便携式精确农作系统的构建与应用

为实现农作物生产管理的便携式和精确化。该研究以精确农业技术思想为指导,课题组已有精确作物管理模型为基础,结合Pocket PC、嵌入式GIS、SQL Server CE和GPS技术,采用系统工程思想和软构件技术,开发实现了基于Pocket PC的便携式精确农作系统。系统具有地图操作、信息管理、栽培方案设计、肥水运筹、适宜生长指标设计、因苗动态调控以及系统帮助等功能。于2007－2008年在江苏、浙江及河南示范区进行了系统的示范与应用,结果表明,系统能根据田块的实际情况设计适宜的作物生产精确管理方案,精确管理田块的水稻平均产量达10 435.3 kg/hm2,产量增幅达12.83%;精确管理田块的小麦平均产量达8124.6 kg/hm2,产量增幅达9.02%,同时减少了氮肥投入。系统的建立为精确农作管理提供了新的服务载体和应用模式。     

基于知识模型和PDA的精确农作系统设计及应用

为合理利用农业资源,实现作物生产管理的便携式和数字化。该研究基于课题组已有的作物管理知识模型,结合嵌入式GIS和GPS技术,采用系统工程思想和PDA开发技术,在Microsoft VS.NET 2003环境下构建了基于知识模型和PDA的精确农作系统。系统不仅实现了水稻、小麦、油菜、棉花4大作物的播前（移栽前）栽培方案、适宜指标动态设计,实时调控等功能,还具有地图操作、定位导航、空间数据采集以及信息管理等功能。系统于2007年在江苏省吴江市的水稻生产区进行了示范应用,结果表明,精确管理田块平均产量达9 196.9 kg/hm2,与常规管理田块相比,增产幅度达7.43%,并减少了氮肥投入7.5 kg/hm2,表现出明显的增产增收效果。系统的建立为农作物精确管理提供了新的服务载体,同时大大提高了精确农作技术的实用性。     

基于遥感影像的作物生长监测系统的设计与实现

利用遥感监测技术实时快速地获取作物长势参数和氮素营养状况,可以为作物的精确管理提供决策支持。在已有作物（小麦和水稻）生长监测模型的基础上,采用GDAL和GDI+信息处理方法,使用EM算法对反演的作物长势参数进行聚类分析,在Microsoft .NET平台上构建基于聚类分析和遥感影像的网络化作物生长监测系统。系统具有常见格式遥感影像读取、遥感信息提取、作物长势参数反演、聚类分析、专题图制作以及信息发布等功能,并以江苏省方强农场为案例区,对系统的部分功能进行了测试与检验。结果表明,该系统能够准确的读取遥感影像信息,反演作物生长参数,并可根据聚类分析结果自动制作专题图,通过互联网予以发布,从而初步突破了用户无法直接参与遥感影像分析过程的瓶颈,为区域尺度的作物生长监测和精确管理调控提供了决策支持。     

基于WebGIS与模型的农业经济监测与评价系统的建立

为动态、准确获取区域农业生产的投入结构、产出水平、经济效益等信息,在时空数据库支持下,以开源SharpMap为地图服务器,利用ASP.NET（C#）语言,建立农业经济监测与评价系统（SHAEWS）,SHAEWS的构建包括农业投入产出监测数据库和模型系统两部分。数据库由样本农户动态监测数据、地形图数据和元数据组成。模型系统包含作物数据聚合与分析模型、轮作茬口识别及数据聚合分析模型、柯布-道格拉斯模型和综合评价模型。SHAEWS包括样本数据采集与编辑、样本数据检验、作物评价、茬口评价、投入产出定量模型分析、时序分析、区域分析、报表输出、元数据浏览等9个功能子系统。结果表明,该系统能够把样本监测数据与地图数据相结合,并通过模型运算,实现区域农业投入产出等信息的在线共享、评价与服务。     

作物病虫害防治地理信息系统

采用VB6.0和SYSTOP GIS将作物病虫害的发生程度、传播情形、地理分布以桌面地图形式显示；集成气象，作物品种，病虫害信息，防治措施及知识和数学模型对作物病虫害进行动态预测、诊断、综合治理与评价。     

基于WebGIS的农业空间信息管理及辅助决策系统

该研究在总结和提炼区域农业信息管理和评价理论与技术研究成果的基础上，运用知识工程和系统建模方法，建立了种植制度评价、农产品生态区划、农作生产潜力分析和精确农作管理的定量化动态知识模型。并运用软构件技术，基于B/S的分布式网络结构，以WebGIS为空间信息管理平台，建立了网络化、数字化的农业空间信息管理及辅助决策系统。系统实现了基本地图操作、农业空间信息查询与分析、种植制度评价、农产品生态区划、农作生产潜力分析、精确农作管理、可视化输出以及系统维护等功能。以江苏省为案例区，对系统进行了实例应用，结果表明，系统能有效地管理区域性农业空间信息，并在基于空间信息的农业生产管理决策方面具有较好的适应性和指导性。     

