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农业信息化技术第一章农业信息技术概述第一节 农业信息化定义一定义1信息：信息是存在与客观世界的各种事物特征和变化的反映，是具有新内容、新知识并对解决某一问题有用的内容。 信息的特征：存贮性、传递性、知识性和实用性。2农业信息：是有关农业系统的消息、情况和知识，是信息在农业领域内的体现。农业信息的特点：发布时效性、地域性、周期性及有效性、综合性、滞后性、准确性。3信息化：信息化是指培育、发展以智能化工具为代表的新的生产力并使之造福于社会的历史过程。4农业信息化（1）农业信息化：是指在农业领域充分利用信息技术的方法、手段和最新成果的过程。具体讲：就是在农业生产、流通、消费以及农村经济、社会、技术等各环节全面运用现代信息技术和智能工具，实现农业生产经营、农产品营销、农产品消费的科学化和智能化过程。（2）农业信息化的内涵：o 农业生产管理信息化o 农业经营管理信息化o 农业科学技术信息化o 农业市场流通信息化o 农业资源环境信息化o 农民生活消费信息化农业服务信息化5农业信息技术（1）农业信息技术：是现代信息技术和农业产业相结合的产物，是计算机、信息存储与处理、通信、网络、人工智能、多媒体、遥感、全球定位、地理信息系统等技术在农业领域移植、消化、吸收和集成的结果，是系统、高效地开发和利用农业信息资源的有效手段。（2）农业信息技术的组成遥感技术地面检测技术技术全球定位技术信息采集技术信息传输技术（网络）信息传输技术（网络）信息存储技术（数据库技术）模拟模型技术虚拟现实技术辅助表达技术空间分析技术信息处理技术信息处理技术人工智能技术计算机技术专业模型技术 农业信息技术体系框图二 农业信息化的作用1.推动传统农业向现代农业转化2.对农业可持续发展具有重要作用3.对农业生产和农业经济发展具有重要作用4.增强农业生产管理的科学化，提高市场竞争能力，减少经营风险。5.有利于农业新技术的研究和推广，提升农村综合信息服服能力。第二节农业信息化技术的类型与特征一、 农业信息化的类型农业环境信息：生物信息（动物、植物、微生物） 非生物信息（土地、气候、水源、灾情、农业能源） 社会信息： 社会资源信息（人口、劳力、农产品、农用物资、农业基础设施）市场资源信息（农副产品流通、农用物资流通、农用资金流通等）经济管理信息（经济手段、法规手段、行政手段、思想工作）生产信息： 种植业、养殖业、林业等结构调整，苗情状况、良种繁殖、生长管理。 工副业：农副产品贮藏、加工、综合利用等。科技信息：自然科学、社会科学、边缘科学等科技成果、技术推广。二、农业信息化技术的特征1.农业信息技术的基本特征：高投入性（硬件、软件和信息技术人才）知识渗透、交叉和开放性（计算机科学、农业科学、经济等）高效性（加速科研成果转化，实现科学指导和管理生产、宏观检测、预警减灾，促进农业规模经营，降低成本，提高效益。经济扶贫性：利用农业专家系统，随时随地为农业生产经营者提供技术服务，表现为技术扶贫特征。2.农业信息化的特征：网络化、综合化、全程化第二章 农业信息化技术的发展和应用第一节 农业信息化技术的产生与发展 一世界农业信息化发展的三个阶段o 第一阶段：20世纪50-60年代：广播、电话通讯信息化及科学计算。o 第二阶段：20世纪70-80年代：计算机数据处理和知识处理阶段。o 第三阶段：20世纪90年代以后：农业数据库开发、网络、多媒体技术应用和农业生产自动控制等新的发展阶段。o 主要：首先，美国，其次日本、德国、法国等发达国家，印度及韩国。二 农业信息技术农业信息技术是以传感、通讯和计算机技术为主,实现农业生产活动有关的信息采集、数据处理、判译分析、存贮传输和应用为一体的集成农业技术。农业数据库技术农业信息管理技术农业专家系统农业决策支持系统农业模拟模型技术（作物生理生态模型、虚拟植物模型）精确农业与3S技术农业虚拟技术三 农业物流信息技术农业物流信息技术包括计算机网络技术、数据库技术、数据挖掘技术、条形码与射频技术、电子数据交换、地理信息系统、全球定位技术等。形成了农产品以移动通信、资源管理、监控调度管理、自动化仓库管理、业务管理、客户管理、财务管理等多种义务集成的一体化的现代农业物流信息系统。第二节 农业信息技术的应用一农业信息技术之间关系1信息采集技术。是以遥感系统、全球定位系统、地理信息系统、地面自动化实测技术对农业生产过程中的各种农业信息适时采集。2信息传输技术。以通讯技术、地理信息系统技术等将采集到的各种农业信息,通过接口,高速度、高质量、准确及时、安全可靠地适时传输至农业信息系统,实现农业信息系统资料的及时更新。3信息处理技术。以数据处理技术、模拟模型技术、虚拟现实技术和地理信息系统技术等对农业信息按利用目的的需求进行处理分析,给出指导农业经营和生产的有用信息,为农业发展提供咨询服务和决策支持。4信息管理技术。以计算机网络技术为基础,充分利用数据库管理技术、地理信息系统技术对农业资料、图像和文档等信息进行统一管理,并实现信息资源共享。