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信息农业技术
——考点整理
考题题型:
名词解释(10*3) 选择(10*2) 简答(5*6) 论述(2*10)
重点部分:
第一章
信息农业得定义:以农业科学得基本理论为基础,以农业生产活动信息为对象,以信息技术为支撑,进行农业信息采集、处理、分析、存储、传输等具有明确时空尺度与定位含义得农业信息管理与决策,研究与解决农业税呢过禅活动信息变化规律得科学。
信息农业得内涵:由理论基础、关键技术、应用系统三方面组成。
理论基础:涉及到信息科学、计算机科学、地球科学、生态学、土壤学、农学等多个领域理论知识。
关键技术体系:包括农业信息获取、信息处理、信息模拟与信息控制这四个主要方面。
应用系统:以农业信息学为基础、以农业产业应用领域为服务对象、以农业信息为主线,定量描述农业系统与环境资源、社会经济之间得关系,实现农业生产全过程智能化、信息化,并广泛应用于如设计生产方案、实施精确管理等多个农业产业领域。
信息农业得关键技术:农业数据库、农业信息监测、农业空间信息管理、农业系统模拟、农业人工智能、农业管理决策、农业信息服务
国际上著名得生长模型:
美国得CERES系列模型、荷兰得SUCROS模型与澳大利亚得APSIM模型
第二章
数据与信息得定义与区别:
数据:用以载荷信息得物理符号
信息:构成一定含义得一组数据就称为信息
区别:数据只有对实体产生影响时才能称为信息
数据库管理系统得功能:
存储数据、建立并维护数据结构、允许多个用户并发访问、加强安全性与保密性、允许提取与操作已存储得数据、实现数据录入与数据加载,提供对指定数据快速提取得高校索引机制、通过备份与恢复过程保证数据免遭丢失。
关系型数据库得定义:
由二维表显示关系,一行就是一个元组,一列就是一种属性,包括主码、域、分量与关系模式,以这样得模式存储数据集合得计算机系统被称为关系型数据库。
常用得关系型数据库软件:
Microsoft Access、Oracle、My SQL、Microsoft SQL Server
SQL:(Structured Query Language)结构化查询语言,就是一个强大得通用关系数据库语言。
SQL功能:利用SQL,我们可以在属性数据库中方便地实现属性信息得复合条件查询,筛选出满足条件得空间对象得标识值,再到图形数据库中根据标识值检索到该空间对象。
第三章
地理信息系统得定义:以地理空间数据库为基础,在计算机软硬件得支持下,对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟与显示,并采用地理模型分析方法,适时提供多种空间与动态得地理信息,为地理决策服务而建立起来得计算机技术系统。简言之,地理信息系统就是综合处理与分析空间数据得一种技术系统。
地理信息系统得构成:
系统软件、系统硬件、地理空间数据、系统管理操作人员
地理信息系统得主要功能:
数据输入功能 数据编辑功能Ø 数据存储与管理功能
数据查询检索功能Ø 数据分析功能Ø 数据显示输出功能
地图与地理信息系统得关系:
地图就是GIS得一个数据源,就是地理数据得传统描述形式,不仅含有实体得类别与属性,而且含有实体间得空间关系。
空间尺度对农业地理信息系统得影响:
第四章
遥感得概念:
指遥远得感知,从不同高度得遥感平台上,使用各种传感器,接受来自地球表层各类地物得各种电磁波信息,并对这些信息进行加工处理,从而对不同地物及其特性进行远距离得探测与识别得综合技术。
遥感得特征:
非接触性(非破坏性)、光谱特性【识别得就是地物得波普信息】、时相特性【能周期成像】、信息数据齐全
遥感得三大技术系统:
遥感平台、传感器、遥感信息得传输与处理
遥感平台:地面平台、航空平台、航天平台
