作物生长模型（CropGrow）研究进展

农业信息技术是基于信息技术与农业科学的交叉融合而形成的新兴技术,催生了数字农业和智慧农业的快速发展。作物生长模型作为其核心内容之一,可以动态模拟作物生长发育过程及其与气候因子、土壤特性和管理技术之间的关系,从而有效克服传统农业生产管理研究中较强的时空局限性,为不同条件下的作物生产力预测预警与效应评估等提供量化工具。本文重点介绍笔者团队在作物生长模型的构建与应用方面形成的总体技术方法、最新研究进展及未来发展思考。通过20多年系统深入的探索和实践,本团队以小麦、水稻等作物为主要对象,以“生理机制解析-模型算法构建-生产力动态预测-效应定量评估-模拟平台研发”为主线,综合运用系统分析、动态建模、虚拟现实、情景模拟及决策支持等方法,开展了作物生长模型CropGrow的构建与应用研究。首先,利用系统分析方法与动态建模技术,构建了机理性与预测性兼备的综合性作物生长模型（CropGrow）,包括阶段发育与物候期、器官发生与建成、光合生产与物质积累、同化物分配与产量品质形成、养分动态、水分平衡以及作物三维形态建成与虚拟显示等子模型,可数字化、可视化表征不同条件下作物生长发育与生产力形成过程;然后,结合地理信息系统（GIS）和遥感（RS）技术,构建了基于模型、GIS和RS有效耦合的区域作物生产力预测技术;进一步量化了气候变化、品种更新、土壤改良、措施优化对区域作物生产力形成的影响,拓展了适宜方案生成、理想品种设计、气候效应评估、耕地利用评价以及农业政策制定等应用技术;最后,运用构件化程序设计思想,基于作物生产数据库、作物模型构件库等,集成开发了基于模型的数字化、可视化作物生长模拟系统与决策支持平台,实现了数据管理、参数优化、生长模拟、遥感耦合、区域预测、方案设计、效应评估、安全预警、产品发布等综合功能。未来作物模拟研究将在完善基础数据库的基础上,进一步提升预测能力、量化基因效应、拓展智能决策、耦合多功能模型等,为粮食生产的预测预警、情景效应的量化评估、生产管理的智能决策、作物品种的优化设计等提供数字化支撑,对于保障国家粮食安全和推进数字农业发展具有重要意义。     

作物生长模型（CropGrow）研究进展

农业信息技术是基于信息技术与农业科学的交叉融合而形成的新兴技术,催生了数字农业和智慧农业的快速发展。作物生长模型作为其核心内容之一,可以动态模拟作物生长发育过程及其与气候因子、土壤特性和管理技术之间的关系,从而有效克服传统农业生产管理研究中较强的时空局限性,为不同条件下的作物生产力预测预警与效应评估等提供量化工具。本文重点介绍笔者团队在作物生长模型的构建与应用方面形成的总体技术方法、最新研究进展及未来发展思考。通过20多年系统深入的探索和实践,本团队以小麦、水稻等作物为主要对象,以"生理机制解析-模型算法构建-生产力动态预测-效应定量评估-模拟平台研发"为主线,综合运用系统分析、动态建模、虚拟现实、情景模拟及决策支持等方法,开展了作物生长模型CropGrow的构建与应用研究。首先,利用系统分析方法与动态建模技术,构建了机理性与预测性兼备的综合性作物生长模型(CropGrow),包括阶段发育与物候期、器官发生与建成、光合生产与物质积累、同化物分配与产量品质形成、养分动态、水分平衡以及作物三维形态建成与虚拟显示等子模型,可数字化、可视化表征不同条件下作物生长发育与生产力形成过程;然后,结合地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术,构建了基于模型、GIS和RS有效耦合的区域作物生产力预测技术;进一步量化了气候变化、品种更新、土壤改良、措施优化对区域作物生产力形成的影响,拓展了适宜方案生成、理想品种设计、气候效应评估、耕地利用评价以及农业政策制定等应用技术;最后,运用构件化程序设计思想,基于作物生产数据库、作物模型构件库等,集成开发了基于模型的数字化、可视化作物生长模拟系统与决策支持平台,实现了数据管理、参数优化、生长模拟、遥感耦合、区域预测、方案设计、效应评估、安全预警、产品发布等综合功能。未来作物模拟研究将在完善基础数据库的基础上,进一步提升预测能力、量化基因效应、拓展智能决策、耦合多功能模型等,为粮食生产的预测预警、情景效应的量化评估、生产管理的智能决策、作物品种的优化设计等提供数字化支撑,对于保障国家粮食安全和推进数字农业发展具有重要意义。     

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。     

中国农业科学院科技文献信息中心产品介绍(一)

1　多媒体小麦管理系统《多媒体小麦管理系统》是一个基于作物—环境模拟模型的应用系统。它能针对作物—环境系统中的光、热、水、气、土及作物资源利用与产量形成问题 ,进行计算机模拟实验 ,用以观测和预测系统状态、辅助作物科学实验和生产管理决策。它能用于小麦生长发育动态监测 ;生产力分析、评估 ;土壤水分和氮素的分析、评价 ;水、氮管理模拟 ;灌溉、施肥方案推荐 ;品种遗传特性评测。并且具有小麦管理知识多媒体浏览功能。本系统是根据“引进、消化、吸收、创新”的技术路线研制开发的。它由基础模型、天气模型、管理模型、模拟预…     

