基于软构件模型的作物生长模拟模型系统的设计和实现

采用软构件技术，设计了应用于网络环境的作物模拟模型系统。该系统作为模拟模型构件的容器提供了对作物模拟模型的管理和动态调用功能接口，以小麦为例介绍了模拟模型动态调用的方法以及模型构件接口。     

昆虫信息数字化模型初步研究

首先介绍了面向对象方法和XML技术,在此基础上建立了昆虫信息数字化模型.模型建立了昆虫群的概念,将昆虫群的所有属性分为几大特征,使用面向对象方法为每个特征建立类,将昆虫特征的属性作为类的属性,并将属性和属性值分开管理,使用XML文档保存昆虫属性信息,使用SCHEMSA文档保存昆虫属性值信息.将昆虫信息做数字化处理保存将有利于借助信息化技术推进昆虫研究的进展.     

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。     

基于作物功能-结构模型组件化理想株型的方法研究

通过建立基于功能-结构相互耦合且形态可控的模型,提出作物器官组件的划分,并以叶器官为例探讨组件的内部结构及组件间的相互关系,阐明作物理想株型的数字化构建步骤,使虚拟作物的软件开发在效率、代码复用性和功能扩展上得到提高,为有效的定量化设计株型、解决传统株型育种方式不精确等问题奠定了基础.     

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。     

滇池流域非点源污染文档型时空数据模型的研究与应用

针对滇池流域非点源污染应急响应、模拟及数据挖掘过程中,现有的基于关系数据库建立的时空数据模型进行了分析并指出其不足,提出了基于Mongo DB及面向对象时空数据模型改进的文档型时空数据模型,以有效组织、存储与管理非点源数据;最后设计了滇池流域非点源污染时空数据管理系统,实现不同来源、格式数据的导入导出、编辑、索引及高级运算功能。试验证明,系统在存储、管理和维护海量时空数据等方面得到了提升,能为滇池流域非点源污染时空过程数据的模拟以及大数据挖掘提供统一的访问接口和数据支撑。     

类生物化自适应制造系统控制结构

未来的制造系统需要应对多变的不可预测环境的干扰,因此要求制造系统的控制结构具有较好的自适应性、自组织性、敏捷性、智能性和鲁棒性.而具有这些生物行为特征的类生物化制造系统能够很好的满足这一要求.因此,借鉴生物系统的组织结构、控制机理和运行模式,从一个全新角度提出了有机制造单元的概念,并结合基于激素分泌调节的超短反馈机制,建立了类生物化生产系统自适应控制模型;基于神经-内分泌-免疫系统调节机制,建立了类生物化自适应制造系统控制结构模型.最后,通过一个基于信息素通信机制的实例表明:整个系统具有较强的鲁棒性.     

DSSAT作物系统模型的发展与应用

作物模型对人们认识作物生长过程以及对生长的调控提供了一种高效的工具。针对农业技术推广决策支持系统DSSAT(Decision Support System for Agrotechnology Transfer)作物系统模型的发展历程、模型结构、数据输入输出、研究进展等进行了综述,为该模型在我国的应用提供参考。     

多格式文档搜索引擎索引系统设计与实现

随着Internet和计算机的迅猛发展,搜索引擎应需而生,越来越多的企业利用计算机处理运营过程中产生的大量电子文档。如何从这些网络和多格式文档资源中迅速、方便而准确地检索出企业用户所需的信息已成为越来越重要的问题。索引系统是搜索引擎的核心,为提高系统的查全率和查准率,设计了一种适用于文档检索的数据库存储的索引结构并建立索引库来降低索引组织的复杂度,通过布尔逻辑和向量空间的组合模型实现对检索结果排序,以返回最优文档列表。该系统在Windows环境下采用PHP开发组件实现,能够提高检索文档的查全率和查准率。     

A Rice Growth Models (RGM) System by Object-Oriented Programming with Visual C ++

Object-oriented programming divides the crop production into subsystems and simulates their behaviors. Many classes were designed to simulate the behaviors of different parts or different physiological processes in crop production system. At the same time, many classes have to be employed for bettering user‘s interface. But how to manage these classes on a higher level to cooperate them into a perfect system is another problem to study. The Rice Growth Models (RGM) system represents an effort to define and implement a framework to manage these classes. In RGM system, the classes were organized into the model-document-view architecture to separate the domain models, data management and user interface. A single document with multiple views interface frame window was adopted in RGM. In the architectures, the simulation models only exchange data with documents while documents act as intermediacies between simulation models and interfaces.Views get data from documents and show the results to users. The classes for the different functions can be grouped into different architectures. Different architectures communicate with each other through documents.The classes for the different functions can be grouped into different architectures. By using the architecture,communication between classes is more efficient. Modeler can add classes in architectures or other architectures to extend the system without having to change system structure, which is useful for construction and maintenance of agricultural system models.     

