農(nóng)業(yè)信息技術(shù)

農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展前景南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究所

主要內(nèi)容

農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的定義和特征

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

1、農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的定義

信息技術(shù)：

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(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)、通信、人工智能等高新技術(shù)的迅速發(fā)展，信息技術(shù)正在對社會、經(jīng)濟(jì)和生活環(huán)境產(chǎn)生強(qiáng)大和深遠(yuǎn)的影響

農(nóng)業(yè)信息技術(shù)：

信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)科技的結(jié)合為農(nóng)業(yè)信息技術(shù)，或信息農(nóng)業(yè)。農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是在信息科學(xué)和農(nóng)業(yè)科學(xué)不斷發(fā)展的推動(dòng)下建立起來的新興科技領(lǐng)域

著重研究農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中生物、土壤、氣候、經(jīng)濟(jì)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(jī)決策或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)服務(wù)2、農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的特征和作用

特征：農(nóng)業(yè)信息技術(shù)具有8個(gè)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(luò)化、全球化

作用：農(nóng)業(yè)信息技術(shù)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(yàn)到優(yōu)化決策，實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定量、定位的智能化農(nóng)作管理

二、農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的重要意義

1、農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是農(nóng)業(yè)新科技革命的先導(dǎo)科技進(jìn)步是第一生產(chǎn)力，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本動(dòng)力，是當(dāng)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(lǐng)域：生物技術(shù)、信息技術(shù)、環(huán)境技術(shù)、材料技術(shù)等，其中，生物技術(shù)是核心，信息技術(shù)是先導(dǎo)二十一世紀(jì)是社會高度信息化、經(jīng)濟(jì)高度知識化的時(shí)代，農(nóng)業(yè)信息化是農(nóng)業(yè)迎接知識經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)和推動(dòng)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的重大戰(zhàn)略2、農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多因子動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，受氣象（年份和季節(jié)）、土壤、品種及技術(shù)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(shí)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(yàn)知識為主，定量化、科學(xué)化和規(guī)范化程度差

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

90年代以前：農(nóng)業(yè)的機(jī)械化、化學(xué)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(shè)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(shù)是農(nóng)業(yè)信息化的載體、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)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(yàn)為主的粗放型的生產(chǎn)活動(dòng)，而是與高科技結(jié)合的有序化、定量化、規(guī)范化、科學(xué)化的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)

（3）現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要指標(biāo)三、農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的主要領(lǐng)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(shè)施與技術(shù)，產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后動(dòng)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(shù)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(diǎn)和作用：通過數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化可以形象而及時(shí)地傳播各類實(shí)用的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識、信息和農(nóng)業(yè)高新技術(shù)成果，從而極大地促進(jìn)科技成果的推廣和應(yīng)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(yù)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(guān)成分及過程間的相互關(guān)系，著重建立農(nóng)業(yè)生物－環(huán)境－技術(shù)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬模型，從而動(dòng)態(tài)預(yù)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(jì)模型等

特點(diǎn)：系統(tǒng)性、動(dòng)態(tài)性、機(jī)理性、預(yù)測性

作用：農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬模型具有綜合知識、定量關(guān)系、測驗(yàn)假說、動(dòng)態(tài)預(yù)測和支持決策的功能，從而促進(jìn)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(xué)工具

氣象資料、土壤環(huán)境、品種參數(shù)、技術(shù)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(dòng)態(tài)、器官發(fā)生動(dòng)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(yīng)（保持、滲漏、吸收、蒸散）養(yǎng)分效應(yīng)（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(qiáng)春性小麥，w.w.代表強(qiáng)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(shí)間的計(jì)算（最適發(fā)育條件下的時(shí)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(jī)為基礎(chǔ)。其中知識庫包括領(lǐng)域?qū)＜矣脕斫鉀Q生產(chǎn)問題的定性、定量知識；推理機(jī)控制整個(gè)程序的運(yùn)行，根據(jù)知識庫進(jìn)行綜合推理和決策