基于作物模型的计算机模拟软件研究

基于作物模型的计算机模拟软件是数字农业中实现农业信息化的重要基础。该文系统介绍了作物模型及作物模拟的概念,作物生长模拟技术的产生和发展,并对模拟软件的研发过程中涉及的关键技术进行阐述,指出模拟软件在农业生产和科研中的应用。     

农业多媒体素材元数据标准模型的设计与应用

从农业多媒体素材的多媒体表现形式、资源类别、农业科技属性等特点入手,基于LOM模型,参照中国远程教育资源建设技术规范,研究了农业多媒体素材元数据模型和各层的描述框架,并设计农业多媒体素材库的构建方案。     

农业绿色发展数据移动采集系统设计与开发

【目的】 为农业绿色发展提供时空大数据、环境监测数据、作物生长数据等数据支撑。【方法】 文章利用遥感解译技术、地理信息技术、空间数据可视化技术，开发了一套农业绿色发展数据移动采集系统。系统支持在手机移动端搭建绿色农业试验基地实场景，实时采集各类实验和环境数据，并查看数据曲线；运用模型对实验采集的各类数据运算后进行评价、分析和排名。 【结果/【结论】 系统使用方便，传输稳定，可靠性高，有效提高研究人员的工作效率，系统可应用于绿色农业多场景多类型数据的采集，包括试验基地和实验方案等基础数据，大气、土壤、水质等物联网环境数据，作物长势、叶面积指数、植株高度等作物生长数据等。     

基于PAID的荔枝农业专家系统的开发研究

将计算机网络信息、人工智能、多媒体等技术与农业技术结合起来,研究开发出基于PAID开发平台的荔枝农业专家系统,并根据本地的具体实际进行了软件资源的二次开发,降低了客户端的专业要求,实现了人机操作界面直观、明了。该系统的推广应用,有效地解决了目前中国荔枝生产中普遍存在专家型农业科技人员短缺的问题,为农业科技咨询服务提供了新途径,有利于先进农业技术的普及和推广应用。介绍了荔枝农业专家系统目标、系统结构、系统内容、系统实现及应用示范情况。     

西部落后地区种植业改造与重建实证分析——以宁夏南部山区西吉县酸刺村为例

根据国内有关学者提出的作物生产潜力模型对影响作物现实生产力可控环境因子进行分析,结果表明,从改善农业生产条件、推广和普及先进农业技术、调整种植业结构、发展以马铃薯种植为主的特色经济等方面对西吉县酸刺村进行科技扶贫,经济、社会和生态效益较好.     

基于数据同化系统的作物产量预测研究进展

数据同化系统融合了遥感数据和作物生长模型的优势,是实时监测农业生产状况的有力手段。本文在简要介绍作物产量遥感估测方法的基础上,重点对数据同化算法的发展情况、多源遥感数据在数据同化上的应用潜力、数据同化系统的不确定性以及数据同化系统的尺度效应4方面进行论述。并且针对农业应用现状,提出未来应充分挖掘多源遥感数据、多作物生长模型集合和数据算法的优势,最终实现以机理模型为纽带的作物估产模式,并为制定田间管理策略、规划粮食产业布局和制定进出口贸易政策提供有力的数据和技术支撑。     

作物信息技术及其在棉花生产中的应用与展望

阐述了作物信息技术的内涵以及作物生长模拟模型、农业专家系统和作物生产决策系统的应用及发展概况 ,并阐述了作物信息技术在棉花生产中的应用状况和发展前景。     

棉花生长发育模型及其在我国的研究和应用进展

棉花是一种重要的经济作物,棉花优质高产高效生产对于我国具有战略意义。棉花生长发育模拟模型从棉花的内部生理过程、外部形态结构及其与生长环境的动态交互出发,实现作物生长发育和产量品质形成过程的动态描述和精确模拟,为棉田生产管理措施的优化决策提供了极大的帮助和便利。本文在综合介绍棉花生理生态过程模型、棉花形态结构模型和棉花功能-结构模型的技术原理、组成结构和功能特点的基础上,深入探讨了棉花生长发育模拟模型在国内外研究进展,对棉花生长发育模型在我国棉花生长发育和产量形成、灌溉优化、施肥决策、病虫害管理及棉花生产区域系统评估方面的应用现状进行了系统介绍。根据我国棉花生产的实际情况,结合我国农业信息化发展方向,从模型的本地化研究、尺度提升及其推广示范方面为我国棉花生长发育模拟模型研究、发展和应用提出了建议,以期进一步推动我国棉花产业的现代化发展。     

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。     

新疆南部地区长绒棉生长可视化研究

在综合国内外相关研究成果的基础上,运用系统分析原理和数学建模技术,构建符合长绒棉生长的器官集合属性分析模型、根结构模型、器官空间形态机理模型和植株拓扑结构动态模型,并最终实现南疆长绒棉动态三维图形模拟。该系统可促进人们对南疆长绒棉生长过程的理解和感知,为分析长绒棉结构功能关系、设计理想株型和调控生长模式等提供支持。     

