农业信息技术课件

1、农 业 信 息 技 术 李杰勤 安徽科技学院第一章 农业信息技术概述第二章 农业信息采集第三章 农业专家系统第四章 作物模拟模型第五章 农业数据分析第六章 农业信息网络第一节 统计软件介绍第二节 利用excel进行统计分析第三节 利用DPS进行统计分析第一章 农业信息技术概述 21世纪是生物技术与信息技术时代。以基因工程、生物芯片等新型技术为代表的现代生物技术，正在引发医学、农业等领域新的科技革命，形成新的生物产业浪潮。 生物技术和信息技术作为21世纪农业科技发展的两大前沿领域，对未来农业科技革命和农业生产经营的影响更是不可估量。 农业信息技术是农业科学与现代信息技术相结合的新兴交叉学科，主要

2、研究现代信息技术在农业领域应用的理论与技术。本章简要介绍现代信息技术发展及其农业应用状况。第一节 信息技术发展概述第二节 农业信息技术发展第三节 作物智能栽培学第一章 农业信息技术概述第一节 信息技术发展概述一、信息技术的概念 信息(information)是信息源所发出的各种信号和消息经过传递被人们所感知、接收、认识和理解的内容的统称。信息有物质信息和精神信息。信息现象无时无处不在，信息广泛分布于自然界。人类社会和人的思维活动过程中，信息现象是永存的，超越人类社会的发展过程。 信息技术 (information technology，IT)是指获取、处理、传递、存储、使用信息的技术，是能够扩

3、展人们的信息功能的技术。它集通信 (communication)、计算机(computer)和控制 (control)技术于一体，国外又称之为 3C技术，其内容包括信息采集技术、信息传递技术、信息处理技术及信息控制技术，其功能对应着人体信息器官的功能，即感觉器官、传导神经网络、思维器官和效应器官。(一)信息采集技术的技术 能有效地扩展人类感觉器官的感知域、灵敏度、分辨力和作用范围的技术，包括传感、测量、识别和遥感遥测技术等，但目前广泛使用的主要是传感技术、遥测技术、遥感技术。(二)信息传递技术 通信技术，是传导神经网络功能的延伸，包括数字程控交换技术、综合业务数字通信网、光纤通信。第一节 信息

4、技术发展概述(三)信息处理技术 信息处理技术就是应用计算机硬件、软件及数字传输网，对信息进行文字、图形、特征识别，信息与交换码之间的转换，信息的整理、加工、生成，以及利用数据库、知识库实现信息存储和积累的技术。(四)信息控制技术 信息控制技术的功能是根据输入的指令信息 (决策信息)对外部事物的运动状态和方式实施干预，是效应器官功能的扩展延伸。二、信息技术的发展历程(一)古代信息技术(二)近代信息技术(三)现代信息技术(一)古代信息技术 乘马传递曰驿，驿传是早期有组织的通信方式。 位于嘉峪关火车站广场的“驿使”雕塑 (一)古代信息技术 唐代对邮驿的行程也有明文规定，陆驿快马一天走6驿即180里，

5、再快要日行300里，最快要求日驰500里；步行人员日行50里；逆水行船时，河行40里，江行50里，其它60里；顺水时一律规定100到150里。诗人岑参在初过陇山途中呈字文判官一诗中写到“一驿过一驿，驿骑如星流；平明发咸阳，幕及陇山头”。 宋代将所有的公文和书信的机构总称为“递”，并出现了“急递铺”。急递的驿骑马领上系有铜铃，在道上奔驰时，白天鸣 铃，夜间举火，撞死人不负责。铺铺换马，数铺换人，风雨无阻，昼夜兼程。 (一)古代信息技术罗斯柴尔德家族简介 罗斯柴尔德家族是欧洲乃至世界久负盛名的金融家族。它发迹于19世纪初，其创始人是梅耶罗斯柴尔德(Mayer Amschel Rothschild)

6、。他和他的5个儿子即“罗氏五虎”先后在法兰克福、伦敦、巴黎、维也纳、那不勒斯等欧洲著名城市开设银行。建立了当时世界上最大的金融王国。(二)近代信息技术 摄影技术、电影技术、电报与电话技术、广播与电视技术等 。(三)现代信息技术 集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，当价格不变时；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。 戈登摩尔 三、现代信息技术内容(一)微电子技术(二)传感技术(三)信息存储技术(四)计算机技术(五)多媒体技术(六)通信技术(七)计算机网络技术传感器技术 传感器是将非电物理量 (如压

