作物管理知识模型系统设计与开发框架研究

在提炼小麦栽培管理知识模型框架的基础上，通过综合不同作物管理知识模型系统的共性及软件设计与开发的特点，初步确立了作物管理知识模型系统的通用设计与开发框架，包括系统总体结构框架、软构件的基本标准、开发平台框架及系统应用框架等。其中，开发平台框架包括系统开发平台的结构和功能、模型库管理系统的功能设置和模型库管理系统的框架及构件；系统应用框架包括系统应用框架结构、应用系统开发框架、应用系统功能框架及构件、应用系统功能构件的输入输出接口框架及应用系统自定义构件中的通用算法函数框架等。研究结果对于提高作物管理知识模     

分布式智能型温室计算机控制系统的一种设计与实现

分布式智能型温室计算机控制系统以中心计算机和单片机智能控制仪为控制核心，基于人工智能和农业温室专家系统知识库，采用主从式监控管理形式，对温室内环境因子进行实时监测和智能化决策调节，为农作物创造最优化的生长条件，系统主要由环境因子实时监控模块，智能决策模块，数据处理模块，数据库管理模式，人工控制模块，系统参数设定模块等几部分构成，具有决策智能，易于操作，运行可靠，便于升级扩充等特点，已实现产品化。     

基于生长模型与Web应用的小麦管理决策支持系统

基于生长模型的作物管理决策支持系统(DSS),是在作物生长模型的基础上,增加数据库管理系统和策略评估系统,通过有目的的模拟试验与分析评价来辅助用户进行管理决策。将Web技术应用于DSS是当前农业决策支持系统发展的主要方向。该研究在已有单机版基于生长模型的小麦管理决策支持系统的基础上,采用“Web浏览器/Web服务器/应用程序服务器/数据库服务器”四层结构设计,应用面向对象的程序设计、COM+构件化技术与WEB应用程序扩展技术,构建了一个具有较强兼容性、层次性和安全性的网络化小麦生长模拟与管理决策支持系统(GMDSSWM^W),具有系统管理、数据管理、动态模拟、方案评估、因苗预测、时空分析与系统帮助7项功能。系统的测试应用结果表明,GMDSSWM^W系统具备较强的远程预测功能、决策支持功能与动态调控功能,从而为构建网络化数字麦作系统及其它作物基于Web应用的管理决策支持系统奠定了基础。     

基于模型和GIS的数字棉作系统的设计与实现

为了进一步发展和完善棉花模型的综合模拟功能,提高其生产管理系统的机理性、数字化、可靠性和通用性水平,该研究运用软构件和参数化技术,决策支持与系统设计技术,结合GIS空间技术,充分发挥模拟模型的动态预测功能、GIS的空间信息管理功能、知识模型的管理决策功能,最终建立了基于数字模型和模拟分析的网络化数字棉作栽培管理决策系统,该系统以品种、气候、土壤、生产条件等数据作为基本输入,可为农业生产者、管理人员和科技人员等不同用户提供棉作区划、方案设计、模拟预测、实时调控、生产分析等棉花生产管理服务。系统的实现为棉花生产系统的数字化设计、精确化预测、动态化管理和网络化控制提供了支持。     

基于知识模型的玉米栽培管理决策支持系统

以作物与环境的关系为基础，运用系统分析方法和数学建模技术，构建了可适用于不同时空环境的玉米生育调控指标及栽培管理的动态知识模型。在此基础上，充分利用软构件的技术要点，在Visual C++平台上设计并实现了数字化和组件化的基于知识模型的玉米栽培决策支持系统，实现了产量目标的确定、播前技术方案设计、调控指标预测、产中实时调控、专家知识浏览和系统维护等功能。利用不同生态点、不同历史产量水平、不同水肥管理资料对所建系统的产量目标确定子模型进行了实例分析。结果表明，该系统具有普适性强、独立性好等特点，可为实现作物栽培管理的精确化和数字化提供了技术基础。     

