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数字农林课件


原始农业时代的特征是 1、石器农具的应用; 2、动植物驯化和自然生态条件下的粗放种植与养殖; 3、劳动的动力是人力。 原始农业的产生逐步替代了采集和狩猎。 传统农业的特征是 1、金属质农具和木质农具的应用; 2、精耕细作和养殖技术; 3、劳动的动力是人力、畜力和其他自然力如风力、水力。 在细胞学、进化论、遗传学、植物营养学的基础上,近代农业有三次大突破: 第一次:20 世纪 30 年代美国双交玉米种的推广,由原来的亩产 100kg 增加到 350kg; 第二次:20 世纪 40 年代墨西哥选育的矮杆、高产、抗病、耐肥、抗倒伏、广适应的小 麦品种,亩产由原来的 50kg 增加到 250kg,并由此掀起一场“绿色革命” ; 第三次:20 世纪 60 年代,菲律宾国际水稻研究所培育出矮杆、早熟、高产新品系 IR-8, 一季稻亩产可达 600-650kg。 由于农业的良种化、化学化、机械化的应用,使农业的面貌焕然一新。 良种---产量潜力 化肥---增产措施 农药---病虫草害防治---稳产措施 机械---提高劳动生产率 由此将四千年的传统农业推进到近代农业,带来了 20 世纪农业的高速发展。 ? 数据的记录和传输 ? 模拟数据 (Analog Signal) 一系列连续变化的电磁波,或电压信号 优点是分辨率高,还原性好; 缺点是抗干扰能力差; ? 数字数据 (Digital Signal) 一系列断续(离散)变化的电压脉冲,或光脉冲 优点是抗干扰能力强; 缺点是技术复杂,分辨率取决于量化容量; 一 数字农业的含义和根本目的 ? 定义一:指利用信息技术、生物工程技术、自动监控、农艺与农机技术等现代高新 技术,对农业所涉及的对象和全过程实行数字化和可视化表达、设计、控制和管理 的现代新型农业; ? 定义二:用数字化技术,按人类需要的目标,对农业所涉及的对象和全过程进行数 字化和可视化的表达、设计、控制、管理; ? 数字农业的根本目的,是以最节省的投入,获得最高的经济收益,同时保护生态环 境. 数字农业的本质 把信息技术作为农业生产力重要要素,将工业可控生产和计算机辅助设计的思想引入农业, 通过计算机、遥感、网络通讯、电子工程等信息高技术与农业的融合,在数字水平上对农 业生产、管理、经营、流通、服务以及农业资源环境等领域进行数字化设计、可视化表达 和智能化控制管理。 数字农业的主要内容

