第一章-计算机在农业上的应用-绪论-课件.ppt
2023/3/18,湖南农业大学农学院,1,计算机在农业上的应用,周美兰湖南农业大学农学院,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,2,第一章 绪 论,第一节 计算机在农业上的应用第二节 世界农业计算机技术发展历程 第三节 计算机在生命科学中的应用第四节 信息技术在我国农业领域的应用,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,3,第一节 计算机在农业上的应用,一、计算机在农业上应用现状二、计算机在于农业科研和生产中的应用三、计算机在农业基础科学中的应用,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,4,一、计算机在农业上应用现状,由于计算机的快速发展，带来了信息革命和信息爆炸，使21世纪进入了信息时代。信息主要通过计算机录入、储存、传递的，因此可以利用计算机快速发布信息、查找信息。本世纪我国要走现代农业的发展道路，计算机技术将在我国实现现代农业发展目标中将起到非常重要的作用。目前，计算机技术普遍应用于我国农业领域中的各行各业，例如：农业资源调查、农业科学研究、农产品贸易、农业生产、农业信息检索、农业技术推广、农业政策法规的发布和传递等方面。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,5,产生了新型交叉学科和农业领域,计算机技术与农业科学研究、农业生产经营、农业教育相结合，产生了诸多交叉学科：农业信息学、生物信息学、人工智能、精准农业、虚拟农业、农业专家系统、现代农业等新学科。产生了新的农业领域：农业信息网络技术、农业数据库系统、农业管理系统、作业生产专家系统、3S系统、农业自动化控制技术、多媒体技术、精准农业技术、生物信息技术和数字化图书馆技术等等。由此推动了农业科学研究、农业生产、农产品贸易、农业信息和农业教育业的快速发展。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,6,二、计算机在农业科研和生产中的应用,1、农业科学研究 计算机技术已广泛应用种植业、畜牧业、林业和渔业科学研究。研究方向有：(1)农作物栽培、育种、制种、病虫诊断与防治研究；(2)家禽与畜牧养殖、育种、疾病诊治研究。(3)水产养殖与疾病诊治专家系统研究。(4)林木种植、森林病虫诊断与防治研究。(5)农业科学研究试验数据的处理。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,7,2、计算机在农业推广中的应用,(1)园艺、果树、蔬菜栽培管理与病虫诊治专家系统。(2)农业机械操作学习、故障诊断专家系统。(3)多熟种植农业生态信息系统。(4)农业自然资源合理开发与利用信息系统。(5)生态林建设与保护信息系统。(6)设施农业管理信息系统。(7)国内外农产品市场信息分析与预测管理信息系统。(8)农业技术转让与开发、农业人才交流信息系统等。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,8,三、计算机在基础科学中的应用,计算机已广泛应用生物统计学、农业微生物学、遗传学、生态学、农业气象学、动物医学、药物动力学、生理学、分子生物学、植物学、生物化学等领域。（一）计算机在生命科学中的应用1、计算机在生命科学领域的数据采集 试验数据的在线检测，如常规的温度、压力、pH值、溶氧浓度；生物医学中的葡萄糖浓度、脑电流等生物电信号；试验数据的离线检测，如蛋白质浓度和DNA、RNA等核酸浓度的测定，生物特性物质的检测，生物种群数目的统计等。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,9,2、计算机科学试验数据的处理,生命科学中各种实验数据的处理，生命科学数学模型的建立和求解，利用数学模型对实验的控制和实验监测，实验跟踪生物量、生物参数，以及生命科学和生物工程的实验设计包括最优化实验设计。将所测定的DNA序列对应的光谱数据进行整理和处理后确定核苷酸的位置；放射性示踪物在生物分子中的研究应用；利用计算机按分子量大小或其它特性自动分离生物物质；利用计算机对生物工厂进行工艺优化设计，对实验测量值的误差自动分析处理等。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,10,（二）计算机在生物信息学的应用,计算机对生物信息的处理是数据处理中的一个特殊部分，生物信息学已成为一个单独应用领域。