作物模型与决策支持系统研究进展

作物模型与决策支持系统研究进展汇报人：王文佳指导老师：冯浩汇报内容

作物模型简介1决策支持系统简介2模型优化及其发展趋势31作物模型简介1.1作物模型的定义1.2作物建模机理1.3作物模型的起源与发展1.3.1模型的起源1.3.2模型的发展历程1.3.3模型的发展现状1.4作物模型的评价及应用1.5存在的问题1.1作物模型的定义作物模型就是用系统分析方法和计算机模拟技术，对作物生长发育过程及其与环境的动态关系进行定量描述和预测。它具有系统性、动态性、机制性与预测性，更重要的是具有通用性，适用于任何地点、时间和品种，不受地区、时间、品种与栽培技术差异的限制。因而，作物生长模型在诸多领域得到了广泛的应用。1.2建模机理作物生产系统的状态在任何时刻都能够定量表达该状态中的各种物理、化学和生理机制的变化可用各种数学方程描述作物在较短时间间隔内物理、化学和生理过程不发生较大的变化可对一系列的过程（如光合、呼吸、蒸腾、生长等）进行估算，并逐时累加为日过程，再逐日累加为生长季，最后计算出整个生长期的干物质产量或可收获的作物产量。建模假设60~70年代80年代90年代~模型研制模型应用模型优化1.3作物模型的起源与发展1.3作物模型的起源与发展1965年，deWit对叶冠层的光合作用进行了研究，奠定了作物生长动态模拟模型基础。

20世纪60年代,由于已经能对植物生理过程（如冠层光能截获及光合作用）进行很好的数学描述，作物生长动态模拟模型的研究开始起步。同期，大型计算机的出现，推动了模型研究的迅速发展。另外，联合国教科文组织（UNESCO）的国际生物学计划（IBP,1964～1974）的实施,也极大地促进了作物模型研究工作的开展。起源荷兰ELCROSBACROSPHOTONARIDCROPSUCROSWOFOSTMACROSORYZALINTUL美国CERESCROPGRODSSATGOSSYMEPICCropSystALMANACCENTURY澳大利亚APSIM中国水稻（RCSODS）小麦（WCSODS）玉米（MCSODS）棉花（CCSODS）油菜（OCSODS）大豆（SCSODS）模型介绍1.3.1荷兰作物模型系列阶段模型简称模型全称特点探索阶段1965-1980ELCROSELementaryCROpSimulationdeWit第一个模型BACROSBasicCROpgrowthSimulation首次将呼吸作用引入模型PHOTONSimulationofPHOTOsynthesisandtranspiratioN精细考虑了气孔行为时间步长为秒AridCropAridCrop水分平衡模型面向实际应用阶段1980-1990SUCROSSimpleandUniversalCROpgrowthSimulationdeWit第一个概要模型WOFOSTWOrldFOodSTudies最早面向应用的模型之一MACROSModulesofanAnnualCROpSimulator为半湿润热带作物开发ORYZAoryza成功的水稻模型系列实际操作阶段LINTULLightINTerceptionandUtiLization空间尺度扩大时的简化模型DSSAT：模型中的贵族CERES：作物—环境—资源综合系统；CROPGRO：主要模拟豆类作物的生长、发育和产量形成过程；CANEGRO等。CropSyst：参数较少，更容易校准；ALMANAC:在EPIC的基础上增加了作物生长成分研制而成；CENTURY：评价农田生态系统土壤有机碳演变最有效的工具；GOSSYM/COMAX：美国棉花专家管理计算机模拟系统；AquaCrop：FAO最新推出模型，对土壤水分较为敏感。1.3.2美国作物模型系列APSIM（AgriculturalProductionSystemsIMulator）是澳大利亚系列作物模型的总称，是由APSRU小组在过去10多年内开发的。模拟核心突出的是土壤。土壤特征变量的连续变化被作为模拟的中心。目前对施肥、灌溉、土壤侵蚀、土壤氮素和磷素平衡、土壤温度、土壤水分平衡、溶质运移、残茬分解等过程均有相应模块。可以使用户选择模块配置一个自己的作物模型，模块之间的逻辑联系可以简单的通过模块的“拔插”来规定。用户友好的界面使非建模者在使用APSIM时非常容易。1.3.3澳大利亚作物模型系列1.3.4我国作物模型系列20世纪80年代初引进荷兰和美国的模型；1988年高亮之的水稻钟模型RICEMOD是国内自己推出的首个作物模型；中国将作物生长模型、栽培优化模型或知识模型与专家系统相结合，形成了CCSODS系列模型——作物计算机模拟优化决策系统。RCSODSCCSODSWCSODSMCSODSOCSODSSCSODSCCSODS系列模型1.4作物模型的评价与应用数值比较法描述性统计：平均值、中值、极值、变异系数等。均方根误差方法RMSE：度量模型值与实测值的相对差异程度。配对t检验一致性指数d(theindexofagreement)：检验模拟值和实测值的吻合度。相关系数r图形法令X为实测值，Y为模拟值，使用无截距直线拟合实测值和预测值，直线的斜率作为判断一致性的指标。MEI特性曲线1.4作物模型的评价与应用3、气候变化对农业生产的影响温度、降水、CO2浓度对作物布局和产量水平的影响预测气候对人类粮食供应的影响1、田间作物生产管理播种时间播种密度灌溉时间与次数肥料施用量4、农场经营管理和农业政策制定农场主制定最佳田间管理策略评价气候与市场风险对产量及利润的影响评价水土流失和污染情况制定农业政策和资源规划的依据2、基于模型的专家系统开发作物生长模型与专家系统结合准确性高应用范围广农业专家系统开发中的重要途经5、其他作物育种教学、技术培训科学研究等1.5作物模型存在的问题作物生理生态机理仍有待研究；冠层结构和光能利用率水分和养分的胁迫机制及定量模拟作物生长-土壤水-地下水耦合关系模型的开发缺乏统一的方法和标准，模型通用性差；空间问题处理能力有待加强；模型的可靠性和有效性检验存在困难；模型应用时，参数的获取、计算与估算方法仍很不完善。模型本土化仍存在诸多问题，应用效果不佳。2决策支持系统简介DSS的定义DSS的起源与发展DSS的起源DSS的发展历程DSS的发展趋势DSS的系统结构图DSS在我国的应用2.1

