农业信息技术

第一章 农业信息技术基础

第一节 农业信息技术的形成、内涵与特征 （一）、农业信息技术的定义简要地说，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。

（二）理论基础：农业信息的结构、性质、分类及其表达 农业信息的传输机制与信息流的形成机理 农业信息的管理与调控技术

主要学术思想是将信息系统原理与信息管理技术等创造性地应用于农业产业系统的研究和管理。

技术体系：农业信息获取 信息处理 信息模拟 信息模拟 三）、农业信息技术的特征

1、农业信息技术是一种信息科学体系。

农业信息学具有系统化、模型化、知识化、智能化、可视化、网络化等特征。 2、农业信息技术是一个多维技术体系。

农业信息技术是农业管理信息系统、农业决策支持系统和精确农业技术等系统的综合。 3、农业信息技术是一种应用系统平台。 第二节 农业信息技术研究的关键技术 1、农业数据库技术 2、农业信息监测技术 3、农业空间信息管理技术 4、农业系统模拟技术 5、农业人工智能技术 6、农业决策支持技术 7、农业信息服务技术

（三）农业空间信息管理技术

农业空间信息管理技术主要包括地理信息系统（GIS）技术和全球定位系统（GPS）技术。 GPS是有24颗卫星组成的空间定位系统，可以在任何时间确定任何物体的三维空间坐标，即空间位置属性。

农业上的应用包括：①空间变量信息采集的定位，如作物产量的定位计算等；②用于农田面积和周边的测量；③引导农业机械实施操作。 五）农业人工智能技术

人工智能（Artificial Intelligence，AI）人工智能的应用主要包括专家系统、神经网络、遗传算法等。

六）农业管理决策技术 DSS

根据职能可概分为农业宏观管理决策支持系统和农业生产管理决策支持系统 第六章 农业数据库及管理信息系统 一）数据库系统概念 1．数据库系统

数据库系统是计算机应用系统中的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。 (1)数据库的功能和特性

数据库是相互关联的数据的集合

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

具有较高的独立性

能够保证数据是安全的、可靠的

能最大限度地保证数据的正确性和完整性

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 （2）数据库管理系统（DBMS） DBMS的功能 存储数据

建立并维护数据结构 允许多个用户并发访问 加强安全性和保密性

允许提取和操作已存储的数据

实现数据录入和数据加载，提供对指定数据快速提取的高效索引机制 提供不同记录的一致性

通过备份和恢复过程保证数据免遭丢失 (3)数据库管理员

专门用来对数据库中的数据进行管理和维护的人叫做数据库管理员（简称DBA）。 （二）数据管理技术的产生及发展 1．人工管理数据阶段 2．文件系统管理数据阶段 3．数据库系统阶段 数据库系统阶段的特点 1)数据是结构化的

2)数据库系统的数据冗余度小、数据共享度高

3)数据库系统的数据和程序之间具有较高的独立性。

4)数据库系统通过数据库管理系统（DBMS）进行数据安全性和完整性的控制。 （三）数据库系统的构成

一个数据库系统有数据、用户、硬件和软件构成。 （四）数据模型

数据模型应满足三方面要求： 1、真实地反映现实世界 2、容易被人理解

3、便于在计算机上实现 数据模型分成两个不同的层次：

1、概念模型，也称信息模型，是按用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计。

2、数据模型，主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于DBMS的实现。 1、概念模型—基本概念 实体 属性 域 键

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。 实体集：某个实体型下的全部实体，叫做实体集。 实体型之间的关联可以分为三类：

一对一关联（1:1） 一对多关联（1：n） 多对多关联（m:n） 2、数据模型

目前常用的数据模型有三种：层次模型 网状模型 关系模型

他们之间的根本区别在于数据之间联系的表示方式不同。 关系模型的优点 ①数据结构简单

②具有很高的数据独立性

③可以直接描述多对多的关联。 ④有坚实的理论基础。

编码的原则：唯一性 可扩充性 识别性 简单性 完整性 第三章 农业数据库系统 （一）数据库的概念与结构 1．数据库的概念

数据库系统是基于数据库的计算机应用系统。它包括了以数据为主体的数据库和管理数据库系统的系统软件DBMS，

还包括了支持数据库系统的计算机硬件环境和操作系统环境、管理和使用数据库系统的人、方便使用和管理系统的各种技术说明书和使用说明书。 2．数据库的功能和特性

数据库的功能和特性主要有：（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）数据库技术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。 3．数据库管理系统

数据库管理系统（DBMS）可以被定义为是可以用来管理并与数据库相互作用的工具。 大多数DBMS可完成以下功能：存储数据；建立并维护数据结构；允许多个用户并发访问；加强安全性和保密性；允许提取和操作已存储的数据；实现数据录入和数据加载，提供对指定数据快速提取的高效索引机制；提供不同记录的一致性；通过备份和恢复过程保证数据免遭丢失。 分类：（1）层次DBMS（2）网络DBMS （3）关系DBMS（RDBMS） （4）面向对象的DBMS

