农业信息技术 思考题

1．什么是信息技术？信息技术包括哪四部分？分别对应人体信息器官的哪些功能？

信息技术(information technology，IT)是指获取、处理、传递、存储、使用信息的技术，是能够扩展人们的信息功能的技术。它集通信（Communication）、计算机（Computer）和控制（Control）技术于一体，其内容包括信息采集技术、信息传递技术、信息处理技术及信息控制技术，其功能对应着人体信息器官的功能，即感觉器官、传导神经网络、思维器官和效应器官。

2．什么是农业信息技术？农业信息技术对农业发展有何作用？

农业信息技术（Information Technology in Agriculture，或Agricultural Information Technology，AIT）是指利用信息技术对农业生产、经营管理、战略决策过程中的自然、经济和社会信息进行采集、存贮、传递、处理和分析，为农业研究者、生产者、经营者和管理者提供资料查询、技术咨询、辅助决策和自动调控等多项服务的技术的总称。它是信息技术和农业技术发展相结合的边缘交叉学科，是信息技术在农业领域的应用分支，是利用现代高新技术改造传统农业的重要途径。

农业信息技术是传感器、计算机和通信技术在农业上的综合应用，其内容主要包括农业数据库与管理信息系统、地理信息系统、农业遥感监测、全球定位系统、农业决策支持系统、农业专家系统、作物模拟模型、农业信息网络、农业智能控制技术等。目前在农业中应用得比较广泛的有农业信息数据库、农业专家系统、作物模拟模型及其集成系统精确农业技术体系等。

农业信息技术为农业生产和经营管理、科学研究和技术推广提供了新的思想方法、管理技术、试验手段和传播途径，可应用于农业资源与环境监测、农业生产管理决策、农田精细管理、农业技术推广、农业经济管理、农业灾害防治、农业教育与培训等领域，能够促进传统经验型农业向现代精确型农业转变。

3．我国农业信息技术发展取得了哪些成就？

我国农业信息技术的研究和应用起步较晚。在农业领域引进计算机技术起始于20 世纪80 年代初期。从1990 年开始，我国开展了智能化农业专家系统、农业系统模拟模型及实用农业信息管理系统等方面的研究与推广应用工作。1995～2000 年期间，国家863 计划306主题在全国相继选择建立了北京、云南、杨凌等20 多个智能化农业信息技术应用示范区。1997 年10 月，中国农业科技信息网络中心建成，开始组建农业信息网络“金农工程”。2001年国家农业信息化工程技术研究中心（NERCITA）在北京市农林科学院挂牌成立，技术上依托北京农业信息技术研究中心。与此同时，我国一批科研院所和大专院校相继成立有关农业信息技术研究机构，开展农业信息技术的科研与教育、示范与推广工作。

“七五”以来，我国在农业数据库、农业专家系统、作物模拟模型、农业遥感监测、农业地理信息系统、农业信息网络、农业自动化控制、精确农业技术等领域开展了研究与应用推广工作。已建成中国农林文献数据库、中国农作物种子资源数据库等100 多个，同时还引进了世界上几个最主要的农业数据库。自80 年代开始，开发了5 个863 品牌农业专家系统开发平台，200 多个本地化、农民可直接使用的农业专家系统，如水稻、小麦、棉花等作物栽培管理专家系统。已初步建成的“金农工程”，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络的联网。畜牧生产的自动控制可优化饲料配方，工厂化农业生产如温室栽培，已经得到广泛示范与初步生产应用。我国还利用遥感与地理信息系统技术，研制出耕地变化监测系统，棉花种植面积遥感调查系统，作物产量气候分析预报系统，作物短、中、长期预报模型，小麦、水稻遥感估产信息系统等。

“十五”期间，国家科技部设立863 计划现代农业技术主题“数字农业技术研究与示范”专项，进行数字农业关键技术研究和产品开发，通过系统集成构建了数字农业技术平台，初步形成我国数字农业技术框架，初步实现了玉米、水稻株型结构数字化设计，建立了小麦、水稻、玉米、棉花四大作物的气候－土壤－作物综合系统模型，初步形成了畜禽数字化养殖技术平台和数字林业公共技术平台框架。先后在上海浦东、吉林省、黑龙江省、新疆以及北京的小汤山等地建立了设施农业数字化技术、大田作物数字化技术和数字农业集成技术综合应用示范基地。