5信息服务技术。以多种服务方式,将农业信息产品快速、准确地服务于用户。6信息应用技术。根据农业生产活动和环境资源信息处理结果,利用控制技术适时确定农业生产管理控制,通过智能化的农业机具及设备控制具体实施。农业信息传输技术光纤通信卫星通信激光通信传真通信超导通信农业信息处理技术空间分析技术人工智能技术决策建模技术数据库存储技术图像分析农业信息处理结果地理信息系统专家系统决策支持信息作物生长模型农业对象农田土壤信息农作物长势信息农作物产量信息病虫害信息农业环境信息农业信息控制技术温室自动控制技术种子、化肥、农药、灌溉的自动控制农业信息采集技术传感技术遥测技术全球定位技术地面检测技术摄像扫描技术 农业信息技术二农业信息技术的应用1. 田间生产管理田间试验种植管理、研究作物生长模拟模型。农业专家系统、生产管理决策支持系统，精确农业。2. 设施栽培计算机控制温室：蔬菜、花卉、苗木。光度、温度、湿度、营养成分等自动控制。各种机器人：嫁接、育苗、洒药、施肥等。3. 水产养殖与畜禽饲养养殖用水的盐度、温度、水循环、饵料全部由计算机进行自动控制和调节。猪牛等分娩、生长、死亡出售、食物比例和生长过程中的各种数据和信息。活动量、产奶量、牛奶质量、体重健康状况等的自动检测。4. 农产品储藏与加工谷物仓储计算机监控与管理，农产品加工企业的微机控制生产线。配合饲料建工生产线，蔬菜水果保鲜（通风调节）5. 农业生态环境检测与保护湿度、温度、农业虫害的检测与预防（语音传感器检测害虫的声音和类别，自动控制喷洒杀虫剂。3S技术用于农业生态环境监测与保护：农业资源调查、农业资源监测和农林灾害预报与监测。农业资源调查：主要涉及土地利用现状、土壤类别、草场资源、水资源。农业资源监测：农作物长势与估产、土地沙化与盐碱化、鱼群监测、农业用地污染监测。农林灾害预报与监测：农作物病虫害、草场雪灾和火灾、洪水预警、测定受灾面积和灾后评估6. 农业研究与实验第三章 现代农业信息技术第一节 农业数据库系统一农业数据类型1农业自然类数据自然界中各种与农业活动相关的环境类数据,以及人类从事物质生产所产生的相关数据,作物生长数据,农业气象数据,土壤数据2农业社会类数据包括人类各种活动所产生、传递与利用的数据。还包括农村社会和经济、农业生产技术、农业市场、农业管理、农业科技教育等方面的数据。二农业数据标准化1农业数据标准化：是一个具有边缘性和交叉性的研究领域。一方面它不能脱离产业标准化的体系和要求，要与农业领域的标准化进程相互配合、同步发展；另一方面是农业标准化与信息技术标准化的结合。数据标准化已成为影响其他领域标准化进程的基础环节，农业数据的标准化直接关系到农村经济发展的农业经济组织的效率。2农业数据标准化的内容（1）：农业数据术语标准首先，要确定农业数据的基本范畴，农业数据术语是农业数据领域最基本、最常用的概念，应该涵盖农业生产、经营、管理的全过程。其次，如何用简洁、概括、规范的词语将农业数据概念的属性、特征描述出来，是术语制定中重要的技术问题。最后，农业数据术语标准的制定要有全局观念。（2）：农业数据分类与编码标准 协调各机构的分类标准，加快农业数据分类与编码体系的研究制定是农业数据标准体系建设的当务之急。（3）：农业数据技术标准 数据技术标准主要是围绕数据技术开发、设备研制和系统建设、运行、管理而制定的一系列标准。（4）：农业数据管理标准 农业数据管理标准应包括农业数据获取渠道标准、农业数据处理标准、农业数据交换标准和农业数据发布标准等内容。三 农业数据库系统1农业数据库概念数据库就是一个装载数据的“仓库”。数据库是经过加工集成的数据，它是为最终用户进行分析处理而专门设计的。农业数据库系统包含的内容非常多。农业气候数据库、土壤信息数据库、农作物品种资源数据库、农业技术信息数据库、农产品及农业生产资料市场信息数据库等。2农业数据库的特点（1）数据库要具有相当规模（2）数据库中的数据具有可重复利用性（3）数据库中的数据要具有可用性、准确性（4）数据库要有集成性、多种形式化（5）数据库作为一种资源（6）数据库可以动态地增删内容（7）数据库具有促进、加快大量信息传播的功能3农业数据库的分类：农业资源数据库农业技术数据库农业统计数据库农业生产数据库农业管理信息数据库相关行业信息数据库第二节 农业管理信息系统一 农业管理信息系统的含义 农业管理信息系统（Agricultural Management Information Systems,AMIS）是一般管理信息系统在农业中的应用，其概念和含义无本质差异。管理信息系统（Management Information Systems,MIS）是收集和加工管理过程中有关的信息，为管理决策过程提供帮助的一种信息处理系统，可以支持事务处理、信息服务和辅助管理决策。管理信息系统是管理者、系统和信息三部分的有机统一。管理信息系统是帮助管理者解决问题和作出决策的强有力的工具。管理信息系统有效地向各级管理者提供通用的数据和信息，以使管理一体化，使所有下属单位为共同的目标而工作。