特點(diǎn)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(yàn)和知識為基礎(chǔ)，通過知識工程的途徑，建立知識庫與推理機(jī)以指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的管理決策。具有較強(qiáng)的實(shí)用性和決策能力，但缺少模擬模型的機(jī)理性和動(dòng)態(tài)性，系統(tǒng)的時(shí)空適應(yīng)性和應(yīng)變能力差

模擬模型對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的解釋性和預(yù)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(shí)現(xiàn)良好的決策功能。因此，需要將模擬模型的動(dòng)態(tài)預(yù)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(biāo)(冬前莖蘗數(shù)、最高莖蘗數(shù)、最大LAI)肥料運(yùn)籌(N、P、K量、有機(jī)/無機(jī)比、基/追肥比)水分管理效益分析實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)指標(biāo)主莖葉齡葉面積指數(shù)莖蘗動(dòng)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(shù)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(biāo)及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的預(yù)測品質(zhì)目標(biāo)產(chǎn)量目標(biāo)畝穗數(shù)穗粒數(shù)千粒重播前方案設(shè)計(jì)品種播期密度肥料運(yùn)籌N、P、K肥總量N、P、K肥基追比有機(jī)與無機(jī)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(hù)數(shù)據(jù)庫的增加、刪改程序系統(tǒng)的維護(hù)理想生育期預(yù)測主要生育指標(biāo)的預(yù)測方案設(shè)計(jì)原理圖產(chǎn)量目標(biāo)

品種產(chǎn)量結(jié)構(gòu)品質(zhì)指標(biāo)播種期播種量肥料運(yùn)籌生育指標(biāo)知識模型達(dá)到產(chǎn)量目標(biāo)模擬模型生成栽培方案合理YNNY氣象土壤資料動(dòng)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(shè)計(jì)方案或觀測資料修正專家曲線

結(jié)果輸出YNNY模型預(yù)測or栽培調(diào)控知識模型設(shè)計(jì)的栽培方案4、農(nóng)業(yè)空間信息系統(tǒng)（3S技術(shù)）

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(yùn)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(guān)系，是調(diào)查、監(jiān)測和分析環(huán)境、資源、災(zāi)害的有效手段。例如，高空遙感可成功地進(jìn)行大面積的作物長勢監(jiān)測和產(chǎn)量預(yù)報(bào)，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(jìn)行空間數(shù)據(jù)分析、預(yù)測預(yù)報(bào)、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(yīng)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(dǎo)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(shù)體系的關(guān)鍵部分，主要用于確定物體的時(shí)空位置和運(yùn)行路線

作用：3S技術(shù)的綜合運(yùn)用在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)探查、評價(jià)、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(shù)、智能化機(jī)械裝備技術(shù)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(jìn)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(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)上的一種仿真農(nóng)業(yè)

可視化技術(shù)主要運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)，將復(fù)雜的科學(xué)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(shí)技術(shù)是一種由計(jì)算機(jī)生成的高級人機(jī)交互系統(tǒng)，構(gòu)成一個(gè)可感知的計(jì)算機(jī)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)觀測、觸摸、操作、檢測等模擬試驗(yàn)，達(dá)到身臨其境之感

特點(diǎn)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(yīng)的作物生長發(fā)育動(dòng)態(tài)，研究作物形態(tài)與環(huán)境關(guān)系的量化作用規(guī)律，應(yīng)用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想和可視化技術(shù)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(shè)計(jì)、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)等具有重要的應(yīng)用價(jià)值。以虛擬作物為基礎(chǔ)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(shù)與機(jī)械裝備技術(shù)的集成應(yīng)用。是一種基于農(nóng)田小區(qū)環(huán)境的差異性，定時(shí)、定位、定量地實(shí)施投入的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理技術(shù)。能按田間每一操作單元的具體條