生物信息学是以计算机为工具对生物信息进行储存、检索、传输和分析的科学，涉及范围很广。其研究重点一般为两个方面，即基因组学(Genomics)和蛋白质组学(Proteomics)。它们涉及对核酸和蛋白质序列信息的获取、分析和存储，数据的查询和校对等，包括对大量基因组数据、蛋白质组数据信息，如GenBank、生物分子结构数据库MMDB，以及生物类文献，如MEDLINE和BA（Biological Abstract）数据库的检索等。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,11,（三）计算机数值方法在生命科学中的应用,生物信息学的数据处理都是以数值方法和统计学的知识为基础的。现代农业科学研究提出了相当多的数学问题及复杂的数学模型，涉及到许多非线性的代数或微分方程，这些方程常常是大量耦合的。对于这类复杂的数学模型的研究，必须借助数值方法应用计算机求解。计算机数值法在农业科学领域内占有极其重要的地位，是现代生命科学技术发展的促进因素。（四）计算机用于生物工程和生命活动的过程控制和过程监督。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,12,第二节 世界农业计算机信息发展历程,一、世界农业计算机技术的发展阶段 世界农业计算机技术的发展大致经历三个不同的阶段：1、第一阶段是20世纪5060年代的计算机科学计算阶段；2、第二阶段是20世纪7080年代的计算机数据处理和知识处理阶段；3、第三阶段是20世纪90年代以来农业数据库开发、网络和多媒体技术应用和农业生产自动化控制等的新发展阶段。4、目前的发展 农业信息网络技术、农业数据库系统、农业管理系统、农业专家系统、3S系统、农业自动化控制技术、多媒体技术、精准农业技术、生物信息技术和数字化图书馆技术。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,13,二、世界各国的发展阶段,在农业计算机信息技术方面处于世界领先地位的国家：美国、德国、日本等。美国是农业计算机信息技术的领头羊，日本、德国、法国等发达国家紧随其后；印度、韩国等发展中国家虽然起步较晚，但发展较快；越南也认识到农业计算机信息化的重要性，正在加紧追赶。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,14,（一）美国,1、20世纪5060年代科学计算阶段 此阶段，计算机才发明不久，体积较大，运算速度较慢。计算机在农业上的应用还仅局限于科学计算阶段。例如：20世纪50年代美国科学家运用线性规划对饲料配方和饲料问题的处理等。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,15,2、20世纪7080年代的计算机农业数据处理和农业数据库开发阶段,1985年，美国对世界的428个计算机化的农业数据库进行了编目。其数据库应用系统分别服务于农业生产、管和科研。其中最著名、应用最广的是：A-GRICOLA是美国国家农业书馆和美国农业部共同开发的，包括杂志论文、政府出版物、技术报告等；AGRIS由联合国粮农组织生产的，存有10万份以上的农业科技参考资料；CRIS信息研究系统，可提供美国农业所属各研究所、试验站、学府的研究摘要。美国作物品种资源信息管理系统，现有60万植物资源样品信息被计算机化，可用计算机和电话取。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,16,3、20世纪90年代至今的自动控制技术的开发及网络技术应用阶段,作物生产管理自动化有P-LANT/ds大豆病害诊断、PLANT/cd预测玉米螟危害、POMME苹果虫害与果园管理、EXTRA农业技术资源保护农田灌溉调控自动化 美国用计算机化的滴灌和喷灌技术，地下滴灌的生物程序控制机。在亚利桑那州西南部大片沙漠地带安装了世界上最大的灌溉调控系统,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,17,畜禽生产管理自动化,美国的畜禽饲养计算机化已相当普遍 可以分析、预测猪的销售，交配、产仔母猪所需饲料，猪种退化以及最佳良种替代可根据存贮的育种和品质资料、母猪级别指别、营养效果、猪仔生产和市场价格等数据。