管理信息系统的建立和运行需要多种学科的成就，包括计算机科学、统计学、宏观和微观经济学、运筹学、控制论和系统工程等。二农业管理信息系统的功能1信息管理功能 收集、管理农村经济信息，完成日常的农村经济管理工作等。2自诊断功能 主要对农村经济信息进行深度加工，为决策者提供科学依据。3开发功能 为实现农村经济管理的总体目标，信息系统应具备相应的手段4输出功能 为用户提供有效信息的输出，为区域研究、规划和决策提供各种类型的工作资料。三 农业管理信息系统的结构与分类1农业管理信息系统的结构一个管理信息系统可以由四大部件组成，即信息源、信息处理器、信息用户和信息管理者。信息源是信息产生地，信息处理器担负信息的传输、加工、保存等任务。信息用户是信息的使用者，信息管理者负责信息系统实现，负责信息系统的运行协调。农业管理信息系统包括职能子系统和保障子系统两部分。职能子系统按管理系统所担负的职能，可划分为生产管理信息系统、市场管理信息系统、财会管理信息系统、库存管理信息系统、行政管理信息系统等。保障子系统是指计算机系统和通信技术系统，它为职能子系统的有效运行提供物质技术条件2农业管理信息系统的分类按信息处理的方式（脱机的、联机的、实时），按不同的应用领域（科学计算、过程控制、情报检索、办公自动化等）第三节 农业专家系统一 农业专家系统概念专家系统就是指具有与人类专家同等解决问题能力的智能程序系统。专家系统是指在特定的领域内，根据某一专家或专家群体提供的知识、经验及方法进行推理和判断，模拟人类专家所做决定的过程，解决人类专家决定的复杂问题，提出专家水平的解决方法或决策方案的计算机程序系统。专家系统来自于专家，但又高于专家，是专家技能和知识的集成和综合。农业专家系统是一个具有大量农业专家知识与经验的计算机程序系统，它应用人工智能技术，根据一个或多个农业专家提供的特殊领域知识、经验进行推理和判断，像人类专家那样解决农业中复杂问题并进行决策。二 农业专家系统的特征1具有专家水平的专门知识一个专家系统为了能像人类专家那样地工作，就必须具有专家级的知识，知识越丰富，质量越高，解决问题的能力就越强。专家系统中的知识可分为三个层次，即数据级、知识库级和控制级。数据级知识是指具体问题所提供的初始事实以及问题求解过程中所产生的中间结论、最终结论等。知识库级知识是指专家的知识。控制级知识是关于如何运用前两种知识的知识。控制级知识是用于控制系统的运行过程及推理的，因而其性能的优劣直接关系到系统的“智能”程度。2能进行有效的推理专家系统的根本任务是求解领域内的现实问题。问题的求解过程是一个思维过程，即推理过程。要求专家系统必须具有相应的推理机构，根据用户提供的已知事实，通过运用掌握的知识，进行有效的推理，以实现对问题的求解。 3具有获取知识的能力 专家系统的基础是知识。为了得到知识就必须具有获取知识的能力。 4灵活性大多数专家系统中，都采用了知识库与推理机相分离的构造原则，彼此既有联系，又相互独立。就不会因知识库的变化而要求修改推理机的程序。 5透明性 人们在应用专家系统求解问题时，不仅希望得到正确的答案，还希望知道得出该答案的依据，专家系统一般都设置了解释机构，向用户解释它的行为动机及得出某些答案的推理过程。从而提高用户对系统的可信程度，增加系统的透明度。 6交互性一方面它需要与领域专家或知识工程师进行对话以获取知识，另一方面也需要通过与用户对话以索取求解问题时所需要的已知事实以及回答用户的询问。 7实用性专家系统是根据领域问题的实际需求开发的。 8具有一定的复杂性及难度专家系统拥有知识、并能运用知识进行推理，以模拟人类求解问题的思维过程。但是，人类的知识是丰富多彩的，人们的思维方式也是多种多样的，因此，要真正实现对人类思维的模拟还是一件十分困难的工作，有赖于其他多种学科的共同发展。常规程序=数据结构+算法专家系统=知识+推理三 农业专家系统的功能1存储解决农业生产问题所需的知识。 2存储具体解决农业生产问题的原始数据和推理过程中涉及的各种信息目标以及假设等。 3根据当前输入的数据，结论或系统自身行为作出必要的解释。 4能够对推理过程、结论或系统自身行为作出必要的解释。 5提供知识获取、机器学习以及知识库的修改、扩充和完善等维护手段。 6提供一种用户接口，便于用户使用，分析和理解用户的各种要求和请求。四 农业专家系统开发工具中科院合肥智能所开发研制的基于软结构的新一代专家系统开发平台雄风6.0，结构由知识库检验、知识库运行、ODBC数据库服务、网络信息获取。通常专家系统开发工具包括编辑型开发工具、智能型开发工具和自动知识获取工具三种。1编辑型开发工具2智能型开发工具3自动知识获取工具五 农业专家系统的设计与应用1农业专家系统的设计典型的专家系统主要由知识获取工具、知识库、数据库、推理机、解释机、人机交互接口几个部分组成，其中知识库和推理机是专家系统的核心部分，知识库是实现专家系统智能推理的基础，推理机是专家系统的智能中心。