基于GIS和模型的种植系统设计

本研究在总结、提炼相关农业种植设计理论与技术研究成果的基础上,运用系统分析原理和数学建模技术,构建了生态区划、种植制度设计、精确管理和生产力分析的定量化农业管理知识模型。并运用软构件技术,基于GIS空间信息管理平台,建立了数字化的基于GIS和模型的种植设计系统。系统实现了区域性种植信息的规范化管理及不同层次下的农业种植制度设计与管理,具有文件管理、地图操作、信息查询、生态区划、种植制度设计、精确管理、生产力分析、专家咨询、系统维护以及系统帮助等主要功能。以江苏省为案例区,对系统进行了初步的实例分析,结果表明,系统有效地实现了种植设计功能,从而为农作物种植设计的定量化和数字化奠定了基础。     

基于遥感信息的区域农业干旱模拟技术研究

区域农业干旱监测预测对农业生产具有十分重大的指导意义,但受观测手段所限,目前大范围的区域农田水分信息尚无法通过常规观测直接获取。利用微波遥感(AMSR-E)获取大范围农田水分信息,继而与作物干旱模型结合对河南省冬小麦农业干旱发生发展进行了模拟研究。结果表明,加入遥感信息后,作物干旱模型对冬小麦生长发育的模拟能力有较大提高,并且区域农业干旱的模拟结果更加接近实际情况。研究表明,将遥感信息与作物干旱模型相结合,可以提高模型对农业干旱的模拟能力,这为农业旱情监测预测提供了更有力的科技支撑。     

基于面向服务架构和WebGIS的小麦生产管理支持系统

作物模型与GIS集成中存在着功能重复开发、模型共享困难以及地理信息处理功能的在线能力有限等问题。该文以面向服务架构(service-oriented architecture,SOA)为基础,设计了作物模型区域应用Web服务组合框架。以ArcGIS Service和Model Builder为开发平台,给出了模型计算、动态专题图和空间插值Web服务的开发流程、接口设计和实现方法。结合富客户端技术研制了基于SOA和WebGIS的小麦生产管理支持系统原型(wheat production management support system based on SOA and WebGIS,WPMSS-GISOA),实现了地图数据的上传发布、气象和土壤数据查询、栽培方案设计、空间插值分析等功能。功能测试表明作物模型区域应用的Web服务组合框架可行,为模型与地理信息系统的在线无缝集成提供了可参考方案。     

温室蔬菜生长发育模型研究进展

作物模型是进行作物生产精确管理的有力工具,对设施作物生产优化管理具有重要理论指导意义和应用价值.该文对国内外温室蔬菜生长发育模型的研究成果从功能模型、结构模型两个方面进行了阐述.对功能模型分别从叶面积、冠层辐射传输、光合作用、呼吸作用、干物质分配、产量形成的模拟以及生育期预测等方面进行了总结和评述.对结构模型,重点评述了从结构模型发展到结构-功能模型所取得的成果.最后讨论了研究中存在的薄弱环节以及今后的主要研究方向.     

农业信息技术与精确农业的发展

介绍了美国精确农业发展现状及当前进行的主要工作，阐述精确农业就是信息农业的概念。着重介绍SSCM(根据田间具体情况作物管理系统)系统和YieldMap产量图在精确农业发展中的作用及GIS与精确农业的不可分关系。     

精细农业中农情信息采集技术的研究进展

由于现代信息技术在农业中的应用，精细农业在世界范围内引起了广泛关注。快速有效地采集和描述影响作物生长环境的空间变量信息，是开展精细农业实践的重要基础。围绕土壤环境、作物产量分布、病虫草害及作物长势等信息采集技术的研究情况进行了阐述，指出了现有采集技术存在的优缺点，并在此基础上指出提高设备的采集精度和速度，开发研制产量监测系统、土壤环境信息快速测量仪以及多功能采集设备是近阶段的主要研究方向。     

基于遥感信息与作物模型集合卡尔曼滤波同化的区域冬小麦产量预测

区域作物产量预测是国家粮食安全评估的重要内容。遥感虽能获取大面积地表信息,却难以反映作物生长发育的内在过程。作物生长模型已经在单点尺度能成功模拟作物的生长发育过程,但是区域尺度作物关键参数的获取仍很困难。遥感信息与作物模型结合的数据同化已经成为区域产量预测的最有效途径。该文选择河北省衡水地区冬小麦为研究对象,在WOFOST模型标定与区域化的基础上,利用WOFOST模型描述冬小麦生育期内叶面积指数(LAI)变化规律。针对MODIS数据的混合像元造成反演的LAI产品偏低的系统误差,利用实测LAI样本点融合MODIS-LAI趋势信息修正MODIS-LAI数据产品。采用集合卡尔曼(EnKF)算法同化冬小麦返青到抽穗期的MODIS-LAI与WOFOST模拟的LAI以获得时间序列最优的LAI,并以此重新驱动WOFOST模型估算区域冬小麦产量。结果表明,EnKF同化后的冬小麦产量比未同化的产量预测精度有显著提高,与县平均统计产量相比,在潜在模式下,决定系数由0.13提高到0.38,均方根误差由2480下降到880kg/hm2。研究表明,遥感信息与作物模型的EnKF同化是1种有效的作物产量预测方法,并在区域尺度应用上具有广阔的应用潜力。该研究可为区域尺度的作物估产提供参考。