分析经济效益和价值等,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,18,农机管理与产品加工自动化,美国用计算机管理农业机械可以帮助选用适当的农机型号和规格，降低使用成本，确定更新设备的时机。美国中北部运用一种计算机控制箱，能自动控制温室的温度、湿度，还定时适量地喷洒农药和肥料，并调节灌溉系统，可使作物处于最佳生长状态，因而大大提高了产量。计算机还可应用于农副产品加工方面。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,19,农业科研与服务系统信息化,20世纪80年代以来，美国农业信息服务发展为一种新的农业产业。现在提供农业信息服务的商业性系统已近300家。美国西南部，1986年以来盛行的电脑电视牲畜交易，可使买卖双方在家中利用电脑和电视进行交易，这种方式由于简便、经济、成交率高、因而发展十分迅速，每年已有50-80万头牛成交。在农业科研中，计算机模拟模型技术一直是个热门话题。它的模拟对象是具有各种不同属性和规模的农业系统。美国已发展的模型，从宏观的农业经济发展到微观的光合作用过程，几乎涉及所有农业问题。如美国的作物模拟CERES、SIM-COT，除了模拟土壤水分变化、作物生长等，还可以模拟发芽日期等发育过程。美国计算机农业获得应用或正在发展的其它技术还有：实时处理与数字化控制、数字图像处理、农用机器人、计算机辅助设计CAD和计算机教学等。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,20,（二）日本,1、20世纪50年代中期 日本农林水产省对农村地区的计算机信息化建设从上世纪50年代中期的农事广播(有线放送)的基础设建设开始，随着信息通讯技术的发展，开始逐步建立完善农业管理(计算机)中心、以及农村有线电视放(CATV)等基础设施的建设。2、20世纪60年到80年代末 20世纪60年代期，日本提出“Green Utopia构想”，顺应了当时新闻传媒的潮流，对农村信息化的发展起到了巨大的推动用。到了80年代末，由于各种信息机械的迅速普及网络化的发展，农村信息化政策业不断地进行扩充，村地区的信息化程度也进入快速发展阶段。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,21,3、1998年底到20世纪90年,到1998年底，在日本各都道府县建立的与农业信息化相关的网络中心等机构有67个，平均每个县1.5个农业信息中心。在全国各地有38个研究机构开展信息化软件开发以及信息化应用研究等课题。日本20世纪90年代初建立了农业技术信息服全国联机网络，即电信电话公司的实时管理系统(DRESS)，其大型电子计算机可收集、处理、储存和传递来自全国各地的农业技术信息。每个县都设DRESS分中心，可迅速得到有关信息，并随时交换息。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,22,（三）德国,1、20世纪70年代中期至80年代 20世纪70年代中期至80年代中期，是德国计算机数据处理、建立数据存储等农业信息化技术从初级阶段走向成熟的阶段。在1976年就使用计算机计算每块地的面积、登记每块地的类型及价值。在此基础上建立了各地区、村庄、道路的信息系统。80年代中期，德国政府委托有关研究部门建立了全德国的地区农业经济模型，后来经过不断地补充和修正成为很成熟的农业信息处理系统，为有关决策提供服务。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,23,2、20世纪80年代中期至90年代,20世纪80年代中期至90年代初，是德国计算机数据处 理、数据模拟模型技术开发走向应用的阶段。在农业的数据库技术研究开发建设方面作了很多工作。如B.Hau(1985)设计了害虫管理数据库系统，用于作物害虫信息的采集、存储、查询和应用。J.Lipinski(1988)设计了农药残留数据库INTERPRET，科学地管理农药残留数据。G.Teubner(1989)设计了植物保护剂数据库，用于植物保护剂的数据管理和开发利用。E.moll(1990)建立了苹果害虫管理数据库，将苹果害虫的生物学特征、发生与危害、防治方法等信息科学有序的管理起来，方便查询与开发利用。D.Blumenbach(1986)研究建设植物保护文献数据库PHYTOMED，用于德文和英文文献的管理。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,24,3、20世纪90年代,进入20世纪90年代，信息技术在德国得到进一步的发展，电脑广为普及。