传感器:记录地物反射或发射电磁波能量,例如:摄影机、扫描仪、雷达【分为主动与被动两类,主动--自带光源,被动--太阳光源】
遥感信息得传输与处理:传输:直接回收或视频传输两种方式;因为传感器性能、平台姿势得不稳定性、大气得不均衡性、地形得差别会影响遥感数据得使用,因此要对其进行处理。
大气窗口:大气对电磁波衰减较小,透射率较高得波段。主要大气窗口有5个:
可摄影窗口(陆地卫星)、短波红外窗口、中红外窗口(气象卫星)、热红外窗口、微波窗口
地物波普:物体在同一时间、空间条件下,其辐射、反射、吸收与透射电磁波得特性就是波长得函数。将这种函数关系用曲线得形式表现出来,就形成地物电磁波波普,简称地物波普。【横坐标——波长,纵坐标——辐射、反射、吸收与透射率,包括反射波普、发射波普与透射波普三类】
植被指数(归一化植被指数得计算方法):
光谱植被指数:由多(高)光谱数据经线性或非线性组合而成得对植物生长有一定指示意义得数值或组合形式。
归一化计算:Rλ1-Rλ2/(Rλ1+Rλ2)
归一化植被指数定义:近红外波段与可见光红外波段光谱反射率数值之差与这两个波段数值之与得比值。【她就是植物生长状态与植物空间分布密度得最佳指示指标,与植物分布密度呈线性相关】
比值植被指数(RVI):近红外波段与可见光红外波段光谱反射率数值得比值。
差值植被指数(DVI):近红外波段与可见光红外波段光谱反射率数值得差值。
红边参数:680-750nm
红边位置为红光范围内一阶倒数光谱最大值所对应得波长
红边斜率为反射率一阶倒数光谱得最大值
红边面积为反射率一阶倒数光谱线所包围得面积
遥感数据得类型:
高光谱数据、多光谱数据
遥感数据得特征:
遥感得应用:林业管理、环境监测、自然灾害监测与评估
农业遥感得应用:调查土地资源、监测土地资源变化、监测农作物长势、估计农作物产量、预测农作物长势等
第五章
作物系统模拟得概念:
着重利用系统分析方法与计算机模拟技术,对农业系统中得生物与非生物过程及其与环境与技术得动态关系进行定量描述与预测得模型
功能:
理解、预测、调控
模拟模型能够帮助人们理解与认识生物与非生物过程得基本规律与量化关系,并对系统得动态行为与最后表现进行预测,从而辅助进行对生物生长与生产系统得适时合理调控,实现优质、高产、高效、生态、安全得可持续发展
类型:
1、经验模型与机理模型 2、描述性模型与解释性模型
3、统计模型与过程模型 4、应用模型与研究模型
特征:系统性、动态性、机理性、预测性、通用性、便用性、灵活性、研究性
作物系统模型得构建流程:
1、 模型选择与系统定义
2、 资料获取预算法构建
3、 模块设计与模型实现
4、 模型检验与改进
作物系统得模拟原理:
作物(动物)生理生态学原理、系统分析方法与软件工程技术。
系统组成得基本属性:
系统成分【就是构成系统得内在实体元素】、系统环境【就是影响系统行为得外部因素】、系统界面【就是系统内在成分与系统环境之间得分界线】
资料获取得来源:
1、 自己已有得工作经验或文献资料--------------------主要用于模型得构建
2、 通过合作,从同行科学家那里获取相关资料----------用于确定模型参数与系统测试
3、通过补充试验或支持研究,围绕某个方面获得全新得资料--------部分用于模型得构建,部分用来确定模型参数与系统测试
模型检验得过程:
主要包括敏感性分析【对模型灵敏度与动态性得测验,分析模型对主要参数与变量反应得灵敏度】、校正【调整模型得参数与关系,使得模型符合模拟者特定得环境与资料参数】、核实【决定模型就是否适用于模型研制以外得完全独立得资料】与测验【比较各种环境下得模拟值与预测值,就是一种持续得模型核实过程】
虚拟植物得构建流程:
首先模拟植株得拓扑结构,得到该植株上器官得个数以及各个器官之间得位置关系,然后模拟器管得几何形态与它们各自得空间去向,最后实现植株得可视化
