农业信息技术重点.doc

农业信息技术重点一、名词解释：1.农业信息技术(AIT)：农业信息技术是运用现代高新技术研究和调控农业生产活动中信息流的科学，也可以概括为研究农业信息、认识农业信息和利用农业信息的科学。2.农业（数学）模型：以农业问题的整体（或以农业系统）为对象，应用系统的观点与方法，进行农业结构与功能的分析，可以反映、模拟，并指导各种农业过程的计算机程序或软件。3.农业模拟模型：以农业系统中的内在规律和相互关系为基础，综合系统内在特征、环境效应、技术调控之间的因果关系，是对系统成分及其相互关系的一种简化的数学表达。 4.作物模拟模型：着重利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和技术的动态关系进行定量的描述和预测。5.遗传参数：是指描述非逆境下种或品种基本遗传性状的一组特征值。 6.生长度日（GDD）： 一定时期内高于基点温度的每日平均温度与发育基点温度差值的累积值，其单位为d。7.数据库的概念：数据库系统是计算机应用系统中，一种专门管理数据资源的系统，由数据库、数据库管理系统和数据库管理员三部分组成。8.数据库 实体：客观存在，并且可以互相区别的事物。可以是具体的物件，也可以是抽象的概念，还可以是某种关联。9.属性：实体具有的每一个特性都称为一个属性。10.域：属性的取值范围称为该属性的域。11.键：在众多属性中能够唯一标识（确定）实体的属性或属性组，称为实体的键。12.实体型：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。13.实体集：某个实体型下的全部实体，叫做实体集。14.关联：分实体（型）内部的关联和实体（型）之间的关联两种。实体内部的关联通常指组成实体的各属性之间的关系。实体间的关联指不同实体集之间的关系。15.农业数据库：是一种有组织地动态地存储、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（数据库）的计算机系统。16.农业遥感：遥感是指不直接接触有关目标物或现象而能收集信息，并能对其进行分析、解译和分类等的一种技术。17.太阳辐射：太阳向外发射电磁波的形式及所发射的能量称为太阳辐射18.太阳辐射光谱：太阳辐射能量随波长的分布称为太阳辐射光谱。19.大气窗口：大气对电磁波衰减较小，透射率较高的波段叫“大气窗口”。20.地物波谱特征 物体在同一时间、空间条件下，其辐射、反射、吸收和透射电磁波的特性是波长的函数。将这种函数关系，用曲线的形式表现出来时，就形成了地物电磁波波谱，简称为地物波谱。21.植被指数：是由多光谱数据，经线性和非线性组合构成的对植被有一定指示意义的各种数值。22地理信息系统:是指在计算机软硬件下，采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示空间物体的地理分布以及与之相关的属性，并以回答用户问题为主要任务的技术系统。23.虚拟现实(Virtural Reality,缩写为VR)是一种人机交互工具 它使得人可以通过计算机看见、操纵极端复杂的数据并与之进行交互，创建人工世界的计算机系统。24.L-系统:是美国生物学家Lindenmayer于1968年提出的，它的功能是用形式语言的方法来描述植物形态的发生和生长过程，L-系统的本质是一个重写系统,它通过一条公理和几条产生式,进行有限次迭代,并对产生的字符串进行几何解释,就能生成非常复杂的图形。25.虚拟农业:以农业领域研究对象(农作物、畜、禽、鱼、农产品市场、资源高效利用等)为核心，采用先进信息技术手段，实现以计算机为平台的研究对象与环境因子交互作用，以品种改良、环境改造、环境适应、增产等为目的技术系统。26.精确农业（Precision agriculture, PA）：利用3S空间信息技术、作物生产管理决策支持技术（DSS）和农业工程装备技术为基础，定位、定量、定时地面向大田作物生产的精确农作技术。27.机器视觉（计算机视觉）就是用计算机模拟人眼的视觉功能，从图像或图像序列中提取信息，对客观世界的三维景物和物体进行形态和运动识别。28.灰度直方图：是数字图像中用来表示灰度级及其频率（或频数）间关系的图形。29.锐化：增强图像边缘和线条，使图像边缘由模糊转化为清晰的处理称为锐化。30.平滑 ：图像在输入、传送、处理过程中难免会有干扰，形成噪声，降低图像质量，噪声生成的原因是未知的，或者难以用数学模型表示，可以从噪声在图像上的表现，用较为简单的方法加以去除或削弱，这样的处理称为图像的平滑处理。