通过Internet联网，德国已拥有了发达的通讯网络90年代中期以来，国际互联网络的出现使农业信息的传播发生了根本性的变化，以前大型而低效的数据存储设施被高效的计算机系统所取代4、目前德国通过各种网络的连接，可查找到各种专业研究信息、科技管理信息和经济等方面的信息。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,25,（四）印度,1、20世纪60年代 印度在20世纪60年代开始在农业研究中使用计算机。第一台计算机(IBM1620-)1964年安装的，在新德里的印度农业统计研究所(IASRI)用来进行统计数据的分析。IASRI的计算机系统1977年升级为B-4700。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,26,2、20世纪70-80年代,从20世纪70年代开始，IASRI应用计算机进行气象学、遗传学和产量预测方面的研究。1971年印度就在联合国教科文组织的帮助下成立了国家科学技术计算机信息系统(NISSAT)。在1979-1985年间，IASRI通过农业科技信息系统来提供服务，之后则由位于新德里的农业研究信息中心来提供这项服务。1983年，IASRI成立了一个农业统计和计算机应用高级研究中心。20世纪70年代，一些农业大学，比如G.B.Pant农业技术大学也在应用印度电子有限公司生产的电脑来进行数据处理和学校管理。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,27,3、20世纪90年代以来,20世纪90年代以来，印度政府决定实施农业研究信息系统(ARIS)项目，以信息技术促进国家农业科研系统的发展，资金来源于国家农业研究项目基金。建立农业研究信息系统的主要目的是：使农业管理人员和农业研究人员快速而方便地获取信息；利用国家农业研究系统的基础设施搜集、加工、储存、检索和利用信息；在国家农业研究系统内部全面实现信息资源共享；提高研究项目规划、执行、监督和评价的能力,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,28,第三节,计算机信息技术在我国农业领域中的应用,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,29,第三节 计算机信息技术在我国农业领域中的应用,一、农业信息数据库的建设二、研究开发农业专家系统三、农业管理信息系统四、3S技术的应用五、多媒体技术的应用六、农业信息网络化,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,30,一、农业信息数据库的建设,数据库是指在计算机存储设备上的数据集合。利用数据库系统可将大量的信息进行记录、分类、整理,进行定量化、规范化的处理,并以记录为单位存储于数据库中。近年来,我国农业数据库建设发展较快。由中国农业科学院作物品种资源研究所等单位研制的“国家作物种质资源数据库系统”,包括141种作物、27万份种质信息、1 259万个数据项,总数据量590兆;中国农业科学院文献中心与万方公司开发的中国农业科技文献数据库,拥有中外文数据库11个,并生产相应的数据光盘,数据总量达900万条,可快速检索到世界85%左右的农业科技文献信息资料。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,31,二、研究开发农业专家系统,农业专家系统就是将农业专家的知识和经验用恰当的表示方法,经过知识的获取、总结、理解和分析,存入知识库,通过推理机构来求解农业问题。我国农业专家系统的研究始于20世纪80年代初,1985年由中国科学院人工智能所开发的“砂姜黑土小麦施肥专家咨询系统”在安徽省淮北平原得到很好的推广应用。重点对水稻、小麦、玉米、棉花等作物的引种与良种推荐、合理施肥、节水灌溉、病虫草害综合防治、综合栽培调控的农业专家系统及工具进行研究、开发和示范,取得了较好的效果。目前,农业专家系统的研究开发已涉及到农作物生产管理、畜禽饲养、森林保护、市场管理和农业经济分析等多种领域,农业专家系统的开发及应用能够以有效的方式指导农业生产,提高农业技术服务水平。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,32,三、农业管理信息系统,MIS是管理信息系统(Management Information Systems)的简称。