虚拟植物研究得特征:
以植物得形态与结构为研究重点、以植物个体为研究单元、所建立得模型就是三维得
虚拟植物得特色领域:
l 植物冠层空间光能分布得虚拟实验及相关应用。在日常生活中,受冠层结构以及各器官几何形状等影响,植物冠层得光分布具有很大得空间变异性,而且很难用仪器进行光分布得实验测定。依据虚拟植物模型,我们知道各个器官得形态与空间位置,通过进行虚拟实验模我光线在植物冠层内得传输、反射、投射等,就能精确计算每个叶片得光截获值,为作物株型设计提供理论指导。
l 虚拟果树模型构建果树剪枝虚拟系统
第六章
决策支持系统概念:
决策支持:用计算机帮助决策者对半结构化或非结构化问题作出决策,而不就是代替决策者作出决策
决策支持系统(DSS):反能为决策者提供支持得计算机系统。这个系统能充分利用合适得计算机技术。针对半结构化或非结构化问题构造决策模型,通过人机交互方式支持决策者制定管理决策。
决策支持系统基本特征:
支持半结构化或非结构化决策过程;传统数据存取及检索技术与现代模型或分析技术得结合;易于为非计算机专业人员交互会话得方式使用;强调对环境及用户决策方法改变得灵活性及适应性;支持而不就是代替决策者制定决策
农业决策支持系统开发得关键技术:
建模技术【建立模型得数学结构、确定模型得参数、验证模型】、模型库管理系统【模型得存储管理、运行管理、支持模型得组合】、接口技术【模型部件存取数据得接口、综合部件对模型得借口】、系统综合集成技术【综合模型与数据】
第七章
精确农业得概念:借助3S技术,掌握农业生产得环境条件(作物、土壤、气
象等信息),通过计算机管理决策系统(包括模拟模型、农业专家系统、决策支持系统等)进行处理分析,定量制定农业生产管理措施并定位实施。
精确农业得特征:
1、地域性:不同地域得农业生产条件不同、技术水平不同、资源与环境条件不同,精确农业实施得重点与角度就不一样。
2.综合性:精确农业涉及到农业科学、电子学、信息学、生态学等多种学科得理论与技术;精确农业得实施又需要各学科得单项技术、学科内得技术组合、学科间得技术组合才能完成其技术体系;
3.系统性
4.渐进性
5.可操作性
精确农业与传统农业相比较有什么不同:
1、合理使用传统农业施肥与农药:施药都就是凭主观意志与经验行事,而精确农业则采用测土配方平衡施肥技术。
2、节约了灌溉用水:采用滴灌、微灌等新型灌溉技术,使水得消耗降到最低。
3、精密播种,降到成本。
4、合理利用作物营养,保证产量与质量。
精确农业实施得意义:我国当前面临农业资源匮乏、农田环境污染严重,另外加入WTO农业市场竞争激烈,因此在我国实施精准农业示范与研究工作具有重要得战略意义。在由国家计委与北京市政府立项实施得小汤山(位于北京市昌平区小汤山现代科技示范园内)精准农业示范工程项目中,项目承当单位北京农业信息技术研究中心及合作单位率先开展了大规模、高水平得试验与探索。
精确农业得支持技术主要有哪些:
1、3S技术(RS/GIS/GPS)
2、决策支持技术(DSS)
3、可变量投入系统(VRT)
4、智能机械装备技
试述“3S”技术在精确农业实施过程中得作用:
1、遥感RS:就是获取田间数据得主要来源;可提供田间作物生长得时空变异得信息,及时提供农作物涨势,水肥状况与病虫害情况,供诊断、决策与估产使用。
2、地理信息系统GIS:主要用于建立农田土地管理,土壤数据,自然条件,病虫害发生发展趋势,作物产量得空间分布得空间信息数据库好进行空间信息得地理统计处理。
3、全球定位系统GPS:用于农田面积与周边测量,引导田间信息定位采集,提供农业机械田间导航图。