31.区域生成：就是利用像素特性的相似性将图像划分出背景区域和各个有意义区域，并分别加上不同标记的过程。32.模式识别：是根据研究对象的特征和属性，利用以计算机为中心的机器系统，运用一定的分析算法认定它的类型。33.专家系统的概念： 功能上，专家系统定义为“一个智能程序，它能对那些需要专家知识才能解决的应用 难题提供专家水平的解答”；结构上讲，可把专家系统定义为“由一个专门领域的知识库，以及一个能获取和运用知识的机构构成的一个问题求解系统。34.农业专家系统的概念 农业专家系统是一个拥有大量权威农业专家的经验、资料、数据与成果构成的知识库，并能利用其知识，模拟农业专家解决问题的思维方法进行判断、推理，以求得解决农业生产问题结论的智能程序系统。35.虚拟植物：是利用虚拟现实技术模拟植物在三维空间中的生长发育状况，实现植物的可视化表达。二、简答题：1.农业信息技术体系： 农业信息获取 , 信息处理 , 信息模拟 , 信息控制 2.农业信息技术体系的特征：a、是一种信息科学体系；b、是一个多维技术体系；c、是一种应用系统平台。3.农业信息技术存在的问题： 1. 农业信息技术的应用开发研究尚处于分散无序、部分分割状态，信息资源封闭、不能共享。2. 计算机应用系统发展不充分、不平衡，数据库总量不足、结构失衡、欠缺和重复并存。 3. 农业信息技术产品少，商品化的应用软件少，而且存在低水平重复的问题。4.作物模型的类型 作物模型按不同的功能特征可分为：经验模型与机理模型 描述模型与解释模型 统计模型与过程模型 应用模型与研究模型 单一模型与综合模型 5.作物模拟模型的功能(1)模拟模型具有其他研究手段不可替代的功能：理解、预测、调控。(2)模拟模型能够帮助人们理解和认识生物与非生物过程的基本规律和量化关系，并对系统的动态行为和最后表现进行预测，从而辅助进行对生物生长和生产系统的适时合理调控，实现优质、高产、高效、生态、安全的可持续发展。6.作物模型的机理性与经验性模型选择考虑的方面 四个因子：a、应用与研究，应用性模型有较强的经验性，研究性模型则注重机理性。b、资料的可用性，丰富的资料可深化对机理性过程的认识。c、黑箱模拟的运用，有助于增强机理性，但要以合理的假设为基础。d、系统的级别，级别低的模型具有较强的机理性。7.经验性模型和机理性模型的区别：经验性模型的优缺点主要表现为：容易理解和使用、输入变量和资料少，但模型的解释性和广适性差。机理性模型的优缺点主要表现为：具有内在的动态反馈机制、较强的解释性和广适性，但难以理解和使用、输入多而输出欠稳定。8.作物模拟的基本技术 （1）遗传参数法 （2）析因方法与系数法 9.遗传参数的确定方法（1）可直接通过控制环境下的试验研究获得。（2）依据田间试验数据通过最小二乘法等决定。10.模型的检验 （1）模型的检验包括对模型的“敏感性分析、校正、核实、测验”等四个主要过程。（2）敏感性分析：是对模型的灵敏度和动态性的测验，分析模型对主要参数和变量反应的灵敏度，测验模型的结构和过程、系统的成分。（3）校正：是调整模型的参数和关系，使得模型符合模拟者特定的环境和资料参数，主要检验模型系统的综合表现及对综合变量的反应。（4）核实：是指决定模型是否适用于模型研制以外的完全独立的资料，是多年、多点、多试验观测值与模拟值的比较。其差异可用差平方和的均方根RMSE (Root mean square error)来量化表示。（5）测验：是比较各种环境下的模拟值与预测值，可看作是一个持续的模型核实过程。11.作物模拟模型的亚系统成分 第一亚系统:作物的阶段发育与物候期 第二亚系统:作物植株的形态发生与器官建成过程 第三亚系统:植株的光能利用与同化物生产 第四亚系统:不同器官间的物质分配与利用 第五亚系统:土壤-植物-大气水分关系 第六亚系统:土壤养分（氮素）动态与植株利用12.作物模拟模型的特征(1）系统性。对作物生育过程进行系统的、全面的分析与描述。(2）动态性。包括受环境因子和品种特性驱动的各个状态变量的时间过程变化及不同生育过程间的动态关系。(3）机理性。在经验性或描述性的基础上，通过进行深入的支持研究，模拟较为全面的系统等级水平，并将其进行有机结合，从而提供对主要生理过程的理解或解释。(4）预测性。通过正确建立模型的主要驱动变量及其与作物状态变量的动态关系，对不同系统提供可靠的定量描述。(5）通用性。原则上适用于任何地点、时间和品种。