农业管理信息系统可以收集和提供农村经济信息,对农村经济信息进行深加工,为决策者提供科学依据,并为用户提供有效的信息,为区域研究、规划提供各种类型的参考资料。目前,国内农业管理信息系统还建设有“全国森林病虫害防治管理信息系统”、“国内植物检疫管理信息系统”和“林火管理信息系统”等。这些农业信息系统的开发和建设,让我们能够及时准确地了解和掌握市场行情变化,利用信息来分析各种问题、预测未来和为决策提供咨询服务,从而使整个农业行业的管理走上了自动化、科学化的轨道。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,33,四、3S技术的应用,3S技术是指遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)的统称,它的应用促进了我国“精确农业”的发展。1997年,气象部门根据卫星的遥测报道了中国北方土地干旱面积和旱情分布状况。20世纪90年代,结合环境监测与预警,重大自然灾害监测与预警,以及灾情评估和减灾对策等进行了GIS等应用研究,同时还利用GPS与遥感技术相结合,开展农田、森林、渔业的资源测量,病虫害和水旱灾害的预测预报,为农业科技的开发与研究提供了多层次、全方位的信息。实现了“精确农业”后可应用传感器直接识别要素值,同时自动地通过农业模型确定施肥量、用药量,最终实现农业的高产、高效、优质,而且可将环境污染减到最低限度,极大地改善了我国传统农业“靠天收”的局面,全面提高农业生产力水平。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,34,五、多媒体技术的应用,多媒体技术就是利用计算机技术把文字、声音、图形、图像等多种媒体综合为一体,再进行加工处理的技术。1998年,中国农业科学院科技文献信息中心建立了中国第1个农业多媒体制作中心,并且购置了中国农业科技信息网络中心的上网多媒体设备,为农业多媒体的广泛应用提供了良好的基础设施环境。2001年,安徽省农业科学院情报研究所运用多媒体技术制作了一套农业实用技术系列VCD光盘,包括草莓、猕猴桃高产栽培技术,肉鸽、獭兔养殖技术以 及农业病虫害防治技术等,该产品可在电脑或家庭VCD机上播放,也可以通过互联网进行传播,使得农民可以在电视和其他设备上看到生动形象的各种多媒体实用技术。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,35,六、农业信息网络化,中国农业信息网(http:/已经能够与全球的农业科技信息网联网,而且也实现了与国内各农业网的联网。1999年以来,我国农业信息网站出现了迅速发展的良好势头,一些专业网如中国饲料信息网、中国家禽业信息网、中国花卉信息网等也已相继开通,由1998年不足200个发展为至今2 600余个,已收到良好的经济效益和社会效益。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,36,存在的问题,现阶段我国农业领域的计算机技术力量队伍还比较弱,难以适应当今信息技术和互联网迅猛发展的趋势和农业信息网站建设的需求。我国是个传统的农业大国,农业信息化建设起步较晚,相对其他发达国家还很落后,从我国的经济现状、农业的发展水平看,农业信息化发展任重道远。应用农业信息网站技术平台搭建各级农业信息网站,将加快我国农业信息网站的建设速度,让更多的地方农业管理部门和农业企业尽快拥有自己的网站,通过农业信息网全面、迅速地将农业科技信息传至每个上网用户农民不但可以及时快速地了解最新的国内外市场行情和各种农业信息,还可以在网上进行经验交流、发布农产品广告,也可以运用电子商务体系进行网上交易,农业信息网络化缩短了时间和空间的距离,最大限度地减少了信息资源的损耗。,2023/3/18,湖南农业大学农学院 周美兰,37,发展对策,信息技术和数字化建设给现代农业赋予了崭新的内涵,也给生产和管理带来了深远的影响,而这些又会使现代农业科技研究面临全新的课题。因此,建立统一的、标准的农业信息网站技术平台,将农业信息网站技术推向市场,是农业信息网站建设的发展方向。要向现代化农业强国迈进,就必须结合我国现状,逐步改进和完善计算机多媒体技术、农业信息网络技术、农业信息管理自动化技术的研究、普及和应用,提高现代农业信息技术的总体应用水平,加快发展农业信息产业,推进农业科技信息数据库和多种信息产品的研制开发、协作和服务,全面加快信息产业化的进程,实现我国农业的跨越式大发展。,