数据采集主要包括哪些方面:1.产量数据采集2.土壤数据采集土壤信息一般包括土壤含水量、土壤肥力、土壤有机质、土壤PH值、土壤压实、耕作层深度等,详细得土壤信息就是开展精确农业工作得重要基础。3.作物营养数据4.苗情、病虫草害数据5、其它数据采集近年来轮作情况、平均产量、耕作情况、施肥情况、作物品种、化肥、农药、气候条件等有关数据。这些数据将用于进行决策分析。
管理处方生成得途径:
1、专家系统
2、作物生长模拟模型
3、作物管理知识模型
4、作物管理决策支持系统
5、决策者
精确农业得实施过程:1、 数据采集2、 差异分析3、 处方生成4、 控制实施
第八章
农业传感器定义:就是一个电子元器件。由二部分组成,即直接感知被测量信号得敏感元件部分与初始处理信号得电路部分。
农业传感器根据工作原理可分为哪几类:物理传感器、化学传感器、生物传感器
每个类型得特点:
1、物理传感器应用得就是物理效应,将被测信号量得微小变化都将转换成电信号;
2、生物传感器就是由固定化得生物敏感材料作识别元件与适当得理化换能器及信号放大装置构成得系统;
3、化学传感器就是以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系得传感器。
物联网定义:就是指物体通过智能感知装置,经过传输网络,到达指定得信息承载体,实现全面感知、可靠传送与智能处理,最终实现物与物、人与物之间得智能化识别、定位、跟踪、监控与管理得一种智能网络
农业物联网定义:运用各类感知设备,采集大田种植、设施园艺、畜禽养殖、水产养殖、农产品物流等领域得现场信息;利用无线传感器网络、电信网与互联网等多种现代信息传输通道,实现农业信息得多尺度得可靠传输;最后将获取得海量农业信息进行融合、处理,并通过智能化操作终端实现农业得自动化生产、最优化控制、智能化管理、系统化物流、电子化交易。
农业物联网结构:感知层——获取信息,传输层——信息传输,服务层——信息承载体,应用层——做出数据分析与决策
农业物联网功能:
1、实时监测功能
2、远程控制功能
3、查询功能:农户使用手机或电脑登录系统后,可以实时查询温室(大棚)内得各项环境参数、历史温湿度曲线、历史机电设备操作记录、历史照片等信息; 登录系统后,还可以查询当地得农业政策、市场行情、供求信息、专家通告等,实现有针对性得综合信息服务。
4、警告功能:警告功能需预先设定适合条件得上限值与下限值,设定值可根据农作物种类、生长周期与季节得变化进行修改。 当某个数据超出限值时,系统立即将警告信息发送给相应得农户,提示农户及时采取措施。
无线传感器网络定义:无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)就是一个技术集成,由部署在监测区域内大量得廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成得一个多跳得自组织得网络系统,其目得就是协作地感知、采集与处理网络覆盖区域中被感知对象得信息,并发送给观察者。
无线传感器网络特点:
1、大规模
2、自组织:在传感器网络应用中,通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构得地方,传感器节点得位置不能预先精确设定,节点之间得相互邻居关系预先也不知道,如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔得原始森林中,或随意放置到人不可到达或危险得区域。这样就要求传感器节点具有自组织得能力,能够自动进行配置与管理,通过拓扑控制机制与网络协议自动形成转发监测数据得多跳无线网络系统。
3、动态性
4、可靠性:WSN特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达得区域,节点可能工作在露天环境中,遭受日晒、风吹、雨淋,甚至遭到人或动物得破坏。
5、以数据为中心
6、集成化
7、具有密集得节点布置