可以概括为以下五个方面：农业资源和农情动态的无损化监测农作产量与生产力的数字化预测农业生产的智能化决策精确农业的集成化示范农业温室的自动化控制重点内容信息农业的定义信息农业的内涵信息农业研究的关键技术第一节农业数据库的概念、功能与特征一、数据库的概念及组成（数据库：由相互关联的数据集合所组成。＊数据库管理系统（DBMS）：可以用来管理并与数据库相互作用的工具。数据库系统：基于数据库的计算机应用系统。它包括：以数据为主体的数据库。管理数据库系统的系统软件DBMS。支持数据库系统的计算机硬件环境和操作系统环境。管理和使用数据库系统的人。方便使用和管理系统的各种技术说明书和使用说明书。）＊三个不同的概念数据库强调的是数据。数据库管理系统强调的是系统软件。数据库系统强调的是数据库的整个运行系统。常用的数据库软件＊ACCESS（*.mdb）SQLSERVERVisualFoxpro（开发）MySQLOracleExcel(最基本）数据库管理系统的功能（存储数据；建立并维护数据结构；允许多个用户并发访问；加强安全性和保密性；允许提取和操作已存储的数据；实现数据录入和数据加载，提供对指定数据快速提取的高效索引机制；通过备份和恢复过程保证数据免遭丢失。）数据库管理员的功能数据库管理员（简称DBA）：专门用来对数据库中的数据进行管理和维护的人。数据库管理员的主要职能：（1）负责数据库核心及其开发工具的安装和升级；（2）为数据库系统分配存储空间并规划未来的存储需求；（3）负责建立基本的数据库存储结构；（4）协助开发者建立基本的对象（表、视图、索引）。（5）负责注册用户并维护系统的安全性；（6）监控用户对数据库的存取；（7）监控并优化数据库的性能；（8）负责数据库系统的备份和恢复。现已经开发出的DBMS可粗略分为以下几类：（1）层次DBMS以树形结构存储数据，它假定数据之间的父-子关系。树的顶端称为根，它可能有很多后代。后代又有任意多个下一代等等。层次数据库现在已经消失。（2）网络DBMS以记录和链接的形式存储数据。这样的系统使多对多关系比层次DBMS更灵活。网络DBMS允许使用复杂的数据结构，但非常不方便。（3）关系DBMS（RDBMS）具备数据库可能有的最简单结构。在RDBMS中，数据被组织成表，而表又由记录组成，记录由字段（域）组成。每个字段对应一个数据项。如果表又有一个或多个共同字段，则两个以上的表可能链接（联结）在一起。RDBMS易于使用并在过去几十年中流行开来。（4）面向对象的DBMS用于处理数字和词之类的数据。近几年，已出现面向对象的DBMS。这些系统可以处理视频、图像、图片等之类的对象。二、农业数据库＊农业数据库定义：是一种有组织地动态存储、管理、重复利用、分析预测一系列有密切联系的农业方面的数据集合的计算机系统。主要农业数据库类型：1、大型关系数据库主要使用的产品有SYBASE、ORACLE，采用Client/Se