种植制度知识模型系统的设计与实现

以优化利用农业自然资源为出发点，着重运用系统分析原理和数学建模技术来研究种植制度设计的知识表达体系，在系统收集和分析种植制度设计方面的献资料以及专家知识和经验的基础上，通过定量解析种植制度指标与生态环境、品种类型、社会经济条件之间的动态关系，创建了种植制度设计知识模型；充分利用软构件的技术特点，在Visual C 平台上设计并实现了数字化和组件化的种植制度知识模型系统，实现了适宜作物选择、作物搭配、作物布局设计和系统维护等功能。本研究克服了传统种植制度专家系统地域性强和广适性弱的不足，为实现种植制度设计的定量化和数字化奠定了基础。     

基于模型和WebGIS数字农作支持系统的设计与实现

基于系统用户需求及现有农作模型特点,研究GIS技术与农作模型集成的机制与方法,提出了"XML技术+自定义地图引擎"的技术思路,设计了合理的系统体系结构.运用软构件技术,基于B/S(Browser/Server) 的分布式网络技术,以WebGIS为空间信息管理平台,建立了基于模型和WebGIS的数字农作支持系统(MGDFSS) .该系统实现了基本地图操作、农作空间信息管理、作物生态区划、种植制度设计、栽培方案设计、生长模拟预测、管理策略分析、生长监测与调控、精准农作处方、生产力分析、专家咨询以及系统维护等综合功能.该系统的建立和应用可显著提升农作生产过程的数字化表达与信息化管理,促进数字农作技术的发展.     

数字农作技术研究的若干进展与发展方向

 着重介绍数字农作技术研究的若干最新进展与发展方向。数字农作即通过综合运用数字化技术，研究农作物生产系统中信息获取、处理、管理和利用的关键技术及应用系统，从而对农作系统过程的信息流实现全面的数字化表达和整合。近年来，作者围绕数字农作的关键技术及应用系统，开展了较为深入和系统的研究工作，重点在作物生长模拟模型、作物管理知识模型、作物生长无损监测、农作空间信息管理、数字农作决策系统等5个领域取得了显著的研究进展。数字农作的未来发展将需要综合运用信息管理、自动监测、动态模拟、虚拟现实、知识工程、精确控制、网络通讯等现代信息技术，以农作物生产要素与生产过程的信息化与数字化为主要研究目标，发展农业资源的信息化管理、农作状态的自动化监测、农作过程的数字化模拟、农作系统的可视化设计、农作知识的模型化表达、农作管理的精确化控制等关键技术，进一步研制综合性数字农作技术软硬件系统，实现农作系统监测、预测、设计、管理、控制的数字化、精确化、可视化、网络化。农作生长与生产系统的数字化将带动农业产业的信息化和现代化。     

基于作物生长模型的农业专家系统中知识表示及管理的研究

基于作物生长模型的农业专家系统中,采用“模型字典 系统变量”对于作物生长模拟模型这类过程性知识进行表示,采用“描述框架 规则组”对问题域进行知识表示,解决了作物生长模拟模型与农业专家系统的有机结合,使农业专家系统具有动态的科学决策能力.基于这种知识表示技术,设计实现了基于作物生长模型的农业专家系统中的知识管理子系统,并给出知识管理子系统中因素分类、知识检测与求精和知识发现等构件的实现方法.     

基于模型的冬小麦-夏玉米两熟数字化种植设计系统构建

构建基于模型的定量化和数字化种植设计系统。以农业系统学理论和模拟模型为基础,运用知识工程和信息技术原理,总结并提炼黄淮海粮食生产区冬小麦-夏玉米一年两熟制种植模式关键技术,形成了冬小麦和夏玉米生长模拟模型、水分与养分动态平衡模型以及生产管理技术设计动态知识模型,构建了冬小麦-夏玉米两熟数字化种植设计系统。该系统采用面向对象的程序设计方法,在.NET平台上运用C#语言进行开发。该系统具有7大功能模块:文件管理模块、参数管理模块、生长模拟模块、实时管理模块、方案设计模块、专家咨询模块和系统帮助模块。该系统界面友好,易于使用,具有较强的机理性,同时兼顾应用性需求,基本实现了作物生产力与效益品质的相互平衡。     

玉米数字模拟器研究

以玉米为对象，对作物-环境-技术关系展开了数字化模拟研究。运用系统分析方法和动态模拟技术，构建了基于玉米生长发育过程的玉米产量与品质形成模拟器系统；应用组件化程序设计思想，采用标准化接口和模块化封装技术，研究了玉米生长、管理、调控与设计数字化模拟器系统；应用可视化技术实现了玉米动态模拟的可视化输出；从而实实现了玉米生产系统预测、管理、调控、设计的数字化和科学化。     