(6）便用性。可为非专家操作应用，可利用一般的气候、土壤及作物资料。(7）灵活性。可容易地进行修改和扩充以及与其它系统相耦合。(8）研究性。除了应用性以外，还可用于作物生理生态与栽培育种等领域的研究工作。利用作物生长模型进行模拟研究，可以避免实物研究中干扰因素多、周期长、费用高等不足。13.作物模拟模型的应用和与其他技术的结合（一）作物模拟模型的应用领域 作物模型的主要应用有四个方面，即教学、研究、管理、评估。（二）模拟模型与其它技术的耦合（1）与专家系统或知识模型的结合（2）与RS技术的结合 （3）与GIS的结合 （4）与全球定位系统（GPS）的结合（5）与可视化技术及虚拟现实技术的结合 （6）与网络技术的结合14.数据库的功能和特性(1）数据库是相互关联的数据的集合(2）用综合的方法组织数据，可降低数据的冗余度，实现数据共享(3）具有较高的独立性(4）能够保证数据是安全的、可靠的(5）能最大限度地保证数据的正确性和完整性(6）数据库中的数据可以并发使用并能同时保证数据的一致性15.4个大型的农业信息数据库：(1) 国际农业与生物科学中心数据库(CABI) 是国际农业和生物科学中心出版的文献型数据库。内容覆盖了农业科学的各个领域，包括农艺学、生物技术、植物保护、乳品科学、林业、微生物、畜牧兽医、人类健康、经济及自然资源管理等。按季度更新。是现今世界上最具权威型的农业文摘数据之一。(2) 联合国粮农组织的农业数据库(AGRIS) 国际农业科技信息系统建立的农业书目数据库。面向发展中国家，内容侧重农业、林业、水产、食品加工、人类营养、环境污染、经济学等17个方面。季度更新。是世界上报道农业文献的重要数据库之一。(3) 国际食物信息数据库(IFIS)由国际食品情报局编制出版。内容覆盖了整个食品科技领域，包括食品化学、食品微生物学、食品卫生与毒理学、食品工程、食谱、酒精与非酒精饮料、水果蔬菜、糖和谷物、禽畜类食品、添加剂等方面。(4) 美国农业部农业联机存取数据库(AGRICOLA) 为美国农业图书馆编制的农业文献联机存取书目数据库。内容含农业经济、土壤和肥料、食品与营养。植物科学及农业专利等。季度更新。是世界上报道农业文献的重要数据库之一。16.农业数据库技术发展趋势（1）分布式数据库 数据分散存储在许多网络节点上。 （2）多媒体数据库 管理数值、文字、表格、 图形、图像、声音等多种信息媒体的数据库系统。（3）面向对象数据库 面向对象数据库（ODBC）系统是数据库技术与面向对象技术相结合的产物。（4）进一步适应Internet发展 数据库对Internet的支持将使人们能以交互式手段，在全球范围内实现网上事务处理。17.国内代表性数据库：中国农业科技文献数据库、中国作物种质资源数据库、中国农业产品贸易数据库、植物检疫病虫草害名录数据库、家畜品种资源数据库等18.遥感的组成：由遥感平台、传感器及遥感信息的接收和处理等三部分组成19.传感器（遥感）的类型 (1)根据所利用的电磁波的光谱波段，可以分为：可见光传感器、红外传感器、微波传感器。(2)按传感器的工作方式不同可分为被动传感器和主动传感器(3)按传感器的扫描方式又可分为扫描式传感器和非扫描式传感器(4)按传感器图像获得方式可分为图像方式和非图像方式 20.绿色植物的反射波谱特征：（1）叶绿素大体上在以440nm微米为中心的蓝波段及以670nm微米为中心的红波段吸收大量的辐射能，而在这两个吸收带中间吸收相对减少，因此在540nm微米附近形成绿色反射峰。（2）在近红外区域叶的反射及透射能量约各占入射能量的一半，被叶子吸收的能量很小（5），因而在7401300nm间形成高反射，这是细胞壁和细胞空隙的折射率不同导致多重反射引起的。（3）在短波红外区域，由于绿色叶子细胞膜之间和内部的水分含量高，故绿色植物的反射率受到以1450、1950、2700nm为中心的水的吸收带的控制，入射能量中的大部分被叶子中的水分所吸收，仅小部分被叶子反射，这就是植物反射光谱的基本特征。（4）同一项地物不同类型的反射光谱特征，总的形状变化是基本相似的，但是光谱响应曲线具有一定的变化范围而呈一定宽度的波谱带。21.地面遥感试验的作用（1）传感器波段选择、验证和评价的依据（2）建立地面、航空和航天遥感数据的关系（3）将地物光谱数据直接与地物特征进行相关分析并建立应用模型22.地面遥感的特点 具有成本低，精度高，方便灵活，适用性强，可用数据多等特点。23.