2农业专家系统的应用（1）育种管理（2）灌溉管理（3）施肥管理（4）作物栽培管理（5）植物保护（6）水产养殖第四节 农业决策支持系统一、决策支持系统的概念决策支持系统（Decision Support System, DSS）是利用知识和数学模型，通过计算机分析或模拟，协助解决多样化和不确定性问题，如对计划、管理、调度、作战指挥和方案寻优等应用问题进行辅助决策的计算机程序系统。二、决策过程1问题识别明确问题的含义、限制条件和判定满意的解时所用的评判标准C等。2）建立模型包括建立形成候选解的模型和评价候选解优劣的模型，即建立评价函数E1(s)，E2(s)，En(s)3执行模型用各种候选解代入评价模型执行以获得评判指标，即计算评价函数E1(s)，E2(s)，En(s)4评判决策根据上阶段获得的评判指标进行综合评判与分析，审查所获得的解是否已经满足要求。若已满足，就输出它作为问题的解（决策方案、计划、规划或假定等）；尚若不满足要求，则转下一步去修改模型。求“评判函数”J（E1，E2，En）“值”5修改模型三DSS的功能1决策目标、参数和概率的规定2数据检索和管理3决策方案的生成4决策方案后果的推理5方案后果的评价6决策的解释和执行7战略构成四DSS的结构及求解问题的过程DSS的典型结构一般包括交互语言系统、问题求解系统以及数据库、模型库、方法库、知识库管理系统组成DSS求解问题的过程是：用户通过交互系统把问题的描述和要求输入DSS，交互语言系统对此进行识别和解释。问题处理系统通过知识库系统和数据库系统收集与该问题有关的数据、信息和知识，并据此对问题进行识别、判定问题的性质与求解。通过模型库系统集成构造解题所需的规则模型或数学模型，对该模型进行分析鉴定，在方法库中识别进行模型求解所需的算法并进行模型求解，对所得结果进行分析评价。最后通过语言对求解结果进行解释，输出具有实际含义、用户可以理解的结果。五 农业决策支持系统的研发过程1DSS系统分析包括确定实际决策问题目标，对系统分析论证。2DSS系统初步设计对各子问题要进行模型设计对各子问题还要进行数据设计。3DSS系统详细设计包括详细设计（数据设计和模型设计）和综合设计。4各部件编制程序包括建立数据库和数据库管理系统；编制模型程序，建立模型库、模型库管理系统；编制综合控制程序（总控程序），由总控程序控制模型的运行和组合、对数据库数据的存取，设置人机交互等处理。5三部件集成为DSS系统包括解决部件接口、总控程序与模型部件和数据部件的集成和形成DSS系统等问题。六 决策支持系统的设计1设计思想主要是对决策支持系统总体结构的设计，它包括运行结构设计和管理结构设计。2设计内容（1）总控程序的设计每个模型只完成它自身的工作，模型间的数据加工只能由总控流程来完成。（2）模型程序的设计包括数学模型程序、数据处理模型程序、图形和图像模型程序、报表模型程序等。第五节 农业虚拟技术一虚拟农业的概念它利用计算机虚拟现实技术、仿真技术、多媒体技术建立数学模型定量而系统地描述作物生长发育器官建成和产量形成等生理生态过程与环境、之间相互作用的数量关系,在此基础上,设计出虚拟作物、畜禽,从遗传学角度定向培育农作物,改变传统的育种和科研方式。二虚拟农业的结构 虚拟农业主要由农业现实数据采集、3D作物模拟、作物传感器、专家系统与模型、人等5部分组成。三虚拟农业的特征1.多感知性：应该具有人所具备的所有感知能力2.存在感：它是指导用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。3.交互性：用户对模拟环境内物体的可操作性和从环境得到反馈的自然性。4.自主性：指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。四虚拟农业主要包括：1.虚拟农作物，用以培育水稻、玉米、小麦、大豆、棉花等主要农作物的新品种；2.虚拟动物，用以培育猪、牛、羊、鸡、鱼等主要畜产品和水产品的新品种；3.虚拟农机制造，用以设计和制造节能、高效的新型农机(具)，提高农业生产设备、设施的利用效率，提高农业资源综合利用效率；4.虚拟农场，对农产品市场和农业生产管理进行模拟，利于农业科技推广和农业技术教学。五 虚拟农业技术的应用范围1.虚拟实验。应用计算机建立反映客观规律的虚拟模型，应用虚拟模型进行实验，可以部分地替代在现实世界中难以进行的实验，或者是费时、费力和费钱的实验。2. 虚拟育种。利用计算机技术、虚拟现实技术、仿真技术、多媒体技术设计出虚拟作物、畜、禽、鱼等，然后实际培育出能与虚拟农产品相媲美的真实作物和畜、禽、鱼等品种。3.虚拟温室。虚拟温室是将数据、材料、模型、物理属性和高级算法整合成的一个研究平台，研究温室对外界环境的反应半簪物理学(如温室围护结构的传热和力学属性)和环境学(气候变化和植物生理信息)结合起来，进行预测和预报温室对外界各种变化(气候条件、植物生长和人工干扰)的反应，而且能够观察、显示和打印其结果。4.虚拟农场。在教学、科普教育和农业科技推广领域，可利用虚拟植物模型建立虚拟农场，让学员在计算机上种植虚拟作物，进行虚拟田间管理，直观地观察作物的生长过程及最终结果，较快地掌握先进的农田管理技术。5虚拟果树修剪。