基于本体的作物系统模拟框架构建研究

 【目的】研究作物系统模拟框架（CSSF）可以为构建作物生长模型及设计可重用的作物系统模拟软件提供基础框架。【方法】将本体技术应用于作物模拟模型领域,以作物生长的基础生理生态过程为主线,基于仿真本体和作物模拟本体,综合分析与提炼稻麦棉油等作物的建模流程、生长模拟模型算法及模型参数中的共性概念及概念之间的相互关系,构建了CSSF。【结果】CSSF包括作物建模外部知识框架（CMOKF）和作物模型内部知识框架（CMIKF）,其中CMOKF提炼了作物系统受时间、空间和自然环境共同驱动的共享特征,CMIKF描述了生育期、生物量积累、干物质分配与产量形成、器官建成、作物-土壤水分动态和养分平衡等作物模型组分与模型算法的共性特征。【结论】CSSF实现了作物建模概念、流程、结构和方法的知识级共享,对设计可重用的作物模型软件体系结构具有指导作用。     

基于构件化生长模型的作物管理决策支持系统

运用系统分析原理和数学建模技术,通过分析不同作物生长模型的共性及特点,初步创建了基于通用算法框架的作物生长模型。并进一步结合气象生成模型、品种参数生成模型及策略分析评价模型,以C#为编程语言,应用面向对象的程序设计与软构件技术,建立了基于构件化生长模型的作物管理决策支持系统。系统实现了农作模拟预测、决策支持和人机交互技术的有机耦合,具有农作信息管理、动态模拟、方案评估、因苗预测、时空分析及系统维护等功能。系统的建立可为通用性、综合性数字化作物管理决策支持系统的构建奠定基础。     

基于WebGIS和知识模型的精确农作决策支持系统

在提炼和优化作物管理知识模型的基础上,以WebGIS为空间信息平台,运用软构件技术及B/S分布式网络结构,构建了网络化精确农作决策支持系统.系统实现了基本地图操作、信息查询、差异分析、决策支持、结果展示以及系统维护功能,其中决策支持功能可基于田区土壤肥力和苗情长势差异进行数字化管理方案生成和因苗动态调控.在水稻试验示范区的系统应用结果表明,根据系统推荐的方案进行水稻田间管理,可使该区整体产量水平提高12.16%,肥料施用量减少23.55%,产量变异度下降79.49%.研究结果为实现网络化、数字化、广适性的精确农作决策支持提供了基本平台.     

863课题介绍

<正>课题名称:玉米作物系统数字化设计与预测预警技术研发课题编号:2013AA102404-02课题内容、目标:本课题主要任务目标包括发展与完善玉米生产力形成模型和结构-功能模型;提出玉米田间感知信息融合计算分析技术;建立基于模型的玉米株型指标设计、气候效应定量评价与管理方案生成技术等数字化设计技术;实现集模型、     

基于WebGIS和知识模型的精确农作决策支持系统

在提炼和优化作物管理知识模型的基础上,以WebGIS为空间信息平台,运用软构件技术及B/S分布式网络结构,构建了网络化精确农作决策支持系统.系统实现了基本地图操作、信息查询、差异分析、决策支持、结果展示以及系统维护功能,其中决策支持功能可基于田区土壤肥力和苗情长势差异进行数字化管理方案生成和因苗动态调控.在水稻试验示范区的系统应用结果表明,根据系统推荐的方案进行水稻田间管理,可使该区整体产量水平提高12.16%,肥料施用量减少23.55%,产量变异度下降79.49%.研究结果为实现网络化、数字化、广适性的精确农作决策支持提供了基本平台.     

基于Agent技术的玉米生产管理协同决策系统研究

针对传统农业信息系统在解决分布式网络环境下的复杂决策问题的不足,利用多Agent技术智能性、交互性、协作性的优点,应用基于UML的面向Agent的系统分析方法,提出了基于Agent技术的作物生产管理协同决策系统的设计思想和实现方法,用于实现分布式环境下的作物信息共享、软件共享、协同工作和群决策支持;本文以玉米为实验对象,结合玉米生长模拟模型和玉米知识模型,实现预测功能和决策功能的有机耦合与集成。通过开发实践分析,多Agent作物协同决策模型及系统为解决农业系统复杂问题的决策提供了新的技术手段和方法,提高了作物生长预测和栽培决策的精确性。     

玉米生长计算机动态模拟研究

本研究是以玉米的生育模型为主要对象,研究的主要依据是以作物生理、生态学理论、实验数据,应用系统分析原理和数学建模技术,在此基础上,通过研究玉米的栽培管理知识体系,分析和构建一个以玉米为中心的环境整体体系,运用计算机知识,结合软件管理和数字技术,研究玉米的产量与生育环境间的关系,使玉米的生育过程进行数字化的表达,可以定量地分析玉米的整个生育过程,为实现玉米生长过程的定时、定量、定位,对玉米进行数字化和精确化的农作信息管理,为整体的生长提供基础依据。     

