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1、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
2、，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
3、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（
4、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、
5、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
6、产管理决策提供了量化的科学工具,WheatGrow小麦生长模型结构示意图,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
7、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,方案设计原理图,动态调控流程图,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（Remote Sensing,RS）地理信息系统（Geographic Information System,GIS）全球定位系统（Global Positioning System,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
8、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
9、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
10、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件精细准确地调整各项土壤和作物
11、管理措施，最大限度地优化各项农业投入，以获取最高产量和最大效益，同时保护农业生态环境和农业资源,特点：主要支持技术包括3S技术、作物管理决策技术、田间信息采集技术、智能化农业机械装备技术、系统集成技术。特别是现代3S技术的综合运用使得人们能够方便、准确地获得作物田间小区地理分布图和产量图，进一步利用自动化控制技术、作物生产决策系统，则能在田间管理过程中即时显示需要的控制信息并自动实施必要的操作，实现农业生产的精耕细作，即精确农业操作,作用：计算机和信息科学的发展为精确农业奠定了坚实的基础，而可持续农业的兴起又进一步推动了精确农业的发展。在一些发达国家，精确农业的应用已涉及到施肥、植保、精播、耕
12、作和灌溉等农业生产的主要方面。精确农业在我国的研究和应用尚处于起始阶段，但精确农业中有关基于差异的变量投入原理对于决策系统的研究以及持续农业和信息农业的发展具有重要的指导意义和应用价值,7、农业智能教学系统将信息技术应用于农业科学的教学体系建设，设计和开发智能化电子书和辅助教学系统，开展网上教学和远程教学，促进农技教育与推广。如作物智能教学系统重点围绕作物的形态学、生理生态学、管理调控技术、苗情诊断等提供学习、检索、解答、测试、指导等功能，通过对作物生长发育、栽培技术及苗情分析等方面的文字和数据资料以及图形图片和录像资料进行整理和分析，采用多媒体软件和人工智能原理设计和制作而成,8、农业智能咨
13、询系统植物形态的智能化识别与鉴别系统为苗情诊断提供非常有效的手段。这是一种具有作物长势长相分析、营养诊断、病虫草害鉴定等多重功能的多媒体智能化专家咨询系统，集图像、文字信息、苗情鉴定等专门知识于一体，以美观友好的用户界面提供查询、检索、图像处理和识别、知识推理、辅助教学和决策支持等功能,9、网络服务系统,内容：有效的网络服务系统是基于分布式网络技术而建立的信息服务系统。目前，国际互联网(Internet)和万维网(WWW)是广泛应用的信息检索手段。一般涉及服务器、浏览器、信息系统等组成,作用：国际互联网和万维网对指导农业生产具有十分显著的贡献。首先，万维网站点的页面文件可以通过远程通讯等方法迅
14、速地更新内容，有关时效性很强的信息就可以在几秒钟内被WWW的管理人员获取并发布出去。其次，WWW可提供辅助决策服务，用户可以通过浏览器输入有关变量，具备模型和决策系统的WWW服务器就可根据输入变量执行系统，并将结果输出到浏览器界面，提供给用户,技术依托：要将网络技术更好地应用于农业生产，除了硬件建设外，更需要研究开发有关农业生产管理的应用系统，并以网络技术为依托，进行推广应用。如将农业生产信息系统、管理决策系统等进入网络系统，形成农业生产的智能化信息网络和区域性农业信息中心，可以极其迅速地传递作物生长与农业生产的实时信息，实现农业生产的在线指导和科学决策,四、农业信息技术的前景展望,1、研究动
15、态,国家及部省科技计划专家系统开发平台智能化应用系统农业信息技术应用示范工程研究队伍与实验室建设,2、发展趋势（1）模拟模型：以生理生态过程为基础，利用结构化技术，建立过程水平和面向对象的生物模型；加强植物模型中生殖生长及同化物分配过程的动态模拟及关键模型参数的估计；同时运用多媒体技术实现生物系统的可视化和虚拟化；提高模拟模型的机理性、预测性和动态性,（2）农业专家系统：综合运用知识工程原理和知识模型技术，以及神经网络、智能学习等新技术、新方法，建立具有时空规律的动态知识库体系及智能化专家系统,（3）系统的综合与集成：系统动力学模型、人工智能、信息系统、网络技术等进行有机的耦合与集成，形成农业生产的综合性智能化信息系统，达到功能综合与系统综合,（4）新技术应用：数字图象信息处理、农业生物模式识别、遗传算法、数字化技术等高新技术的应用，将成为农业信息技术进一步发展的重要动力,3、应用前景（1）应用特点：从研究开发到示范推广，从单机决策到网络服务，从由上而下到由下而上（2）应用目标：实现农业资源环境与生产系统数据管理的信息化，农作制度及生产管理决策的智能化，虚拟农业系统调控的可视化，农业产业服务的网络化，农业教育与推广的现代化,（3）应用领域：,农业区划资源环境的监测与评价农场管理决策规模生产的信息化、精确化设施农业的智能化和自动化虚拟农业与数字农业,作物生长调控重点开放实验室,