虚拟果树修剪系统，可以模拟果树具有生长功能，该功能可以模拟真实果树的各种生长状况，并对各种因素的改变做出近似实际的反应。可以和农作物合理搭配种植；模拟农、林、牧、副、渔业相结合的农业可持续发展模式。6 虚拟立体农业。主要是通过对光资源利用的模拟(可模拟地下部对水、肥等的吸收利用状况等)，实现对立体农业(间作、套种、混种等)的优化管理。7虚拟城市农业。城市农业是充分合理地利用城市空间和优越条件来发展农业的一种探索。利用虚拟农业技术可以模拟环境、生态、科技、生产、观赏为一体的城市农业综合发展模式，便于决策、实施。生产、生活、生态等三“生”功能为一体的农业。8 虚拟农机制造。可以虚拟农机设计、农机制造和农机测试。例如，采用虚拟农业技术，对试验对象的各个指标同时进行数据的测量、实时处理和实时分析，有利于提高测试水平，得出比较精确的结论，为系统的优化设计提供更可靠的依据。第六节 精确农业与3s技术一精确农业概念精确农业：是指利用全球定位系统( GPS) 、地理信息系统( GIS) 、连续数据采集传感器( CDS) 、遥感( RS) 、变率处理设备( VRT) 和决策支持系统( DSS) 等现代高新技术, 与农学、土壤、植保等学科相结合，获取农田小区作物产量和影响作物生长环境因素( 如土壤结构、地形、植物营养、含水量、病虫草害等) 实际存在的空间及时间差异性信息, 分析影响小区产量差异的原因, 并采取技术上可行、经济上有效的调控措施, 区分对待不同农田小区, 按需实施定位调控的“处方农业”。能够在实现提高生态效益的同时实现对环境的保护。具体讲：以大田耕作为基础，定位到每一寸土地，从耕地、播种、灌溉、施肥、中耕、田间管理、植物保护、产量预测到收获、保存、管理的全过程实现数字化、网络化和智能化。不同表述中的3个共同点：（1）基于作物及资源环境的时刻差异特征（2）以最小的资源投入、最大农业收益和最小环境危害为目标（3）以3S技术、信息技术和智能化技术等为技术支撑体系。二精确农业的特征1. 地域性2. 综合性3. 系统性4. 渐进性5. 可操作性三精确农业的理论与技术体系1精确农业的核心理论：基于田区差异的变量投入和最大的收益、最小的环境危害。精确农业的三个精确：定位：精确地确定灌溉、施肥、杀虫等的地点。定量：精确地确定水、农药、肥、种子等的施用量。定时：精确地确定各种农艺措施实施的时间。2精确农业的技术体系（1） 地理信息系统（2） 遥感技术（3） 全球定位技术（4） 决策支持技术（5） 变量投入技术3精确农业的实施过程（1）数据采集产量数据采集土壤数据采集作物营养检测方法土壤水分检测苗情、病虫草害数据采集其他数据采集（测量地形边缘、近几年轮作情况、平均产量、耕作情况、作物品种、化肥、农药、气候等有关数据，用于决策分析。（2）差异分析产量数据分布图土壤数据分布图苗情、病虫害分布图(3) 控制实施 在3S技术支持下得到的信息经过一系列处理后，将形成变量控制信息，最终由计算机控制农业机械，实施变量管理。智能农业机械是精确农业中实施控制的重要手段。智能农业机械主要由信息采集系统、决策判断系统和控制执行系统3部分组成四3S技术3S技术是指遥感(RS,RemoteSens-ing)、地理信息系统(GIS,Geographic InformationSystem)、全球定位系统(GPS,GlobalPositionSystem)。3S技术目前已经被广泛应用于农业的各个方面,如:种植业、养殖业、农业机械、水产业等。主要应用于综合开发、产量估算、生长监测、病虫害预报等。1 RS包括航空遥感和卫星遥感,是在30年代航空摄影的基础上发展起来的, 60年代随着太空技术、电子技术和地球科学的发展,产生了质的变化,并被广泛利用于各个领域。航空遥感能进行较精确的测量和立体观察。卫星遥感频度大、时间和空间分辨率高、便于数字化分析。2 GIS是60年代发展起来的地理学研究的领域,它是空间数据的管理和应用的技术系统,即在计算机软硬件的支持下,对有关空间数据按地理坐标进行输入、存贮、查询、检索、运算、分析、显示、更新和提取应用的技术系统。经过30多年的发展,它的应用范围已涉及到地理学的各个领域。3 GPS是1973年美国为改进原有的海军导航卫星系统NNSS而确定研制的。它是以人造卫星组网为基础的无线电导航系统,主要由卫星星座、地面监控和用户信号接收三部分组成。为全球范围内的用户提供全天候、连续、适时、高精度的7维数据(3维位置+3维速度+1维时间),具有解决多种学科重大问题的能力,目前已经被广泛应用到各个领域。第四章农业信息化技术的发展第一节 发达国家农业信息化技术发展与应用发达国家的农业信息化正在步入新的阶段，形成了从农业信息的采集、加工处理到发布的健全的、完善的农业信息体系。一 美国美国作为世界电子信息产业的第一大国，农业信息化是在信息技术和市场经济高度发达的背景下，与整个社会的信息化同步发展的。美国从农业信息技术应用、农业信息网络建设和农业信息资源开发利用等方面全方位推进农业信息化建设。