常用的植被指数主要有以下几种：(1)归一化差值植被指数 （NDVI） NDVI:近红外波段与可见光红波段数值之差和这两个波段数值之和的比值NDVI =（IR-R）/（IR+R）。(2)比值植被指数（RVI） RVI：指近红外波段与可见光红波段数值的比值 RVI=IR/R。 RVI与叶面积指数（LAI）、叶生物量、叶绿素含量相关最好。(3)环境植被指数（EVI） EVI：近红外波段与可见光红波段数据的差值，又称差值植被指数。 EVI=IR-R24.地理信息系统（GIS）在农业中的应用(1）利用GIS进行农业区划 (2）利用GIS进行土壤适宜性评价(3） 利用GIS开展农业灾害预测与预防研究 4） 农业资源的清查、核算、评估与监测(5）农作物估产和监测 (6）农业生态环境的监测和分析.25.虚拟现实系统的内涵:沉浸感多感知交互性构想性26.几类常见的虚拟现实系统 (1)桌面虚拟现实系统 (2)坐舱式虚拟现实系统 (3)沉浸式虚拟现实系统 27.虚拟植物的特征：(1）以植物的形态结构为研究重点(2)以植物个体为研究单元(3)所建立的模型是三维的28.L系统的类型：上下文无关的L-系统；上下文相关的L-系统；确定性L-系统； 随机性L-系统；D0L-系统29.虚拟现实技术在农业上应用的制约因素(1)硬件系统的昂贵与在农业领域应用的回报偏低造成的。(2)要构建虚拟的环境，并且使其中的各个组成要件遵循客观规律，这就要求建立农业各个领域的虚拟模型。由于农业领域问题的复杂性，到目前为止，所取得的进展还很不够。30. 精确农业的特征 1)地域性 2)综合性 3)系统性 4)渐进性 5)可操作性31.精确农业的实施过程 农田环境及作物长势监测，针对性投入决策生成，决策实施3个环节。32.精确农业的关键技术 3S技术 决策支持技术（DSS） 可变量投入系统 智能机械装备技术33.实施精确农业需要满足的条件（1）农田大小 不同国家适于精确农业技术实践的农田大小不一样，经全面的经济分析，可以计算出一个国家适于精确农业技术实践的最小农田范围。(2)农机化程度 农田可大可小，但是农业作业若不是机械化，精确农业就难以实施。(3)农田差异 一般来说，作物生长没有空间差异的农田，实施精确农业技术实践，是不会有经济效益的。34.精确农业技术实施过程 （1）数据采集（1产量数据采集 2土壤数据采集 3作物营养监测方法4土壤水分监测5苗情、病虫草害数据采集6其它数据采集）（2）数据差异分析（1产量数据分布图2土壤数据分布图3苗情、病虫害分布图）（3)处方生成（绘出产量分布图进行产量诊断生成处方图）（4）控制实施 35.决策支持技术（DSS）的功能 (1) DSS可以用于收集、存储、整理和提供与决策有关的数据，收集提供有关各项活动的反馈信息.(2)以一定的方式存储与所研究的决策问题有关的各种模型（4）存储与提供常用的，特别是数理统计与运筹学方面的分析方法36.我国精确农业的重点发展方向 （一）实现精确灌溉，提高水资源的利用率。（1）因地制宜的选择灌溉方式和灌溉设施。（2）因地制宜的选择农作物的种类和品种。（3）全面贯彻工程节水、生物节水、化学节水、农艺节水与科学用水的的关系。（4）节流是精确灌溉的核心，合理调控是精确灌溉的灵魂。（二）实施精确施肥 ，提高化肥的利用率 （三）发展精确设施农业37.图像预处理在工程上大致包括以下3种类型。（一）图像增强处理（二）几何变换处理（三）图像复原处理（一）图像增强处理：是指按需要突出某些有用的消息，去除或消弱有害无益的消息 常用方法：1. 灰度变换法 2. 直方图变换法 3. 锐化 4. 平滑 （二)几何变换处理：通过坐标变换，将失真图像的坐标系变换为新的坐标系，达到几何校正和几何形状（和位置）变换的处理（三）图像复原处理：由于种种原因，输入计算机的图像与实际图像相比，其面貌发生了变化，如消息丢失，噪声污染，形态模糊等，这些现象被认为是图像的退化。38.机器视觉特征优化：通常能描述对象的元素很多，为了节约资源，节省计算机存储空间、机时、费用等，在保证满足分类识别正确率要求的条件下，按某种准则尽量选用对正确分类识别作用较大的特征，用较少的特征就能完成分类识别任务。39.机器视觉良好的特征应具有4个特点： 可区分性，对于属于不同类别的对象来说，它们的特征值应具有明显的差异。 可靠性，同类的对象特征值应比较相近。 独立性，所用的各特征之间应彼此不相关。 数量少，模式识别系统的复杂度随系统的维数（特征的个数）迅速增长。40.机器视觉系统存在问题（1）处理数据量大和运算速度对实时处理的影响。（2）机器视觉虽然优于人的视觉范围，但是计算机