新疆南部地区长绒棉生长可视化研究

在综合国内外相关研究成果的基础上,运用系统分析原理和数学建模技术,构建符合长绒棉生长的器官集合属性分析模型、根结构模型、器官空间形态机理模型和植株拓扑结构动态模型,并最终实现南疆长绒棉动态三维图形模拟。该系统可促进人们对南疆长绒棉生长过程的理解和感知,为分析长绒棉结构功能关系、设计理想株型和调控生长模式等提供支持。     

棉花生产水肥管理及辅助决策体系研究

水分和养分是棉花生产中最重要的两大投入要素.多年来,棉花生产中主要依靠肥水的大量投入来提高产量,不合理的灌水施肥不仅造成水资源和肥料的浪费,还造成农作物品质下降,环境污染加剧等不良影响.为了寻求合理的水肥投入,对施肥制度、灌溉制度和水肥一体化管理技术进行了探讨,并在此基础上初步构建起棉花水肥管理的辅助决策体系,为下一步建立棉花生产水肥管理决策支持系统,服务于棉花生产打下了基础.     

长绒棉氮肥运筹动态知识模型及系统仿真

通过对长绒棉氮肥运筹管理的最新资料的研究及实验论证,在分析氮肥对长绒棉产量、株高和叶面积影响的基础上,综合考虑气候条件、土壤理化性质、产量目标和品种特性等影响因子,根据养分平衡原理,建立长绒棉氮肥运筹的动态知识模型,并利用VC++开发平台和SQL Server数据库软件设计实现了长绒棉种植管理支持决策系统.     

农业机械维修制度辅助决策专家系统

采用了定量分析与定性分析相结合的方法，建立了农业机械维修制度辅助决策专家系统。该系统借鉴了专家系统的构想，将专家系统技术、数据库技术与农业机械维修管理融为一体，实现了适用维修制度的优化决策。并以拖拉机为具体实例，完成了整个系统的设计与实现。     

我国现代植棉理论与技术的新发展——棉花集中成熟栽培

集中成熟是棉花机械收获的基本要求,系指整株棉花的棉铃集中在一个较短的时间段内成熟吐絮的现象,而集中成熟栽培则是指实现棉花优化成铃、集中吐絮的栽培管理技术和方法。经过多年研究和实践,我国棉花集中成熟栽培的理论和技术业已形成,成为现代植棉理论与技术的重要内容。本文对棉花集中成熟的概念与内涵、关键栽培技术及其生理生态学机理进行了创新性总结。棉花集中成熟栽培要从播种开始,通过单粒精播技术实现一播全苗、壮苗,为集中成熟创造稳健的基础群体;在全苗壮苗基础上,以集中成熟为目标,根据当地的生态条件和生产条件,综合运用水、肥、药调控棉花个体和群体生长发育,构建集中结铃的株型和集中成熟的高效群体结构,实现优化成铃、集中吐絮。单粒精播能够创造适宜的顶土压力和出苗前的黑暗环境,诱导棉苗顶端弯钩形成和下胚轴增粗关键基因表达,促进弯钩形成、下胚轴稳健生长和顶土出苗;出苗后具有独立的生长空间,相互影响小,形成壮苗。密植与化控降低了叶枝叶的光合作用,诱导激素代谢关键基因表达,改变了内源激素含量和分布,抑制了叶枝和主茎顶端生长,实现了免整枝并促进了集中结铃;分区灌溉诱导叶片合成大量茉莉酸,其作为信号分子通过韧皮部运输到灌水区根系,促进水孔蛋白基因表达,提高了根系吸水能力和水分利用率;膜下分区滴灌、水肥协同管理,进一步提高了棉花光合产物向产品形成器官的分配比例和棉株化学脱叶率,促进了集中成熟和高效脱叶,在节水减肥的前提下,产量不减,机采籽棉含杂率显著降低。棉花集中成熟栽培理论与技术是新时代棉花栽培学研究的新成果,是现代棉业发展的重要科技支撑。展望未来,应在深入研究棉花集中成熟栽培生理生态学机制的基础上,选用更加配套的棉花新品种,创新关键栽培技术,研制新的配套物质装备,促进良种良法配套、农艺农机高度融合。同时,还应加强农艺技术与现代智慧植棉技术的有机结合,进一步提高棉花集中成熟栽培的科学性和有效性,为轻简高效植棉提供更加有力的理论和技术支撑。     

GIS在台风农业灾害定损中的应用研究

GIS具有数据存储、查询、统计分析、模拟、辅助决策和预测等功能,可以实现气象信息的快速采集和处理,也可以深度分析、直观反映受灾地地理信息、农业产业结构信息等.在分析GIS技术在台风灾害应用中的环节及其关键技术的基础上,构建了基于GIS和虚拟技术的台风灾害农业损失评估系统,实现了台风信息的动态模拟展示、台风造成农业损失的评估等,为制定农业保险政策、农业补贴政策等提供直观、科学的支持.