小麦生长模拟与三维可视化系统构建技术研究

作物生长过程的三维可视化是虚拟作物研究的关键技术之一,针对小麦形态结构复杂,小麦生长可视化不易实现的问题,以小麦作物为对象,在已有研究成果基础上,结合小麦生长模拟模型和形态结构模型,从系统结构与功能、系统设计与实现、真实感图形渲染技术（颜色渲染、纹理映射、光照处理）等方面入手,构建小麦生长模拟与三维可视化系统,实现了小麦生长模型和形态结构模型的有机结合,最终实现了小麦生长过程的三维可视化。小麦生长模拟与三维可视化系统将为小麦作物生长动态预测、栽培管理调控、作物株型设计等提供形象逼真的可视化工具,为小麦理想株型筛选,高产、高效、抗倒伏设计与优化等提供技术支撑。     

监测生长状态和环境响应的作物数字孪生系统研究综述

在农业生产数字化和智慧化阶段，需实时、全面、准确地了解作物生长状态和农田环境，并根据相关信息做出相应的分析、反馈、决策。针对这一问题，借鉴工业数字孪生系统的概念，将作物实际生长与模拟生长的同步、作物实时状态与作物实时管理策略之间的交互系统概括为作物数字孪生系统。在梳理国内外研究现状的基础上，指出作物数字孪生系统包含数据获取与传输、模型构建、可视化交互等阶段；其关键技术包括传感器技术、图像分割技术、建模技术以及可视化技术等。同时指出该领域的研究可以从作物基础数据、系统模型能力、多方协同交互等方面进行。监测生长状态和环境响应的作物数字孪生系统的相关研究对农业生产的智慧化和数字化有较大的现实意义，从理论和应用层面也有较大的价值。     

通用陆面模型CLM3.0在冬小麦-夏玉米农田的参数化方案改进——以海河平原的3个试验站为例

为了准确模拟冬小麦-夏玉米种植制度下的农田土壤墒情,本研究改进通用陆面模型CLM3.0的参数化方案,包括灌溉措施及作物种植制度参数化的加入、土壤厚度及土壤层的剖分修改、作物水文及土壤水文过程的一些参数化修改、考虑作物的株高变化等,在海河平原的3个农业观测试验站(东北旺、栾城、洪门)验证改进后的模型的适用性.结果表明:改进后的CLM3.0模型在冬小麦和夏玉米种植制度下的农田具有较好的适用性,可以抓住各层土壤湿度的变化,与改进前的模型相比,其土壤墒情模拟精度明显提高,2 m土体土壤湿度的均方根误差在东北旺、栾城和洪门试验站分别减少了45.2％、47.1％和51.5％.     

基于知识模型和GIS的作物生产潜力评价

 引入知识模型概念，通过光、温、水、土、施肥、灌溉、社会等因子的逐步衰减，建立作物生产潜力估算的知识模型。将知识模型与数据库有机结合，以Mapinfo5.5为系统开发平台，利用MapBasic和VB程序设计语言，建立基于知识模型的作物生产潜力分析系统，实现作物生产潜力评价的计算机辅助决策。以江苏省作物生产系统为案例，应用本系统对江苏地区作物生产潜力区域优势进行实例评价，并与实际单产相比较，进行单产潜力、潜力系数和总产潜力的对比分析，确定作物生产地域优势。     

作物知识模型构建方法的研究

为了提高作物研究领域专家系统知识的数量与质量，在分析知识模型研究现状的基础上，结合作物的生育特点，提出了作物知识模型建立的基本依据是作物生育时间和农艺技术措施，并依此建立由浅知识模型和深知识模型所组成的油菜三维知识模型，同时对该知识模型的知识表示和模糊推理进行了描述，该知识模型具有一定的通用性。     

作物生长发育过程的计算机模拟决策研究概述

种植业是农业的基础产业 ,作物生长发育过程的计算机模拟决策研究是种植智能化、数字化与精确化的桥梁与纽带。本文对作物计算机模型的定义、模型分类、产生和发展、应用及意义等进行了概述。作物模拟技术经历了初创、发展及完善与成熟阶段。作物模拟研究的作用主要有解释作物生长过程的机理、预测及调控指导 3个方面 ,其目的主要有定量关系、综合知识、检验假设、进行模拟、支持决策与教学及连接其它模型等 ,其意义主要表现在为人们提供了新的认知工具 ,使作物生产决策向动态、定量、目标与优化方向发展 ,实现智能化与精确化管理 ,推动农业信息化与可持续发展     

农业信息工程系统的研究

运用黑板和PROLOG的混合域等技术构建了区域农业发展决策支持系统;运用作物模拟技术、知识工程技术,建立了基于模型的作物(棉花)生产系统,系统的核心是把CottonPlus模型与多因子多水平的旋转组合设计进行有机结合,对特定地区的作物生产作出多目标、全程和实时决策,使基于模型的专家系统进入实用化阶段;运用多媒体等技术开发制作了面向农业科技的光盘图书,为多媒体技术应用于农业科技的咨询,培训及应用推广进行了有益的尝试.