基于模糊控制与虚拟仪器的灌溉决策系统研究

针对节水灌溉受多因素影响难以建立精确控制模型的特点，开发了基于虚拟仪器平台的作物灌溉模糊决策控制系统。该系统由传感器、测量仪、数据采集卡、LabVIEW软件平台等组成，将土壤水势和作物腾发量作为输入量，采用Fuzzy Logic Control Toolkit工具包设计模糊控制器，建立多因素控制规则库，实现作物灌溉需水量的模糊决策。试验结果表明该系统界面友好，操作简单，能对作物需水量进行综合判断与决策管理，为节水灌溉提供科学的依据。     

作物生产系统及其管理系统

概述了作物生产系统概念、特点、结构与组成,指出现代作物生产管理系统是计算机科学、农业科学和自动化科学相互交叉的产物,其理论基础是系统论(作特模拟模型或称为人工作物)、控制论(作物管理专家系统)和优化决策论(作物管理优化决策模型),其未来发展方向是高度集成化和自动化等,要综台运用作物模拟技术、知识工程技术、地理信息系统、全球定位系统和遥感技术等现代技术,建立集成的作物生产管理系统。     

智慧农业水田作物网络化精准灌溉系统设计

传统水田粗放型灌溉不仅对作物生长带来不利影响,而且不能够充分利用自然降水,在很大程度上造成了水资源的浪费。该研究设计了基于智慧农业技术的网络化水田作物精准灌溉系统。建立了通信节点最优部署模型、作物耗水预测模型、降水预测模型、最优化灌溉决策模型以及基于模糊控制理论的精准灌溉决策系统;提出了基于维诺图改进的飞蛾扑火优化算法（Voronoi Moth Flame Optimization,VI-MFO）的灌溉网络通信节点优化部署方法,以提升灌溉网络通信效率并降低通信能耗;最后,将水田状态信息及气象参数作为精准灌溉决策系统输入,经过系统决策,自适应控制水田灌溉设备进行精准灌溉。对江苏地区水稻田进行仿真,结果表明,所提出的智能灌溉系统与传统非智能决策系统相比,灌溉设备动作频次降低26.67%,灌溉量减少40.82%,排水量减少33.89%。所提出的智能灌溉决策系统节约了水资源。     

基于作物模型的温室环境管理系统设计与实现

为改进温室环境管理系统的性能,获取实时动态生成的决策信息,建立了基于作物模型的温室环境管理系统。在借鉴前人先进研究成果的基础上,通过实验建立了简化的温室番茄和黄瓜作物生长模型;其次,通过收集资料和专家经验建立了温室环境管理知识库;最后,应用农业环境实时监测数据,综合利用模型预测和知识推理建立了温室环境管理决策支持系统。通过实际运行表明,系统可实时动态输出室内温度、光照等参数的优化值及其它相关辅助决策信息,通过进一步完善可望取得更好的应用前景。     

基于虚拟生长模型的温室番茄栽培管理专家系统

为改进传统农业专家系统的决策性能,动态表达其决策结果,提出并实现了基于虚拟生长模型的温室番茄栽培管理专家系统.介绍了系统的总体框架与功能模块,分析了系统实现的若干关键技术,如开发工具、知识表示方法、知识库的构建、虚拟番茄生长模型等.系统综合运用推理、预测、可视化与解释等机制帮助用户设计栽培管理方案,可视化模拟和预测温室番茄的生长发育进程.基于虚拟生长模型的温室番茄栽培管理专家系统初步实现了积温模型、形态发生模型与专家系统知识模型的综合集成,更适合温室番茄栽培管理的实际需要.试验表明该系统具有较好的应用前景.     