对农业各个方面(种植业、畜牧业、水产业、林业等) 、各种过程(生物的、环境 的、经济的)全面实现数字化,并应用数学模型加以表达; ? 把各种数字化技术最广泛地应用于农业; ? 在农业的各个部门(生产、科研、教育、行政、流通、服务等)全面地实现数字化 与网络化管理。 数字农业技术研究的总体目标 ? 构建数字农业的技术体系、应用体系和运行管理体系 ? 在数字农业重大技术、重大系统、重大产品上取得突破性进展 ? 逐步建立我国数字农业技术体系,使我国农业信息技术研究应用达到世界先进水平 ? 全面推进我国农业信息化和农业现代化进程。 精确农业(1): 精确农业是基于作物处于农田地块环境条件的差异性,精确地定位、定量、定时获取作物 及其生长环境的信息数据,按照效益最优、环境污染最小的原则,根据这些信息及时或实 时做出合理决策,自动生成耕作指令数字图,指令智能化农机具实施灌溉、施肥、杀虫、 除草等相应的耕作措施,这样一整套农业生产技术称之为精确农业。精确农业并不过分强 调高产,而主要强调效益。 种植业实施精确农业一般分为三个步骤: (1) 获取作物相关信息数据并诊断(确定田间管理事件); (2) 综合决策耕作措施(制定对策); (3) 数控智能农机具作业(实施对策)。 在实施过程中,空间信息技术(3S 技术)贯穿始终。精确农业开始实施后,精确农业的思想 又从种植业推广到畜牧业,演变成精确大农业的概念。 精确农业解决方案的优点: ? 大大减少农机具往复线的重叠; ? 提高整地、播种、收获机具的工作效率; ? 节省时间、燃料、种子、肥料等各项农业生产成本; ? 无论夜间、风天、丘陵坡地,都丝毫不影响作业质量。 虚拟农业: 定义: 虚拟农业是将作物或家畜在各种条件下的生长发育全过程用计算机模拟模型构建出来,用 户向计算机输入作物或家畜的各个生长发育阶段相应的试验参数,计算机就可以按照这些 试验参数条件将虚拟对象的生长发育全程以系列数据或逼真动画图像的形式显示出来,并 给出参考结论。 意义: 将动植物一年或数年生长周期仿真浓缩在短时间内,克服农业科学试验周期长、难以重复 的研究障碍,为优化作物栽培技术研究、优选家畜饲养方案以及动植物品种改良提供技术 支撑 。 农业管理信息系统: 定义: 农业管理信息系统是覆盖范围相当大的数字农业技术领域,囊括了大部分农业领域,它从 大量数据中提取信息,模拟农业生产、农业管理的全过程,为农业生产者、政府农业部门 以及农业科技工作者提供高效的工作环境,辅助人们做出科学决策。

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精确农业的核心指导思想: 利用现代地球空间信息技术,获取农田内影响作物的生长和产量的各种因素的时空差异, 避免因对农田的盲目投入所造成的浪费和过量施肥施药造成的环境污染。 在同一农田内存在着明显的时空差异性: ①田间条件和收获量的空间差异; ②年际间产量的时间差异; ③预测和实际产量的差异。 精确农业的原理 生态学原理 精确农业最基本的出发点,就是基于生物的生长分布,及其生存的资源环境均 存在较大的空间异质性这一生态学原理; 精确农业的原理 工程学原理 精确农业涉及农业机械工程、农业工程、航空航天工程、计算机软件工程设计 等多个方面。实施工程中,要结合工程学的原理来展开。严格控制工程实施过程中的各个环 节,不断优化工艺流程; 精确农业的原理 系统学原理 系统学原理认为,对于一个有多个部分组成的复杂系统,各部分间的关系和结 合方式对该系统整体的结构和功能具有重要影响; 精确农业的原理 信息学原理 任何存在的事物都以不同的方式包含一定自身所具有的一定量的信息。精确农 业所关心的是田间与农作物生长有关的各种资源及环境信息; 精确农业的原理 控制学原理 上述的每一个过程都必须在精确的控制之下实施完成。控制学原理的运用就是 要保障在全球定位系统、地理信息系统、传感及监测系统、计算机控制器及变量执行设备支 持下: ①随时间及空间变化采集数据; ②根据数据绘制电子地图,并经加工、处理,形成管理设计执行图件; ③精确控制田间作业等过程,准确无误地得以完成。 精确农业的技术体系 ? 全球定位系统(GPS) ? 地理信息系统 (GIS) ? 遥感技术(RS) ? 作物生产管理智能化辅助决策支持系统(DSS) ? 收获机械产量计量与产量分布图生成技术 ? 农田信息采集与处理技术 ? 智能化处方农作机械 ? 系统集成技术 ? 计算机自动控制技术 广播卫星:专为卫星电视设计及制造的人造卫星; 通讯卫星:电视转播、个人移动电话、高速网络等和通讯有关的服务; 气象卫星: 对地球天气与气候的观察, 对所谓太空天气做监测工作。 气象卫星能为诸如洪涝、 森林大火等天然灾害提供监测情报; 地球观测卫星:允许科学家聚集有价值的关于地球的生态系统的数据;