7、力、温度、湿度、流量等，转换为电量的装置，可以对某些物理量进行测试或处理。传感器包括力敏传感器、热敏传感器、离子敏传感器、光传感器、生物传感器等多种类型。 四、数字地球构想 (一)数字地球的提出数字地球 (digital earth)的概念是美国前副总统戈尔于1998年1月31日在加利福尼亚科学中心发表演讲时提出来的。 数字地球是美国继国家信息基础设施 (NlI，俗称信息高速公路)和国家空间数据基础设施 (NSDI，俗称地学信息高速公路)之后的又一个意义更加深远的全球性国家信息基础设施建设设想。(一)数字地球的含义与特点 数字地球，可以理解为对真实地球及其相关现象统一的数字化重现和认识，是以地

8、球为对象，以地理坐标为依据，具有多分辨率、海量数据和多种数据的融合，并可用多媒体和虚拟技术进行多维立体动态表达，具有空间化、数字化、网络化、智能化和可视化特征的技术系统。数字地球的本质是一个全球性的综合信息系统，是遥感、地理信息系统、全球定位系统、宽带网络、仿真与虚拟技术的高度综合和升华，是对地表、地下和太空的多尺度、多层次的地球信息数字化三维显示的虚拟地球。（二）数字地球的特点第一，数字地球具有空间性、数字性和整体性。第二，数字地球的数据具有无边无缝的分布式数据层结构，包括多源、多比例尺、多分辨率、历史和现时的、矢量格式和栅格格式的海量数据。第三，数字地球具有迅速充实、联网的地理数据库。第四

9、，数字地球以图像、图形、文本报告等形式提供服务。第五，数字地球采用开放平台、构件技术、动态互操作等最先进的技术方案。第六，任何一个用户都可以在宽带网上根据自己的权限实时使用数字地球中的信息，无论生产者是谁，无论数据在什么地方;运用具有传感器功能的特制数据手套，还可以对数字地球进行各类可视化操作。第七，数字地球的服务对象包括整个社会层面，无论政府机关还是科教、生产单位，无论专业技术人员还是普通老百姓，部可以找到自己所需要的信息。(三)我国数字地球发展战略1、制订我国对地观测卫星的发射规划，发射小卫星系列，以解决地理空间信息源问题。2、下决心实现通信系统的“三网合一”，建立可靠、高速的宽带网。3、

10、加快地理空间数据基础设施的建设，最迫切的任务是要解决数据的标准、规范和共享问题。4、加强地球科学、信息科学和空间科学的基础研究和应用研究，培养自主创新能力。5、大力普及地理信息系统的应用，发展国产软件平台，培育数字地球的用户市场，为远期目标的实现打下坚实的基础。建立标准化、规范化的数字化的三维、动态空间数据库，建设覆盖全国的宽带高速图形图像传输网络，发展虚拟环境的空间分析功能和应用模型。（四）数字地球的技术基础1、信息高速公路和计算机宽带高速网 美国克林顿总统早在1993年2月就提出实施美国国家信息基础设施（NII），通俗形象地称为信息高速公路，它主要由计算机服务器、网络和计算机终端组成。美国

11、为此计划投入4000亿美元，耗时20年。到2000年的目标是提高生产率2040%，获取35000亿美元的效益。 在Internet流量爆发性增长的驱动下，远程通信载体已经尝试使用10G/S的网络，而每秒1015byte的因特网正在研究中。相信在21世纪将会有更加优秀的宽带高速网供人们使用。 未实现篇(1)未来之路中写道：用户遗失或遭窃的照相机将自动发回信息，告诉用户它现在所处的具体位置，甚至当它已经身处不同的城市。评注：十分不幸，盖茨的这一预言并没有实现。但现在的手机大多有拍照功能，从这个角度来看，我们用来发信息的手机同时也是照相机，因此并不能说盖茨完全错误。(2)未来之路中写道：如果您的孩子

12、需要零花钱，您可以从电脑钱包中给他转帐5美元。此外，当您驾车驶过机场大门时，电脑钱包将会与机场购票系统连接，检验您是否购买了机票。评注：如今的信用卡及Ebay的PayPal服务最接近比尔盖茨的预测，然而迄今为止电子货币时代还远远没有到来。(1)未来之路中写道：未来您将可以选择收看自己喜欢的节目，而不是被动的等着电视台播放。评注：盖茨的这一预言很早就得以实现，Tivo技术出现在1997年。(2)未来之路中写道：音乐销售将出现新的模式。那些对光盘和磁带等耗材产品感到头疼的用户将不会再受到磨损的困扰，未来的音乐将存储在一台服务器上，供用户通过互联网下载。评注：从这一预测可以看出，盖茨的先知先觉已经体