4．数据库管理员

专门用来对数据库中的数据进行管理和维护的人叫做数据库管理员（简称DBA）。 （二）农业数据库系统的特征 1．农业数据库的分类 1）农业资源库 2）农业技术库 3）农业统计库

2．建立农业数据库的要求 （1）安全 ；（2）系统；（3）方便 ；（4）全面 ；（5）准确 3．农业数据库技术发展趋势 1）分布式数据库 2）多媒体数据库 3）面向对象数据库

（4）进一步适应Internet发展

第二节 农业数据库系统的研制与应用 一、农业数据库的研制

一）．农业信息综合基础数据库的设计 （1）数据库的设计目标 （2）数据库的数据分析 （3）数据库的概念设计 （4）数据库的逻辑结构设计 （三）农业数据库的应用 1．农业数据库的应用

世界上早期形成了四个大型数据库，即联合国粮农组织的农业系统数据库(AGRIS)、国际食物信息数据库(IFIS)、美国农业部农业联机存取数据库（AGRICOLA）、国际农业生物中心数据库（CABI）。

（2）我国农业数据库应用现状

1995年中国农业科学院构建了中国最大的“中国农业科技文献数据库”

第五章 农业专家系统 一、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。 二、专家系统的类型 1. 诊断专家系统 2. 预测专家系统 3. 解释专家系统 4. 设计专家系统 5. 规划专家系统 6. 监视专家系统 7. 控制专家系统 8. 咨询专家系统 9. 教学专家系统 9. 教学专家系统

三、专家系统基本原理

专家系统的核心是知识，专家系统的关键技术是知识获取、知识表达和知识运用技术。 四、专家系统的特征

1．专家系统具有显示表达的专门领域的大量知识。 2．能进行符号处理。 3．具有智能性

4．能对推理过程进行解释

5．包括知识库、数据库、模型库，涵盖了领域专家解决实际问题所需的基本信息。 6．人机界面友好。 第四章 农业模拟模型

第一节 农业模拟模型的概念、特征与功能 (一)农业模拟模型的概念和类型 1.模拟模型的概念

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。 2．模拟模型的类型

农业模拟模型按不同的功能特征以及建模的目的和方法大致可以分为以下几种类型。 （1）经验(Experiential)模型和机理(Mechanistial)模型 （2）描述性(Descriptive)模型和解释性(Explainatory)模型 （3）统计(Statistical)模型和过程(Process)模型 （4）应用(Application)模型和研究(Research)模型 （二）、农业模拟模型的特征

系统性；动态性 机理性 预测性 通用性 便用性 灵活性研究性 1、与动态分析的比较

模拟模型研究的主要对象是生物与非生物系统的过程及过程间的相互关系，因而具有规律上的解释性以及连续的时空变化特征。

动态分析的主要研究内容是不同时段系统的整体输出结果，而未涉及系统内不同成分的变化过程及其机理关系，具有简单描述性和间断性的特点。

2、与农业统计的比较

（1）农业统计一般只对农业生产系统的最终结果（如产量）进行比较，而不揭示结果（产量）形成的机理性过程及因果关系。而农业模拟模型完全可以揭示生物生长与生产过程及其动态关系，帮助人们更好地理解生物生长和生产的机制与结果。

（2）农业统计一般只能考虑与结果（如产量）有关的少数技术措施（如品种、肥料、密度等），无法用农业统计的方法综合研究和分析。模拟模型可以对农业生产系统进行综合。

分析和合成，同时考虑许多因子的作用，并可进行大量的计算机模拟试验。

（3）农业统计的研究结果具有明显的地域性和季节性 ；而模拟模型同时受外部环境和内在特征所驱动，因而具有较强的动态性和灵活性，可以应用于不同的地点、时间和生产系统。

三）农业模拟模型的作用与功能 1．模拟模型的意义

农业模拟模型最重要的意义是对整个农业生产系统的知识进行综合，并量化机理性过程及其相互关系，即综合知识和量化关系。

2．模拟模型的功能 理解、预测、调控。

第二节 农业系统的等级性和水平 （一）农业生产系统的等级性

根据系统分析的原理，农业生产系统一般可分解成区域、农区、农田生态、作物群落、群体、个体、器官、组织、细胞等不同层次或等级 。

农业模拟研究的一般规则是，对于一个机理性和经验性兼顾的农业模拟模型而言，模拟的层次应低于研究目标的两个级别。

（二）农业生产系统的水平和过程

1．光温潜力 辐射强度、光能截取和利用效率是研究的关键因子。

2．水分限制 在这一水平，关键因子是土壤水分的蒸发程度和作物利用效率。 3．氮素调控

4．磷钾等养分的调控

5．病虫草害等生物灾害的影响 第三节 农业系统模拟的原理与技术 （一）系统分析方法

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