油菜栽培管理知识模型及决策支持系统研究

将系统分析原理和数学建模技术应用于油菜管理知识表达体系，通过解析和提炼油菜生育指标及栽培技术与生态环境和生产技术水平之间的基础性关系和定量化算法，构建了具有时空规律的油菜栽培管理动态知识模型；并进一步利用软构件技术在Visual C⁺⁺平台上构建了基于知识模型的油菜管理决策支持系统(KMDSSRM)，实现了不同环境条件下的油菜播前方案设计及产中调控指标预测。其中，播前方案设计包括产量目标与产量结构，品种选择，播种期，基本苗和播种量，移栽方案，肥料运筹及水分管理等；调控指标预测包括叶龄动态，叶面积指数动态，角果皮面积指数动态和干物质积累动态等。油菜栽培管理知识模型的建立，克服了传统油菜栽培模式及专家系统地域性强和广适性差的不足，从而为实现油菜栽培管理决策的定量化和数字化奠定了基础。     

农业病虫害预测预报专家系统平台的开发

详细介绍了农业病虫害预测预报专家系统平台的设计与开发，包括系统的整体结构与功能设计、系统知识库的设计与知识组织模型、系统各功能模块的设计及系统的特点等。系统主要由专家知识库、系统推理机、预测预报模块、知识库管理模块、案例库管理模块和预测结果解释模块等构成，以数据库形式来存放有关的专家知识，共定义10个数据表，各表间形成了特定的关联关系，使得表中所包含的有关知识描述、特征临界值、生成的判别条件及发生等级间构成一种网状模型。系统采用了基于专家知识的前向型推理与基于案例的推理(Case-Based Reasoning, CBR)相结合的方式进行预测推理。各模块的用户界面采用“向导”或其它提示方式引导用户完成专家知识库的维护、用户数据输入、推理确认、病虫害预测预报结果显示、案例库管理(包括案例确认、补充信息及案例统计)及预测结果解释等操作。系统具有开放、自学习、易操作等特性，可广泛应用于农业、林业等病虫害预测预报专家系统的构建。     

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。     

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Pocket PC的小麦栽培管理知识模型系统的设计与实现

介绍一种基于Windows Mobile的Pocket PC型小麦栽培管理知识模型系统的设计与实现。首先在总结与提炼小麦栽培理论与技术的研究成果基础上，使用UML语言进行系统建模，然后在Microsoft Visual Studio .NET 2003环境下，运用Microsoft Visual C#编写小麦栽培管理知识模型类和设计用户界面，采用SQL Server CE 2.0管理基础数据，系统实现了小麦播前栽培方案的设计和产中适宜调控指标动态的预测及基础数据管理等功能。系统的建立将为数字化作物栽培管理决策提供新的实现形式。     

小麦生产管理知识模型系统

A knowledge model with temporal and spatial characteristics for the quantitative design of a cultural pattern in wheat production, using systems analysis and dynamic modeling techniques, was developed for wheat management, as a decision-making tool in digital farming. The fundamental relationships and algorithms of wheat growth indices and management criteria to cultivars, ecological environments, and production levels were derived from the existing literature and research data to establish a knowledge model system for quantitative wheat management using Visual C^＋＋. The system designed a cultural management plan for general management guidelines and crop regulation indices for timecourse control criteria during the wheat-growing period. The cultural management plan module included submodels to determine target grain yield and quality, cultivar choice, sowing date, population density, sowing rate, fertilization strategy, and water management, whereas the crop regulation indices module included submodels for suitable development stages, dynamic growth indices, source-sink indices, and nutrient indices. Ewluation of the knowledge model by design studies on the basis of data sets of different eco-sites, cultiwrs, and soil types indicated a favorable performance of the model system in recommending growth indices and management criteria under diverse conditions. Practical application of the knowledge model system in comparative field experiments produced yield gains of 2.4% to 16.5%. Thus, the presented knowledge model system overcame some of the difficulties of the traditional wheat management patterns and expert systems, and laid a foundation for facilitating the digitization of wheat management.     

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。