构建了以政府为主体，以国家农业统计局、经济研究局、世界农业展望委员会、农业市场服务局和外国农业局等五大信息机构为主线的国家、地区、州三级农业信息网，形成了完整、健全、规范的农业信息服务体系；在农业信息化建设上，采取了政府投入与资本市场运营相结合的投资模式。如美国国家农业数据库(AGRICOLA)、国家海洋与大气管理局数据库(NOAA)、地质调查局数据库(USGS)等规模化、影响大的涉农信息数据中心(库)，对农业发展产生了很好的推动作用；发源于美国的精确农业，利用全球定位系统(GPS)、农田遥感监测系统(RS)、农田地理信息系统(GIS)、农业专家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、系统集成、网络化管理系统和培训系统等，对农作物进行精细化的自适应喷水、施肥和撒药，有力地促进了农业整体水平的提高。二德国德国各州农业局开发和运营的电子数据管理系统(EDV)，能向农户提供作物生长情况、病虫害预防和防治技术以及农业生产资料市场信息等。电视文本显示服务系统(BTX)和植保数据库系统(PHY-TOMED)，可为农户提供农业技术信息服务。德国作为欧洲信息化发展的成功典型，政府始终致力于农业信息化的政策与环境、农业信息化基础设施的建设和数据库建设的投入。政府还注重模拟模型技术、计算机决策系统技术、精确农业技术等关键技术的研发和集成，并形成了自身的优势。装有遥感地理定位系统的大型农业机械，可以在室内计算机自动控制下进行各项农田作业；远程诊断系统可以确定农机是否需要维修或更换零配件；计算机辅助决策系统为农民提供咨询服务，如小麦品种选择模型(GENIS)可从提供各种小麦品种的水肥条件、品种特性、产量品质、抗病虫害的能力等方面的评估情况，帮助农民选择适宜种植的小麦品种；麦类病害流行预测和损失预测模拟模型，能对单一病害和多种病害综合的发生做出预测，这些系统在农业生产中发挥了积极的作用。三 法国在农业生产中，信息和通信技术的应用程度很高。主要是利用通信卫星技术对灾害性天气进行预报，对病虫害灾情进行测报；利用专家系统进行自动化施肥、灌溉、打药等田间管理；利用信息技术对土壤环境进行精确的数据分析，根据种植品种的具体需求，调节和改善种植环境。在农产品的生产、收获、贮藏和加工等各个环节实现了计算机全程实时监控。四 澳大利亚澳大利亚的自然条件并不优越，土地荒漠化严重、水资源短缺，但政府以信息化带动农业发展，通过大力发展网络基础设施建设、强化信息资源开发和共享、利用多媒体技术和远程教育等方式提高农场主信息素质以及通过市场化引导和发展电子商务等措施，使澳大利亚迅速发展成了一个集生态农业、加工农业、出口农业和服务农业为一体的新型农业发达国家。电脑和互联网应用已成为澳大利亚农业发展必不可少的条件。2004年，在经营产值超过5000澳元的农场中，有55的农场利用互联网开展了电子商务，有47农场使用互联网获取种养信息和技术，发布产品销售信息，从网上接受农协及政府农业部门的技术指导。每个农场都有自己的网址，可以通过互联网与农民协会和市场联系。全社会的广泛参与也是澳大利亚农业信息水平较高的原因之一，政府和各类涉农组织都注重农业信息资源的挖掘和加工整理，形成了丰富的农业信息资源。澳大利亚CISC农业信息网络提供国内外所有的市场动态信息、农业科技信息、自然与气象信息、农业政策法规信息和相关行业信息等。著名网络门户“Agrigate”，链接了数百个世界权威网站，并提供无偿服务。五 日本日本建立了农业技术信息服务全国联机网络，即电信电话公司的实时管理系统(DRESS)，借助公众电话网、专用通讯网和无线寻呼网，把大容量处理计算机和大型数据库系统、互联网网络系统、气象预报系统、温室无人管理系统、高效农业生产管理系统以及个人电脑用户等联结起来，提供农业技术、文献摘要、市场信息、病虫害情况与预报、天气状况与预报等信息。各县也都设立了DRESS分中心，可以随时交换信息；以有线电视利用为中心的地域农业信息系统，通过有线电视播放、自由播放、村内电话、调频广播等方式传播农业信息，并以计算机和多功能传真等作为补充，传递农户和农协之间的发货和销售信息；农产品电子商务由企业运作，形式多种多样，有利用大型综合网上交易市场和综合性网上超市的规模、品牌优势销售农产品的，也有专门从事农产品销售的农产品电子交易所和农产品网上商店。六 韩国韩国建立了比较完善的农业信息系统。新型农业技术信息数据库为农民和公众提供新的农业技术信息。农业土壤环境信息系统为农民提供详细的原始土壤图的制备、土壤详图数据库、稻田和早地土样分析等信息。农场信息技术系统主要向农场主、农户发布作物生长条件、农场全方位技术、害虫预测信息、农业标准设备的设计规划、特殊地点农户实用技术和农村生活等信息。农场生产环境信息系统提供实时天气预报信息。牲畜出口产品管理系统提供畜产品价格动态分析信息。农民信息管理系统主要开发和提供农业管理项目。此外，韩国农业电子商务也极为发达。第二节我国农业信息技术的发展一我国农业信息化技术的产生和发展20世纪80年代以来，我国农业信息化技术的发展主要经历了起步、普及、发展和提高阶段。