导航卫星:导航卫星一开始都是为了军事用途而设计的,而后由于民间的需求殷切,所以军 方才将此技术解密释出; 天文卫星:为观测天文现象服务,如哈勃卫星; 其它:侦查卫星、空间卫星、免拖曳卫星、科学技术卫星、预警卫星、反卫星卫星 遥感常用的电磁波波段的特性 ? 紫外线(UV):0.01-0.4μ m,碳酸盐岩分布、水面油污染。 ? 可见光:0.4-0.76 μ m,鉴别物质特征的主要波段;是遥感最常用的波段。 ? 红外线(IR) :0.76-1000 μ m。近红外 0.76-3.0 μ m’中红外 3.0-6.0 μ m;远红外 6.0-15.0 μ m;超远红外 15-1000 μ m。 (近红外又称光红外或反射红外;中红外和 远红外又称热红外)。 ? 微波:1mm-1m。全天候遥感;有主动与被动之分;具有穿透能力;发展潜力大。 遥感图像的空间分辨率 图像的空间分辨率是指地面上多大的地物在图像上反映为一个象元点。 反之, 也可以说图像 上的一个象元代表地面上多大的一块面积。 光谱分辨率 一、GPS 的定义及组成 1.定义 全球定位系统 GPS(Global Positioning System),是一种可以授时和测距的空间交 会定点的导航系统,可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置,三维速度和时间信 息。 GPS 的组成 GPS 定位系统由 GPS 卫星空间部分、地面控制部分和用户 GPS 接收机三部分组成 2)地面控制部分。 ? 1 个主控站:Colorado springs(科罗拉多.斯平士)。 ? 3 个注入站:Ascencion(阿森松群岛)、 Diego Garcia(迭哥伽西亚)、kwajalein(卡瓦加 兰)。 ? 5 个监控站: 以上主控站、注入站及 Hawaii(夏威夷)。 3)用户接收机部分 大地型接收机又分单频型和双频型 卫星定位系统 最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统(TRANSIT),1958 年研制.1964 年正 式投入使用。由于该系统卫星数目较少(5~6 颗),运行高度较低(平均 1 000 km),从地面站 观测到卫星的时间间隔较长(平均 1.5 h),因而它无法提供连续的实时三维导航,而且精度 较低。为满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求,1973 年美国国防部 制定了 GPS 计划。 之后,人们利用夜空的星辰来确定方位的方法 ,北极星是最重要的一个发现。古代腓尼基 人就成功地利用这种方法从埃及航行到希腊的克里特岛。 但使用这种方法的限制因素很多,必须是夜晚,而且还得是晴朗的夜空下才行。 在接下来的时间里,诞生了两件改变历史的发明:指南针和六分仪。指南针可以指明南北 方向,这样人们就可以轻易知道自己前进的方向了。而六分仪可以通过测量太阳、星辰的 天体高度变化来确定观察者的纬度,但却无法确定经度。为了解决这个问题,英国政府曾 经用巨额“悬赏”来寻找这个发明。直到 18 世纪的中叶,人们发明了一种精确的记时计,利 用不同时区的地方时与本初子午线之间的时差来确定经度。利用这些发明,人类可以大胆 驰骋于大地和海洋之间,地球的神秘面纱被一点一点地揭开了。