13、现无疑，但为什么他会让老对手苹果在数字音乐市场拔得头筹呢？2、高分辨率卫星影像 空间分辨率指影像上所能看到的地面最小目标尺寸，用像元在地面的大小来表示。从遥感形成之初的80米，已提高到30米，10米，5.8米，乃至2米，军用甚至可达到10cm。到下一世纪获取1m或优于1m的空间分辨率影像将会十分方便。光谱分辨率指成像的波段范围，分得愈细，波段愈多，光谱分辨率就愈高，现在的技术可以达到56nm（纳米）量级，400多个波段。 3、空间信息技术与空间数据基础设施 空间信息是指与空间和地理分布有关的信息，经统计，世界上的事情有80%与空间分布有关，空间信息用于地球研究即为地理信息系统。为了满足数字地球

14、的要求，将影像数据库、矢量图形库和数字高程模型（DEM）三库一体化管理的GIS软件和网络GPS，将在下一世纪十分成熟和普及。从而可实现不同层次的互操作，一个GIS应用软件产生的地理信息将被另一个软件读取。4、大容量数据存贮及元数据 数字地球将需要存贮1015字节的（Quadrillions）信息。美国NASA的行星地球计划EOS-AM1 99年上天，每天将产生1000GB（即1TB）的数据和信息，1米分辨率影像覆盖广东省，大约有1TB的数据，而广东才是中国的1/53。所以要建立起中国的数字地球，仅仅影像数据就有53TB，这还只是一个时刻的，多时相的动态数据，其容量就更大了。 5、科学计算 地球

15、是一个复杂的巨大系统，地球上发生的许多事件，变化和过程又十分复杂而呈非线性特征，时间和空间的跨度变化大小不等，差别很大，只有利用高速计算机，我们今日和跨世纪的未来，才有能力来模拟一些不能观测到的现象。利用数据挖掘（Data Mining）技术，我们将能够更好地认识和分析所观测到的海量数据，从中找出规律和知识。科学计算将使我们突破实验和理论科学的限制，建模和模拟可以使我们能更加深入地探索所搜集到的有关我们星球的数据。6、可视化和虚拟现实技术 可视化是实现数字地球与人交互的窗口和工具，没有可视化技术，计算机中的一堆数字是无任何意义的。数字地球的一个显著的技术特点是虚拟现实技术。 虚拟现实技术为人类

16、观察自然，欣赏景观，了解实体提供了身临其境的感觉。最近几年，虚拟现实技术发展很快。虚拟现实造型语言（VRML）是一种面向Web、面向对象的三维造型语言，而且它是一种解释性语言。 （六）数字地球中的3S技术 数字地球的核心是地球空间信息科学，地球空间信息科学的技术体系中最基础和基本的技术核心是3S技术及其集成。所谓3S是全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感（RS）的统称。没有3S技术的发展，现实变化中的地球是不可能以数字的方式进入计算机网络系统的。影像库界面 多种数据的拼接显示 地名查询 三维浏览以及检索功能 测量工具 Google于2004年11月收购了美国Keyhole公司，

17、推出了http:/，让人耳目一新。但Google并未就此止步，在2005年6月底，推出了桌面工具Google Earth，把地球放到了每个人的桌面上。让你坐在电脑前,就可以在名川大山间翱翔,在摩天楼群中俯瞰。 Google earth简介Google earth的卫星影像，并非单一数据来源，而是卫星影像与航拍的数据整合。其卫星影像部分来自于美国DigitalGlobe公司的QuickBird（捷鸟）商业卫星与EarthSat公司（，美国公司，影像来源于陆地卫星LANDSAT-7卫星居多），航拍部分的来源有BlueSky公司（，英国公司，以航拍、GIS/GPS相关业务为主）、Sanborn公司（

18、，美国公司，以GIS、地理数据、空中勘测等业务为主）等。Google Earth一共提供了三个版本（不含企业服务器版）：个人免费版、Plus版、Pro版 第二节 农业信息技术发展一、农业信息技术的概念 农业信息技术 (agriculture information technology，AET)是指利用信息技术对农业生产、经营管理、战略决策过程中的自然、经济和社会信息进行采集、存储、传递、处理和分析，为农业研究者、生产者、经营者和管理者提供资料查询、技术咨询、辅助决策和自动调控等多项服务的技术的总称。它是信息技术和农业技术发展相结合的边缘交叉学科，是信息技术在农业领域的应用分支，是利用现代高新

19、技术改造传统农业的重要途径。 农业信息技术是传感器、计算机和通信技术在农业上的综合应用，其内容主要包括农业数据库与管理信息系统、地理信息系统、农业遥感监测、全球定位系统、农业决策支持系统、农业专家系统、作物模拟模型、农业信息网络、农业智能控制技术等。目前在农业中应用得比较广泛的有农业信息数据库、农业专家系统、作物模拟模型及其集成系统精确农业技术体系等。 农业信息技术为农业生产和经营管理、科学研究和技术推广提供了新的思路、管理技术、试验手段和传播途径，可应用于农业资源与环境监测、农业生产管理决策、农田精细管理、农业技术推广、农业经济管理、农业灾害防治、农业教育与培训等领域，能够促进传统经验型农业