起步阶段(1979-1985)：解决农业领域中的科学计算和数学规划问题。1981年，建立了第一个计算机农业应用研究机构-中国农业科学院计算中心。普及阶段（1986-1990）：主要以农业数据处理和农业信息管理为主，农业专家系统成为热点，农业模拟研究相继开始。发展阶段（1991-1995）：农业专家系统等农业信息技术列入863计划的重点课题，专家系统在农业生产实践中获得应用，取得了比较明显的效益。提高与综合应用阶段（1996年以后）：信息资源共享、计算机应用技术与生产实际相结合。我国农业信息化发展很快，网络技术、数据库技术、多媒体技术、专家系统、精准农业与3s技术、农业虚拟技术等正逐步得到应用，收到了较好的社会和经济效益，突出表现在组织体系得到基本完善，基础平台初具规模，决策支持能力显著增强，服务覆盖面不断扩大，电子政务凸显成效等六个方面。实现农业现代化将彻底改变传统农业时空变异大、可控性差、稳定性和定量化程度低等弱质局面，必将带来农业产业和农村经济的飞速发展。因此，推进农业信息化，已成为统筹城乡经济社会发展、全面建设小康社会的战略选择。二 中国农业信息化的基本框架建立专门的农业信息系统,必须由政府支持启动,这也是建立社会主义市场经济体制后政府的重要职能之一。为适应市场经济需要,建立这一系统应包括如下内容:1覆盖全国县市和乡镇,以保证信息的系统性,同时满足全国农户与乡镇决策的需要。2乡镇设立专门的计算机网点,县城设立专门的集中信息网站,并有专门的信息员,负责录入信息和提供信息咨询。3每村固定兼职信息员,负责统计与上报等工作。4信息系统以服务为宗旨,并由政府直接管理,以保证运作的规范性、真实性和服务性。5为保证信息的系统性与高效性,政府应对与国民经济和城乡居民生活关系比较密切的产品制定大类和细类,将这些产品的拟种植面积与待收获的产量和相应的市场价格及供求行情作出预测,在规定的时间内输入网站。6其他信息,诸如国际市场相关行情的信息等等。 三 我国农业信息化技术的应用1农业数据库方面当前我国比较有影响的几种农业系统的数据库有：（1）中国农业科技文献信息数据库（2）中国作物种质资源信息系统目前拥有180种作物、37万份种质信息、2000兆字节，是世界上最大的植物遗传资源信息系统之一。（3）其他专业性数据库等陕西省棉花气象数据库、象山县农作物病虫害数据库、山东果树数据库、湖北省土壤系统分类数据库系统、检疫性植物种传病毒数据库、青海省农作物品种管理数据库系统、昆虫标本数据库管理系统、小麦遗传资源数据库、水稻褐稻虱数据库管理系统、台湾农业数据库、小麦抗条锈病数据库、肥料试验数据库、黑龙江省高梁育种基础材料数据库、花生优异种质资源数据库、生态高效农业产业化风险数据库、农田虫情数据库及信息管理系统、水稻品种抗瘟性数据库管理系统、野生植物资源信息检索数据库、向日葵有害生物数据库。2农业管理信息系统方面农业管理信息系统是收集和加工农业系统管理过程中的有关信息，为管理决策过程提供帮助的信息处理系统应用领域也不断扩大，包括作物生产管理、灌溉管理、农业环境监测管理、农业经济管理、家禽养殖管理等不同领域，促进了农业生产的科学化、规范化和数字化发展。1990年，中国农业科学院棉花研究所研发的棉花生产管理系统，将播种期、密度、施肥量、化学调控结合起来，可以在不同地区和不同年份提出不同的棉花生产优化方案，在山东、河南等地示范推广3.5万多hm,每公顷增产皮棉125kg。1988年，四川省开发的农业管理信息系统，收集了全省19491987年主要农业生产数据，具有全省粮食总产量预测、农村产业结构动态评估和优化、农村劳动力转移等模型。中国农业科学院计算机中心为我国广大农村研制开发了一套集成化管理软件“农村经营管理信息系统”，系统由帐务管理子系统、农经指标统计汇总子系统和经营管理子系统组成。目前该系统已经在江苏、山东、北京等地推广应用，效果良好。1999年，浙江大学农业遥感信息技术应用研究所和杭州市环境科学研究所在市环保局的支持下，利用GIS技术、RS技术，开发了“杭州地区环境管理信息系统”。3农业专家系统方面专家系统在各示范区已经得到了广泛的应用，并取得了明显的效益。安徽省水稻主要病虫害诊治专家系统，中国农科院植物保护研究所开发出粘虫测报专家系统。正在研制的有小麦条锈病流行程度预测专家系统、麦蚜测报专家系统等。“八五”期间，中国科学院合肥智能所开发出虫害预报专家系统FIP、北京农业大学开发出作物病虫预测专家系统、宁夏农林科学院等应用（VPEXPERT）开发出冬小麦条锈病预测专家系统。我国专家系统的研究起始于20世纪80年代初期。1983年，中国科学院合肥智能机械研究所与安徽省农业科学院土壤肥料研究所合作，研制了“砂姜黑土小麦施肥专家咨询系统”。 90年代,国际上举办了多次有关农业专家系统的会议,我国专家系统的研究更是蓬勃发展,出现了许多农业专家系统6。