尽管人类在历史上创造了各种定位的方法和工具,但是随着人类社会的进一步发展,需要 精准定位和一些高要求的定位。如运动物体的定位,航空航海、现代战争等。而这些工具 已经远不能满足需要。所以,在近代,无线电波定位和卫星定位的方法应运而生,其中全 球定位系统就是信息科技时代中的一种典型卫星定位系统类型。 20 世纪 80 年代,苏联也建立了自己的卫星定位导航。目前,欧洲也在建立自己的卫星定位 导航系统,称为“伽利略计划”。而我国也成功地研制了“北斗导航系统”,并投入运营,这 标志着中国在这一领域也已经处于世界先进水平。 告别了美国对 GPS 的垄断地位。 2005 年 12 月 28 日,北京时间 13 点 19 分,欧洲“伽利略”全球卫星定位系统首颗实验卫星 搭乘俄罗斯“联盟”运载火箭升空。 北斗卫星导航系统示意图: 我国 2003 年 5 月发射了“北斗一号”卫星的备份星,构成了完整的卫星导航系统。是世界上 第三个拥有卫星导航系统的国家。 ? 现代 ? 地基电子导航系统 ? 地基电子导航系统主要由在世界各地适当地点建立的无线电参考站组成, 接 收机通过接收这些参考站发射的无线电电波并由此计算接收机到发射站的 距离来确定自己的位置,包括 ? 无方向无线电信标(NDB),190-1750KHz ? 受到天气、地形等因素的影响较大,缺少测距等功能,价格低廉、易于 架设 可提供三维坐标 经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。GPS 可同时精确测定测站点的三维坐 标 随着全球技术的进化和扩展,勘测和测绘地图界正在不断地重新开发所需的工具来增加工 作能力和得到高度精确的数据 益处: ? 由于排除了传统勘测的限制,比如两个勘测点之间不必看得见,显著地提高了工作 能力。 ? 为地图测绘和模型制造提供自然和人工的地面特征的精确定位,用来提供广泛的服 务,例如灾难救援和公共安全。 ? 为决策者提供及时的和宝贵的信息,以明智地使用资源。 ? 得出精确到厘米的实时勘测结果。 ? 使勘测员能够在恶劣气候或阳光不足的情况下持续工作。 GPS 卫星星座的构成 ? 全球 3D 分布 ? 轨道高度:20,200 公里 ? 绕地一周: 11 小时 58 分 ? 卫星数:21+3 颗/ 6 轨道 ? 轨道傾角:55° 监测站 MONITOR STATIONS ? HAWAII 夏威夷 ? KWAJALEIN 卡瓦加兰

? ASCENSION ISLAND 阿松森群岛 ? DIEGO GARCIA 迭戈加西亚 ? COLORADO SPRINGS 克罗拉多 主控站 ? ? ? ? ? 注入站 ? ? ?

(ColoradoSprings) 协调和管理地面监控站系统 位置:科罗拉多推算编制星历、卫星钟差和大气层修正参数,传输数据到注入站 提供 GPS 的时间基准 调整卫星轨道,启用备用卫星

位置:迭哥加西亚(Diego Garcia)、阿松森岛(Ascencion)卡瓦加兰(Kwajalein) 主要设备:二台直径为 3.6m 的天线、一台 C 波段发射机和一台计算机。 主要任务:在主控站的控制下,将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文 和其它控制指令等,注入到相应卫星的存储系统,并监测注入信息的正确性。 卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息 GPS 绝对定位的原理 接收到的卫星颗数编号, i =1~4; Ri:卫星到接收点的距离; c:电波传播速度; Δ t0:接收机的时钟误差; x0, y0, z0, Δ t0:未知量,分别为经度、纬度、高程和时间。 所以,接收到 4 颗以上卫星信号就可定位。 定位方式选择 ? 码相位观测是测量 GPS 卫星发射的测距码信号(C/A 码或 P 码)到达用户接收机天 线(观测站)的传播时间。也称时间延迟测量。 ? 载波相位观测是测量接收机接收到的具有多普勒频移的载波信号,与接收机产生的 参考载波信号之间的相位差。 ? 由于载波的波长远小于码长,C/A 码码元宽度 293m,P 码码元宽度 29.3m,而 L1 载波波长为 19.03cm, L2 载波波长为 24.42cm,在分辨率相同的情况下, L1 载波 的观测误差约为 2.0mm, L2 载波的观测误差约为 2.5mm。而 C/A 码观测精度为 2.9m,P 码为 0.29m。载波相位观测是目前最精确的观测方法。 GPS 测量的误差源 ? 卫 星 钟 差——某时刻原子钟与 GPS 时之差 ? 星 历 误 差——卫 星 轨 道 误 差 ? 接收机钟差——某时刻石英钟与 GPS 时之差 ? 电离层、对流层延迟——折射路径延长 ? 多 路 径 效 应 影 响——多 路 反 射 波 ? 卫星钟差 ? 尽管 GPS 卫星均设有高精度的原子钟,但它们与理想的 GPS 时之间,仍存 在着难以避免的偏差或漂移。这种偏差的总量约在 1ms 以内。 ? 轨道偏差 ? 卫星在运行中要受到多种摄动力的复杂影响,通过地面监测站,又难以充分