DSS的定义决策支持系统DSS（DecisionSupportSystem）是辅助决策者通过数据、模型和知识，以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的计算机应用系统。DSS是管理信息系统MIS

向更高一级发展而形成的。DSS为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，通过调用各种信息资源和分析工具，帮助决策者提高决策水平和质量。2.2

DSS的起源与发展1971年，Gorry.G.A和Scott.Morton首先提出决策支持系统的概念，为信息科学和管理工作者提供了一个工具。①20世纪70年代，DSS起步。主要标志是将交互式技术应用于管理任务；②70年代后期，DSS实现支持管理者做出判断。强调“支持过程”；③70年代末—80年代初，DSS开始流行。注重决策的“有效性”；④80年代中后期，实用DSS相继涌现。注重系统“柔性”；⑤近年来，DSS注重各种技术的综合运用。2.2

DSS的起源与发展新一代DSS主要向以下几个方向发展：群决策支持系统GDSS分布式决策支持系统DDSS智能决策支持系统IDSS决策与支持中心DSC综合决策支持系统SDSS发展趋势2.3

DSS的系统结构图2.4DSS在我国的应用①②③④⑤企业生产运作管理的决策⑥水资源调配与防洪预警系统政府宏观经济和公共管理产业规划与管理、资源开发与利用决策生态和环境控制系统以及自然灾害的预防系统金融系统的投资决策与风险分析与管理3模型优化及其发展趋势作物模型能预测作物生长发育过程及其与环境和技术的影响具有系统综合和预测的功能农业信息技术决策支持系统利用领域专家的经验知识进行推理决策具有直接的管理决策功能

难以直接进行生产系统决策地域性和经验型较强DSSATWhichmodelshouldIuse?模型的机理性不断加强模型的仿真性和可操作性日益增强模型的区域适用性和通用性增强作物模型的应用领域不断扩大与3S及互联网紧密结合3.1

模型优化3.2

模型发展趋势发展趋势与决策支持系统DSS结合与专家系统ES结合与天气发生器WG结合与大气环流模型GCMs结合与土壤侵蚀模型EPIC结合与3S技术结合3.3

相关信息各模型官网及相关论坛APSIMCENTURYAquaCropCropSystDSSATORYZAWOFOSTCERES六种期刊Field