农业信息技术

农业信息技术发展前景南京农业大学农业信息技术研究所

主要内容

农业信息技术的定义和特征

农业信息技术的重要意义农业信息技术的主要领域农业信息技术的前景展望一、农业信息技术的定义和特征

1、农业信息技术的定义

信息技术：

研究信息的产生、采集、存储、交换、传递、处理及利用的高新科技领域。随着计算机、通信、人工智能等高新技术的迅速发展，信息技术正在对社会、经济和生活环境产生强大和深远的影响

农业信息技术：

信息技术与农业科技的结合为农业信息技术，或信息农业。农业信息技术是在信息科学和农业科学不断发展的推动下建立起来的新兴科技领域

着重研究农业系统中生物、土壤、气候、经济和社会等信息的综合管理和利用，通过建立智能化信息系统或决策支持系统，为不同层次的用户提供单机决策或网络系统服务2、农业信息技术的特征和作用

特征：农业信息技术具有8个基本特征：系统化、模型化、信息化、知识化、可视化、产品化、网络化、全球化

作用：农业信息技术使得农业生产系统从定性理解到定量分析、概念模式到模拟模型、专家经验到优化决策，实现定时、定量、定位的智能化农作管理

二、农业信息技术的重要意义

1、农业信息技术是农业新科技革命的先导科技进步是第一生产力，是农业发展的根本动力，是当代世界农业发展的大趋势农业新科技革命的主要领域：生物技术、信息技术、环境技术、材料技术等，其中，生物技术是核心，信息技术是先导二十一世纪是社会高度信息化、经济高度知识化的时代，农业信息化是农业迎接知识经济挑战和推动农业科技创新的重大战略2、农业信息技术是农业现代化的标志农业生产系统是一个复杂的多因子动态系统，受气象（年份和季节）、土壤、品种及技术措施等不同因素的综合影响农业生产系统表现为显著的时空变异性、区域性、分散性，较低的稳定性和可控性生产管理以定性或半定量的经验知识为主，定量化、科学化和规范化程度差

（1）农业生产系统的特点（2）现代农业的基本特征高新技术的支持和驱动产业领域的拓展和深化生产组织的区域化、规模化、产业化优质、高效、高产的生产目标可持续发展的平衡体系

90年代以前：农业的机械化、化学化、水利化、电器化（小四化）

90年代以后：现代化的农业设施、现代化的农业科技、现代化的农业管理

农业信息技术是农业信息化的载体、农业现代化的标志。信息农业的到来使得农业生产不再是以经验为主的粗放型的生产活动，而是与高科技结合的有序化、定量化、规范化、科学化的农业产业

（3）现代农业的主要指标三、农业信息技术的主要领域

1、农业信息系统

内容：农业资源环境，种植业结构，生产设施与技术，产前、产中、产后动态，农业科技成果等各类信息，提供全方位的农业信息咨询。如作物生产信息系统中的数据库包括：气象数据、土壤数据、品种遗传参数、管理技术资料、区域性栽培知识、历史苗情与产量、生产条件和水平等

特点和作用：通过数据库的系统化、标准化和信息化可以形象而及时地传播各类实用的农业生产知识、信息和农业高新技术成果，从而极大地促进科技成果的推广和应用，并提高广大农民和农村干部的科技文化素质

2、农业系统模型和预测系统

内容：能够定量描述农业生产系统内相关成分及过程间的相互关系，着重建立农业生物－环境－技术系统的计算机模拟模型，从而动态预测系统的行为和结果。如农业生产系统中的作物生长模型、农业气象模型、养分利用模型、水分平衡模型、病虫草害模型、农业经济模型等

特点：系统性、动态性、机理性、预测性

作用：农业系统模拟模型具有综合知识、定量关系、测验假说、动态预测和支持决策的功能，从而促进了生产系统的定性描述向定量分析的转化过程，为农业生产管理决策提供了量化的科学工具

气象资料、土壤环境、品种参数、技术措施冠层辐射与吸收阶段发育（发育期、物候期）形态发育(顶端发育动态、器官发生动态)光合作用（单叶光合作用、冠层光合作用）呼吸作用（维持呼吸、生长呼吸）同化物积累同化物分配

器官生长（绿色面积、茎鞘、根系、穗的生长）水分效应（保持、渗漏、吸收、蒸散）养分效应（氮、磷、钾转化、吸收、积累）产量形成品质形成水分丰缺因子养分丰缺因子WheatGrow小麦生长模型结构示意图RelativevernalizationeffectivenessTemperaturew.w.

s.w.注：s.w.代表强春性小麦，w.w.代表强冬性小麦 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全生育期生理发育时间的计算（最适发育条件下的时间尺度）3、农业管理决策支持系统

内容：基于模拟模型的决策支持系统、基于知识规则的专家系统、基于模拟模型和知识系统的智能决策支持系统等不同类型。系统以数据库、模型库、知识库和推理机为基础。其中知识库包括领域专家用来解决生产问题的定性、定量知识；推理机控制整个程序的运行，根据知识库进行综合推理和决策