如小麦高产技术专家系统(余华等, 1996),水果果形判别人工神经网络专家系统(刘禾等, 1996),基于规则和图形的苹果、梨病虫害诊断及防治专家系统(王爱茹等, 1999),以及农业资源高效利用技术集成专家系统的设计(李道亮, 1999)、生态农业投资项目外部效益评估的专家系统(范大路, 1999)、基于作物生长特征的作物栽培专家系统(柴毅, 1999)、基于生长模型的小麦管理专家系统(曹卫星等, 1999)等,这些农业专家系统促进了农业科技成果的应用与推广。我国“863”支持下研发的农业专家系统统计：甘肃示范区：小麦、玉米、马铃薯、黄瓜、茄子、番茄、西瓜、辣椒、百合、特菜、葡萄、病虫害预测预报、植保、养猪、农业资源环境、地理信息系统。4农业决策支持系统方面中国农业科学院与中国人民大学最早在1988年研究开发了我国农业领域第一个“中国食物供需平衡决策支持系统”，对于研究我国中长期事物发展战略提供了有效的决策支持，其中的数据库、模型库和方法库在大量数据和复杂关系的处理与运算过程中显著提高了整体项目的研究效率。我国已开发的农业决策支持系统和专家系统（Expert SystemES）有：中国农电管理决策支持系统、县（市）农业规划预测系统、小麦玉米品种选育专家系统、小麦计算机专家管理系统、水稻主要病虫害诊治专家系统、柑园专家系统等，不少已经达到了国际领先水平，在实际应用中产生了很好的经济效益。5精确农业与3s技术2001年中国农业科学院土壤肥料研究所研制出“适合于农场规模化经营的精准农业养分信息管理技术和精准农业变量平衡施肥技术体系”，在实验区内氮肥利用率提高10%15%，小麦和玉米增产15%左右。由上海精准农业技术有限公司,在上海精准农业试验示范基地(位于上海农工商集团农工商现代农业园区内),以优质水稻和出口蔬菜为试验研究对象,取得了大量数据。如土壤环境信息采集项目,在全球定位系统的支持下,已经完成了关于土壤信息的二十几个因子的基础数据收集和分析。水稻栽培计算机模拟优化决策系统项目,取得了示范基地水稻产量图。烟台市科学技术的广泛普及,起到了良好的“酵母”效应,激发了广大农民自觉研究探索精准农业的热情,从中涌现出一支民营科技劲旅。目前,烟台市民营科技机构已达1100家,从业人员7万多人,现已研制开发科技成果450多项,年创收益96亿元。RS在我国林业中的应用更是令人瞩目，三北防护林遥感综合调查在两年时间查清了占全国60%面积的三北地区森林、土地、草场等再生资源的数量，并对三北的生态环境进行了评价。使国家有关部门在短时间里掌握了如此大面积的资源状况及变化情况，对人迹稀少、常规方法难以调查的地区，RS更显其威力，西藏自治区森林资源调查就是用遥感技术完成的。我国自主研制的“北斗一号”卫星导航系统在汶川地震中也发挥了重要作用。在灾害发生不久，中国卫星导航应用管理中心立即为救援部队紧急配备了1000多台“北斗一号”终端机，实现了各点位之间、点位与北京之间的直线联络。在灾区通信没有完全修复，信息传送不畅的情况下，救援部队不断发回的灾情报告，为指挥部指挥抗震救灾提供了重要的信息支援。第三节 甘肃农业信息发展及存在问题一甘肃省农业信息发展现状1甘肃农业信息化发展基本状况农业信息基础设施建设水平有明显提高（1）、各级政府高度重视，农业信息化得到快速发展 “十一五”期间，省上投资3000万元，地方出资100万元，以推广“金塔模式”，建立1个省级信息服务网络平台、87个县级信息采集发布平台和4461个村级信息服务点为主要内容的“甘肃省农村信息公共服务网络工程”已由省政府正式启动。省级农业信息服务网络平台已初具规模，“甘肃农业信息网”互联网站、省农牧厅机关局域网和农业部卫星指挥调度系统甘肃小站等项目基本建成。作为打造“数字白银”重要内容的白银农业信息化建设全面推开。作为全国“三电合一”六个试点市之一的酒泉市的项目建设正在进行。（2）、农业信息化组织体系不断完善，信息服务水平稳步提高通过实施“三电合一”工程、农业信息体系建设项目和甘肃省农村信息公共服务网络工程等，累计完成投资近2000万元，建成“甘肃农业信息网”、省农牧厅机关局域网、农业部卫星指挥调度系统甘肃小站及延伸至部分市县乡村的农业信息服务平台和信息服务点。（3）、农村信息基础设施建设持续推进，信息利用越来越方便快捷“广播电视村村通工程”、 “村村通电话工程” 解决了广播电视信号覆盖“盲区”群众收听广播、收看电视、打电话的问题。2农业信息资源开发与利用取得成效（1）、农业网站群正在逐步扩大，信息资源的利用进一步提高“甘肃农业信息网”、“甘肃新农村网”、“甘肃兴农网”、“甘肃农业网”、“甘肃农业经济网”、“甘肃新农村商务”、“甘肃扶贫网”、“甘肃科技信息网”、“甘肃动物防疫网”、“甘肃农业机械化信息网”以及兰州、天水、白银、金昌、定西五市和金塔、甘州、凉州、徽县等部分县区建立的农业信息互联网站成为领导决策的助手、农技推广的能手和农民致富的帮手。（2）、农业信息资源得到开发与利用，农业生产的科技贡献率进一步提高20世纪90年代以来，不仅地理信息系统、全球定位系统和遥感系统的进一步得到综合利用，而且信息网络系统得到广泛的应用，已完成农业技术、政策法规、科技信息、农业专家、视频资料、农业项目等8个专业数据库建设。200