可靠地测定这些作用力,并掌握它们的作用规律,电文中的卫星轨道信息的 相应位置误差约为 20m-40m 卫星信号的传播误差 ? 电离层折射的影响 GPS 卫星信号和其它电磁波信号一样,当其通过电离层时,将受到这一介质弥散特性 的影响,使信号的传播路径发生变化。 ? 解决方法: ? 利用双频观测(有效性不低于 95%); ? 利用电离层模型加以修正(有效性约为 75%); ? 利用同步观测值求差。 对流层折射的影响 ? 对流层折射对观测量的影响可分为干分量和湿分量两部分。干分量主要与大气温度 和压力有关,而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和高度有关。目前湿分量 的影响尚无法准确确定。 ? 处理方法: ? 定位精度要求不高时,可以简单地忽略; ? 采用对流层模型加以改正; ? 引入描述对流层影响的附加待估参数,在数据处理中一并求解; ? 观测量求差。 ? 通常也叫多路径误差,即接收机天线,除直接收到卫星发射的信号外,尚可能收到 经天线周围地物一次或多次反射的卫星信号。 ? 两种信号叠加,将会引起测量参考点(相位中心)位置的变化,从而使观测量产生误 差。 ? 而且这种误差随天线周围反射面的性质而异, 难以控制。 对测码伪距的影响达米级, 对测相伪距影响达厘米级。 多路径效应解决措施 ? 安置接收机天线的环境应避开较强反射面,如水面、平坦光滑的地面和建筑表面; ? 选择造型适宜且屏蔽良好的天线如扼流圈天线; ? 适当延长观测时间,削弱周期性影响; ? 改善接收机的电路设计; 接收设备有关的误差 ? 观测误差:接收天线相对测站点的安置误差。分辨误差一般认为约为信号波长的 1%。安置误差主要有天线的置平与对中误差和量取天线相位中心高度(天线高) 误差。例如当天线高 1.6m ,置平误差 0.10,则对中误差为 2.8mm。 ? 接收机钟差: GPS 接收机一般设有高精度的石英钟,日频率稳定度约为 10-11。如 果接收机钟与卫星钟之间的同步差为 1?s,则引起的等效距离误差为 300m; ? 处理接收机钟差的方法: ? 作为未知数,在数据处理中求解; ? 利用观测值求差方法,减弱接收机钟差影响; ? 定位精度要求较高时,可采用外接频标,如铷、铯原子钟,提高接收机时间 标准精度; 地理信息系统的发展的四个阶段 ? 60 年代起源于北美:加拿大地理信息系统(CGIS) ? 70 年代是 GIS 发展的巩固阶段:

? 80 年代为地理信息系统的大发展阶段: ? 90 年代至今为地理信息系统的应用普及时代 : ? 地理空间数据常用的数据结构有两种:栅格(Raster)数据结构和矢量( Vector) 数据结构 栅格数据结构 ? 将地面划分为均匀的网格,每个网格作为一个像元或空间单元,依行列构成的像元 矩阵叫栅格。 对于栅格数据结构 ? 点:为一个像元 ? 线:在一定方向上连接成串的相邻像元集合。 ? 面:聚集在一起的相邻像元集合。 ? 栅格的相对大小用栅格的空间分辨率来表示。栅格的空间分辨率是指一个像元在地 面所代表的实际面积大小 矢量数据结构 ? 矢量数据结构通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置 ? 点:空间的一个坐标点; ? 线:多个点组成的弧段; ? 面:多个弧段组成的封闭多边形; GIS 可以做什么—— 数据管理 ? 管理海量数据 浏览 查询 专业性分析 路径分析 地图整饰 动态分段 断面分析 格网分析 生成数字地面模型 三维地下体分析 人工智能的研究领域 1. 机器博弈 2. 定理机器证明与自动推理 3. 机器学习与发现 4. 自然语言理解 5. 智能数据库系统 6. 智能机器人 7. 专家系统(Expert System 专家系统(ES,Expert System)的定义 一般认为:1)它是一个智能程序系统 2)它具有相关领域内大量的专家知识 3)它能应用人工智能技术模拟人类专家求解问题的思维过程进行推 理,解决相关领域的困难问题,并且达到领域专家的水平。 专家系统的组成 不同的专家系统, 其功能与结构都不尽相同, 但一个基于规则的专家系统都包括人机接 口、推理机、知识库及其管理系统、数据库及其管理系统、知识获取机构、解释机构这六个 部分。 数据库和管理信息系统的核心是数据,专家系统的核心是以知识为基础的推理。 ? 专家系统 = 知识库 + 推理机 ? 知识库—某种形式表示的知识,经验,常识等 ? 推理机—一组程序以控制,协调整个系统, 并根据当前数据库中的数据, 使用知识库 中的知识, 按某种推理策略求解目前的问题。 ? 数据库—存放初始数据, 推理过程得到的中间结果, 以及需要求解的问题/目标。

? 知识获取—接收,修改,调试知识/推理的接口 ? 解释—对推理过程进行必要的解释(程序) 推理策略 1. 正向推理:是一种由下向上,即从用户提问因素向目标节点一步一步推导;是一种 从事实向目标的推理,又叫事实驱动;由已知的事实出发,逐步推导出最后的结论。 2. 反向推理,是一种从上向下,反过来从目标节点到叶节点一步一步推导。是一种从 目标向事实的推理,也叫目标驱动;先提出假设,然后验证这些假设的真假性,找 到假设成立的所有事实或依据。 产生式系统的优点: ①模块性,每一产生式可以相对独立地增加、删除和修改; ②均匀性,每一产生式表示整体知识的一个片段,易于为用户或系统的其他部分理解; ③自然性,能自然地表示直观知识。 产生式系统的缺点: 执行效率低, 此外每一条产生式都是一个独立的程序单元, 一般相互之间不能直接调用也不 彼此包含,控制不便,因而不宜用来求解理论性强的问题 按专家系统的特性及处理问题的类型分类: 1.解释类专家系统(expert system for interpretation) 2、诊断类专家系统(expert system for diagnosis) 3、预测类专家系统(expert system for prediction) 4、设计类专家系统(expert system for design ) 5、规划类专家系统(expert system for planning) 6、控制类专家系统(expert system for control) 7、监测类专家系统(expert system for monitoring) 8、维修类专家系统(expert system for repairing) 9、教育类专家系统(expert system for instruction) 10、调试类专家系统(expert system for debugging) 11、咨询与决策专家系统(expert system for inquiring and deciding ) 12、管理类专家系统(expert system for management ) 专家系统的基本特征 1、具有专家水平的专门知识 2、能进行有效的推理 3、具有获取知识的能力 4、具有灵活性 5、具有透明性 6、具有交互性 7、具有实用性 8、具有一定的复杂性及难度 农业数据特点 (1)普适性 农业信息如某种农作物栽培技术信息、农产品市场信息、土壤改良技术信息、作物或畜禽疫 情信息等, 往往在广大地区被数以千万的农民与农业工作者所需求, 其信息价值要大于其他 领域的信息。如何将信息有效、迅速地传播出去,适合不同地域的农业信息传播手段亟待解 决。