20、向现代精确型农业转变。二、国外农业信息技术发展现状第一阶段是20世纪50-60年代的科学计算，如利用计算机研究饲料配合问题第二阶段是70-80年代的数据处理和知识处理，以开始农业数据库建设、作物生长模型、农业专家系统和自动控制技术研究为标志第三阶段是90年代以来精确农业技术产生与发展，是地理信息系统、遥感技术、全球定位系统、智能化农业控制机械技术的系统集成与实践应用三、我国农业信息技术发展现状“七五”以来，我国在农业数据库、农业专家系统、作物模拟模型、农业遥感监测、农业地理信息系统、农业信息网络、农业自动化控制、精确农业技术等领域开展“研究与应用推广工作。 “十五”期间，国家科技部设立“863

21、”计划现代农业技术主题“数字农业技术研究与示范”专项，进行数字农业关键技术研究和产品开发，通过系统集成，构建数字农业技术平台，初步形成我国数字农业技术框架。三、我国农业信息技术发展现状 我国农业信息技术的应用开发研究尚处于分开无序状态；农业信息技术产品少，商品化的应用软件较少，而且存在低水平重复的问题。总体上，信息技术在我国农业的实际应用水平还很低。四、数字农业技术 （一）、数字农业的概念 1997年，经美国科学院、工程院两院院士讨论，正式提出数字农业，它是指在地学空间和信息技术支撑下的集约化和信息化的农业技术。 数字农业是指运用数字技术实现农业要素和农业过程的数字化、网络化、自动化以及智能化

22、，形成数字驱动的农业管理体系。狭义的数字农业，即精细农业或精确农业，是指将遥感、地理信息系统、全球定位系统、计算机技术、通信和网络技术、自动化技术等高新技术与地理学、农学、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科有机地结合起来，在农业生产过程中对农作物、土壤从宏观到微观进行实时监测，以实现对农作物生长、发育状况、病虫害、水肥状况以及相应的环境进行定期信息获取，生成动态空间信息系统，对农业生产中的现象、过程进行模拟，达到合理利用农业资源，降低生产成本，改善生态环境，提高作物产量和质量为目的的高新技术系统。（二）、数字农业的特点一是数字化统一处理农业问题，二是最大限度地开发农业信息资源三是农业信息的集

23、成与共享 其技术体系主要有:高分辨率对地观测技术、海量数据存储和互操作。宽带网络、虚拟现实、数据挖掘与知识发现、地理信息系统、决策支持系统、人工智能与专家系统、数控农业机械等。第三节 作物智能栽培学一、作物智能栽培学的形成和定义 2000年，曹卫星教授提出了作物智能栽培学的概念与内容，比较全面地涵盖了农业信息技术在农学领域的应用情况。 作物智能栽培学就是将系统分析原理和信息技术应用于作物栽培学研究，着重以作物栽培智能决策支持系统来指导作物生产管理的现代计算机技术和信息科学与传统的作物栽培学相结合的新兴的交叉学科。二、作物智能哉培学的基本特征定量化系统化模型化科学化信息化知识化动态化可视化集成化

24、产品化 作物智能栽培学的埋论基础广泛涉及到计算机技术、信息科学、系统科学、管理科学。生态学、土壤学、作物科学与农学等多个学科领域，但其主要学术思想是将系统动力学、知识工程和智能管理的方法与技术创造性地应用于作物生产系统。 其核心和基础的研究内容是作物生长系统的计算机模拟模型及智能化决策支持系统，关键是将生长模型的预测功能、专家系统的推理决策功能、资源环境系统的信息管理功能相融合，对不同环境下的作物生长状况做出实时预测并提供优化管理决策，实现作物生产的高产、高效、优质、持续发展。三、作物智能栽培学的研究内容(一)作物生产数据库及信息系统 综合的农业生产信息系统应能提供全面反映农业资源环境条件、种

25、植业结构、作物品种特性、农业科技成果、生产设施、运行状况及市场动态等各类信息，开展全方位的农业生产信息咨询服务。农业信息系统作为一种农业现代化的载体，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。(二)作物生长预测和监测系统 作物生产智能决策与管理的基础是作物-环境-技术系统的计算机模拟模型，包括作物生长模型、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，或统称为作物系统模型。模拟模型不同于传统的统计模型，具有动态性、机理性、系统性、预测性、研究性和通用性的特点。(三)作物管理决策支持