基于国营农场的作物生产信息管理系统设计与实现

【目的】研究基于国营农场规模化农业生产模式下作物生产信息管理系统的作用、功能、以及设计和实现方法。【方法】以新疆兵团农场为例分析国营农场的作物生产信息管理特点,合理划分角色和功能,使用BS（Browser/Server）和CS（Client/Server）混合软件结构模式,基于.net技术体系采用面向对象程序设计方法。【结果】开发了适用于国营农场的作物生产信息管理系统并在兵团130团场进行试运行,系统融合RS和GIS技术,提供了信息采集、录入、管理、统计分析等功能,能够满足国营农场生产管理要求,大大提高工作效率。系统采用基于服务的软件结构,将数据访问封装为Web服务,初步提供异构系统数据共享支持。【结论】通过设计和开发基于中国国情的农作物生产信息管理系统,提高了国营农场的管理效率,并为精准农业相关技术在生产中的充分应用提供了数据支持和系统架构上的探索。     

AquaCrop作物模型应用研究进展

Aqua Crop是FAO于2009年研发的一款新型作物模型,它以输入参数少、界面简单等优点被广泛应用于生产实践中。论文基于Aqua Crop模型原理和特点,深入探讨了Aqua Crop模型国内外应用研究进展。当前,Aqua Crop模型在灌溉策略、气候变化下的情景模拟以及与其他模型联合应用等方面取得了显著进展。但是,该模型在应用过程中还存在若干缺陷。一是模型在保守参数缺少验证的情况下,会使得模拟精度不稳定;二是由于土壤空间变异性的客观存在,模型在由点位向面上扩展时应用效果不佳;三是当前对雨养区作物生长模拟研究还很少,且其非保守参数难以准确确定;四是目前该模型生理、养分和水养互作模块尚不够完善,未考虑作物病虫害和品种遗传差异,当作物生长遭受水分、盐分或温度等严重胁迫时会导致模拟精度下降。今后在模型应用时,可利用多年数据对保守参数进行校正,将区域同一站点多年数据和多站点相关数据相结合调试模型非保守参数;其次,应加强雨养地区模拟研究,从而扩大模型应用范围。开发者应进一步完善Aqua Crop模型子模块,为提高模拟精度和拓宽应用范围提供支撑。     

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。     

农业专家系统研究进展及展望

概述了农业专家系统的国内外研究进展，指出了我国农业专家系统的未来发展方向：系统功能集成化、开发手段多媒体化和系统应用网络化。提出了现阶段农业专家系统发展的几点建议：农业专家系统的发展应有两个分支，一是开发基于模糊逻辑的实用型农业专家系统，另一分支是开发基于作物生长发育模拟模型的智能型农业专家系统；重视作物生长发育机理的基础性研究，加强农业领域专家和软件开发专家的结合，探索农业专家系统研发产业化模式。     

基于生长元模型的智能化作物集成建模辅助系统研究

 【目的】探索智能化作物集成建模方法和开发实用辅助建模工具。【方法】在综合分析麦、稻、棉等作物的生长模拟模型算法及模拟系统的基础上,提炼作物通用建模流程、模型结构、模型接口和模型模板,构建作物生长元模型;在模型资源库、组件、描述脚本和引擎等技术的支撑下,设计层次化、组件化和智能化作物集成建模辅助系统（IICMSS）结构及核心部件。【结果】基于.Net平台,使用C#语言和SQL Server数据库开发原型系统;以小麦为对象,重构了生长模型和模拟系统。与基于代码编程的小麦生长模拟系统相比,开发方法有所改进,方便了作物模型及模拟系统的开发、测试、维护和共享。【结论】基于生长元模型的智能化作物集成建模辅助系统实现了作物建模的工作流程化、手段工业化、接口通用化及模型透明化,促进了作物建模过程的自动化;作物模型研究者使用学习、定制、设计、配置、组装、评估和扩展等手段,即可无编程、智能化地构建作物模型。     

New trends in precision agriculture: a novel cloud-based system for enabling data storage and agricultural task planning and automation

It is well-known that information and communication technologies enable many tasks in the context of precision agriculture. In fact, more and more farmers and food and agriculture companies are using precision agriculture-based systems to enhance not only their products themselves, but also their means of production. Consequently, problems arising from large amounts of data management and processing are arising. It would be very useful to have an infrastructure that allows information and agricultural tasks to be efficiently shared and handled. The cloud computing paradigm offers a solution. In this study, a cloud-based software architecture is proposed with the aim of enabling a complete crop management system to be deployed and validated. Such architecture includes modules developed by using Google App Engine, which allows the information to be easily retrieved and processed and agricultural tasks to be properly defined and planned. Additionally, Google’s Datastore (which ensures a high scalability degree), hosts both information that describes such agricultural tasks and agronomic data. The architecture has been validated in a system that comprises a wireless sensor network with fixed nodes and a mobile node on an unmanned aerial vehicle (UAV), deployed in an agricultural farm in the Region of Murcia (Spain). Such a network allows soil water and plant status to be monitored. The UAV (capable of executing missions defined by an administrator) is useful for acquiring visual information in an autonomous manner (under operator supervision, if needed). The system performance has been analysed and results that demonstrate the benefits of using the proposed architecture are detailed.     

甘蔗生长模型研究进展

作物生长模型在农业生态研究、作物管理、产量预测以及农业技术推广等过程中发挥着重要的作用。对甘蔗作物生长模型的研究与发展进行综述和回顾,对应用最广泛的2个主要模型(澳大利亚APSIM–Sugarcane和南非CANEGRO)的优势及差异进行了比较分析,并对AUSCANE和QCANE等其他甘蔗模型作了介绍。对甘蔗模型在生产应用中存在的问题和今后的发展方向进行了展望。     

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。