(2)地域性 农业信息与地理位置有关。从宏观的角度,不同的区域在地形地貌、土 壤类型、气候状况、 主要作物种类、土地利用类型、水资源状况等是不同的。从微观的角度,由于微地形的变化 和农业投入水平不同,地块之间甚至是地块内作物的产量存在着显著的差异。因此,任何农 业技术、优良品种都要与当地自然、社会条件相结合,否则不能收到良好效果。当时当地的 各种有关的动态信息对于农业生产、 农业管理决策至关重要。 农业信息这一特点反过来也增 加了采集农业信息的难度,如何将分散在广阔空间的复杂种类的农业信息快速采集汇总上 来,采集方法与采集体系亟待研究。 (3)周期性和时效性 农业信息大体以生物的一个生育期为一个周期, 每个生育期又可分为不同的生长阶段, 这些 生长阶段具有固定的时序特征。同时,农业信息是一种动态的信息,现实性极强。超过时限 的信息不仅价值降低, 而且有可能是完全错误的。 目前的问题是通过各种途径采集到的大量 农业信息往往滞后,比如旱涝灾情、作物营养亏缺、作物或畜禽疫情、土壤退化、农业市场 价格浮动等等,往往要问题严重到相当程度才被发现。 (4)综合性 农业本身是复杂的综合系统,农业信息很多是多门类数据综合的结果。 例如土壤信息包含 土壤类型、土壤物理信息(质地、土壤、耕性等) 、士壤化学信息(pH、有机质含量、氮磷 钾含量等) ;而且农业信息的关联性较强,一个信息往往直接或间接地与多个信息相关,一 个信息通常是多种信息的综合。 (5)滞后性 这是农业信息一个比较隐蔽的性质。如土壤施肥点周围的土壤和作物体 内营养元素浓度的 变化, 往往具有明显的滞后特征。 进行这类信息的加工处理和决策分析时必须考虑到这一信 息的特点。 (6)准确性 信息数据准确性要求是生命科学的一个重要特点。 作物叶面温度与周围空气温差超过正常值 的 0.2℃就视为异常,土壤 pH 超过某种作物适宜值的 0.4,该作物就难以生存。农业信息横 跨了自然科学和社会科学,综合了微观和宏观,在多种因素影响下,获取准确的信息数据增 加了信息采集技术的难度。 ? 变量应用控制系统的特性 ? 变量控制器利用液压电机驱动播种机、条播机、飞播机等固液的变量应用作业; ? 使用雷达对农机具进行测速,通过处理器向液压驱动系统发送脉冲信号; ? 处理器是微型计算机控制系统,由拖拉机的 12 伏电瓶供电。 ? 变量控制器的处理器能够接收 多路 GIS 信息; ? 可以进行编程控制多种种种子变量播种,比如在同一时间种子为一个量,化肥为另 一个不同的量。 ? 在播种模式下,能够读取每亩的播种量; ? 在施肥模式下,可以看见每亩施肥量从一磅到数百磅的变化; ? 同时处理器还能够显示精确的面积计算、显示速度和距离; ? 可以对杀虫剂、除草剂、化肥、和种子施用量进行校准 变量应用控制系统的工作 ? 在去田间之前,对控制器、种子计数器和液压油路等情况进行检查; ? 校准时,输入每亩希望的种子数量、播种机速度、行走的距离、所用种子的量,对