特点和作用：基于规则的专家系统以农业生产的专家经验和知识为基础，通过知识工程的途径，建立知识库与推理机以指导农业生产的管理决策。具有较强的实用性和决策能力，但缺少模拟模型的机理性和动态性，系统的时空适应性和应变能力差

模拟模型对农业生产系统具有较强的解释性和预测性，但模拟模型必需与知识模型及专家系统相结合，才能实现良好的决策功能。因此，需要将模拟模型的动态预测功能和专家系统的推理决策功能相结合

小麦栽培管理知识模型播前栽培方案品种选择播期确定产量与品质基本苗确定主要生育指标(冬前茎蘖数、最高茎蘖数、最大LAI)肥料运筹(N、P、K量、有机/无机比、基/追肥比)水分管理效益分析实时动态指标主茎叶龄叶面积指数茎蘖动态籽粒生长干物质积累花粒发育春化特性、抗病性、产量要求、品质要求温光水条件、土壤肥力、生产条件与水平、产量结构温光条件、土壤肥力、播种方式、品种、产量温光条件、播期、产量土壤肥力、播种方式土壤肥力（全NPK、速效NPK含量及利用率）、肥料利用率、产量水平温光条件、土壤肥力、播期、播种方式、品种、产量土壤水分、降雨量、产量与需水量、灌溉条件种子、肥料、农药、技术咨询、人力、农用工具投入、产量基于知识模型的小麦管理决策支持系统产量、品质目标及产量结构的预测品质目标产量目标亩穗数穗粒数千粒重播前方案设计品种播期密度肥料运筹N、P、K肥总量N、P、K肥基追比有机与无机氮的比例播期分蘖期越冬期返青期拔节期孕穗期开花期灌浆期成熟期叶龄叶面积指数茎蘖数干物质综合效益分析物质投入人工投入成本核算效益分析系统维护数据库的增加、删改程序系统的维护理想生育期预测主要生育指标的预测方案设计原理图产量目标

品种产量结构品质指标播种期播种量肥料运筹生育指标知识模型达到产量目标模拟模型生成栽培方案合理YNNY气象土壤资料动态调控流程图方案执行明显偏离曲线？偏离曲线？重新设计方案或观测资料修正专家曲线

结果输出YNNY模型预测or栽培调控知识模型设计的栽培方案4、农业空间信息系统（3S技术）

内容：

遥感（RemoteSensing,RS）地理信息系统（GeographicInformationSystem,GIS）全球定位系统（GlobalPositioningSystem,GPS）

遥感：主要指在空间和地面平台上，运用各种传感器获取地表的信息，通过数据的传输和处理，从而研究地面物体的特性及关系，是调查、监测和分析环境、资源、灾害的有效手段。例如，高空遥感可成功地进行大面积的作物长势监测和产量预报，地面遥感可辅助诊断作物的养分和水分状况（光谱反射特征分析）地理信息系统：处理空间信息的软件系统，能够储存、管理、集成和处理各种来源的农业系统数据，进行空间数据分析、预测预报、地理作图、辅助决策等，特别适用于组织、分析和图示同一区域内各种类型的空间信息资料。如用于区域性土壤与气象资源管理以及作物地理适应性分析等

全球定位系统：一种全气候、高精度、全球性无线电导航定位系统。它利用地球上空的24颗通讯卫星和地面上的接收系统而形成全球范围的定位系统。全球定位系统是精确农业技术体系的关键部分，主要用于确定物体的时空位置和运行路线

作用：3S技术的综合运用在农业系统探查、评价、管理和决策等方面具有不可替代的作用，与农业系统模型的结合可以建立全新的智能化农业生产空间信息系统。例如，基于3S技术、智能化机械装备技术及作物管理决策系统的精确农业系统，有助于推进规模农业生产管理和农事操作的信息化和精确化

5、虚拟农业

内容：虚拟农业是建立在可视化技术和虚拟现实技术基础上的一种仿真农业

可视化技术主要运用计算机图形图像处理技术，将复杂的科学现象和自然景观等图形化，便于理解现象、发现规律和传播知识

虚拟现实技术是一种由计算机生成的高级人机交互系统，构成一个可感知的计算机环境，实现观测、触摸、操作、检测等模拟试验，达到身临其境之感

特点和作用：虚拟作物主要是采用高效的数据采集系统来监测农业环境因素变化与相应的作物生长发育动态，研究作物形态与环境关系的量化作用规律，应用面向对象的程序设计思想和可视化技术建立作物形态模型。虚拟作物系统对于探索作物理想株型、优化生长调控措施、构建植物形态及园林设计、虚拟实验教学等具有重要的应用价值。以虚拟作物为基础的农作生产系统，称为虚拟农业

6、精确农业

定义：精确农业是农业信息技术与机械装备技术的集成应用。是一种基于农田小区环境的差异性，定时、定位、定量地实施投入的农业生产管理技术。能按田间每一操作单元的具体条