播种机进行适当的调整; ? 施肥应用的校准与播种校准一样,输入幅宽、化肥量、行走速度、传送量,然后调 整分发设计指导满足需要; ? 程序设定完成后,可以准备施肥或播种; ? 处理器可以显示速度信息、面积计算、距离以及每亩种子数量和化肥的重量; ? 该处理器有一个 GPS 作业模式和一个非 GPS 工作模式; ? 在非 GPS 作业模式下,可以通过拨号来控制施肥量或播种量的变化。例如:如果 玉米播种量在 25,000 个 / 亩,那么可以从 10,000 到 41,000 之间变化,每次变 化量为 1,000 ! 无需重新设置!处理器的内存可以保存程序信息,即使拖拉机熄 火或者从电瓶上断开电源。 ? 有了变量控制器,可以实施许多精准农业工作,无论使用 GPS 系统,还是使用拨 号设备都可; ? 可以精确播种、条播、飞播任意类型的种子; ? 可以精确改变施肥量大小,不管液态化肥还是固态化肥。 虚拟农业概念 是 80 年代中期问世的,利用计算机技术、虚拟现实(Virtual Reality)技术、仿真(Simulation) 技术、多媒体技术设计出虚拟作物、畜禽鱼,然后实际培育出能与虚拟农产品相比美(品质 最佳、产量最高、抗虫害能力最强)的真实作物,从遗传学角度定向培育农作物,如某种短 秆穗大的粮食作物, 带有某种特定滋味的水果等, 并能阻断害虫食物通道, 破坏其藏匿环境, 防止其危害。虚拟农业的过程是一个相当复杂的过程,它将改变传统的育种和科研方式 虚拟现实技术”就是指:利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术,生 成三维逼真的虚拟环境, 虚拟现实应有的特征(3I) ? 沉浸感(Immersion):能给人们以真实世界的感觉,让人感觉全方位地沉浸在这个 虚幻的世界中。 ? 交互性(Interaction):虚拟现实可以对使用者的输入作出反应。虚拟现实环境可 以通过控制与监视装置影响或被使用者影响。 ? 想象 (Imagination): 它的应用能解决在工程、医学、军事等方面的一些问题 , 这些应用是VR与设计者并行操作,为发挥它们的创造性而设计的,这极大地依赖于 人类的想象力。 虚拟土壤 ? 应用最新的信息技术,建立数字化的土壤-作物系统,实现对农田系统的精确定量 化研究 ? 通过应用 GPS、GIS、3D 数字化技术和其他信息采集技术,实现对农田土壤水分、 养分、盐分等与作物生长的相互作用关系的定量化研究,建立虚拟土壤-作物系统。 ? 通过在计算机上的虚拟试验,部分地替代在现实世界中难以进行的或昂贵的试验, 机器视觉系统与人的视觉的对比 人类视觉 适应性 智能 机器视觉

适应性强,可在复杂及变化的环 适应性差, 容易受复杂背景及环境变化 境中识别目标 的影响 具有高级智能,可运用逻辑分析 虽然可利用人工智能及神经网络技术, 及推理能力识别变化的目标,并 但智能很差, 不能很好地识别变化的目 能总结规律 标

彩 色 识 别 对色彩的分辨能力强,但容易受 受硬件条件的制约, 目前一般的图像采 能力 人的心理影响,不能量化 集系统对色彩的分辨能力较差, 但具有 可量化的优点 灰 度 分 辨 差,一般只能分辨 64 个灰度级 力 强,目前一般使用 256 灰度级,采集系 统可具有 10bit、12bit、16bit 等灰度级

空 间 分 辨 分辨率较差,不能观看微小的目 目前有 4K×4K 的面阵摄像机和 8K 的 力 标 线阵摄像机,通过备置各种光学镜头, 可以观测小到微米大到天体的目标 速度 0.1 秒的视觉暂留使人眼无法看清 快门时间可达到 10 微妙左右,高速像 较快速运动的目标 机帧率可达到 1000 以上,处理器的速 度越来越快 400nm-750nm 范围的可见光 从紫外到红外的较宽光谱范围, 另外有 X 光等特殊摄像机

感光范围 环境要求 观测精度 其它

对环境温度、湿度的适应性差, 对环境适应性强,另外可加防护装置 另外有许多场合对人有损害 精度低,无法量化 主观性,受心理影响,易疲劳 精度高,可到微米级,易量化 客观性,可连续工作



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