“十一五”期间，国家科技部设立了国家科技支撑计划重大项目“现代农村信息化关键技术研究与示范”，进行农业生产过程、农产品流通过程、农村综合信息服务等的关键技术与产品的研发以及农村信息化技术集成与示范。在数字农业方面，开展了农业生物－环境信息获取与解析技术、农业过程数字模型与系统仿真技术、虚拟农业与数字化设计技术、农业数字化管理技术和农业数字化控制技术研究。在精准农业技术方面，研究开发了精准作业车载土壤信息和作物信息采集的共性技术与产品、精准作物生产管理决策模型及农田变量作业处方生成技术、精准作业控制与导航技术、农业机械装备

总线技术和作业电子控制单元技术。在精准农业关键技术、精准农业重大装备、精准农业技术集成与示范、精准农业推广模式与组织机制等四个方面取得了重大技术创新和突破。

我国农业信息化的步伐虽然很快，但是农业信息技术的应用开发研究尚处于分散无序、部门分割状态，信息资源封闭、不能共享。计算机应用系统发展不充分、不平衡，数据库总量不足、结构失衡、欠缺和重复并存。农业信息技术产品少，商品化的应用软件较少，而且存在低水平重复的问题。总体上，信息技术在农业的实际应用水平还很低。

4．农田生物信息包含哪些类型？有何特点？如何采集和提取农田生物信息？

1. 农田生物信息的类型

在农作物生长过程中，人们要实时观测农作物生理特征、作物结构特征、病虫草害危害特征，以便适时采取相应的田间管理措施，实现农作物高产、优质和高效的目标。

（1）农作物生理功能信息。农作物地上部叶片的光合速率、呼吸强度、蒸腾速率以及地下部根系对养分、水分吸收、运输与转化状况等生理功能信息，是判断作物群体与个体生长发育是否正常的基本依据之一，需要采用各种特殊的仪器或传感器来取得，而其具有的时间与空间分布特征则需要用多传感器技术。

（2）农作物结构信息。农田作物的结构包括微观结构与宏观结构。作物微观结构指农田作物生物大分子的形态结构及其组成成分，可以用各种仪器分析方法如光谱分析、色谱分析、质谱分析、电化学分析法等测量。作物宏观结构包括作物长势、生长速度、基本苗数、LAI、分蘖数、植株形态、作物根系生长及其分布等宏观信息，可以用光谱分析结合计算机图形、图像处理技术来取得农作物形态结构信息。

（3）农作物病虫草害信息。农田作物病虫害发生、流行的状况、危害的程度以及杂草对农作物生产的胁迫状况，可为农田病虫草害防治提供决策依据。这些生物信息可以通过化学、物理传感器来取得，也可以采用计算机图形、图像处理技术进行采集。

2.农田生物信息的特点与研究方法

农田生物信息的特点与相应的研究方法如下：

（1）农田生物信息的层次性。农田作物物种不同、生长状况不同、群体与个体结构形态不同，而同一物种结构也有微观和宏观结构之分。对微观信息的采集主要采用光谱、波谱、色谱、质谱等仪器分析的方法；对宏观信息的传统采集方法主要依靠人的感官进行定性描述，而计算机图形、图像学方法可以对宏观物体的形态特征、纹理特征与灰度特征进行定量描述。

（2）农业生物信息的多元性。农田生物系统组分复杂，其生物信息表现出多元性特点，通常为满足活体、整体和动态测定的要求，采集到的信息往往是多种组分信息的叠加，信息采集需要用多种传感器的协同工作，其信息的分离、利用则需要多组分信息分离技术，运用化学计量学方法。

（3）农田生物信息属于弱信息。各种农田生物信息包含于复杂的农田环境系统中，许多非生物环境产生了很强的背景信息，使生物信息变成了弱信息，给生物信息的提取带来一定的困难，必须采用弱信息提取与恢复技术，使弱信息变强。

（4）农田生物信息的时空分布特征。农田生物信息随空间和时间不断发生动态变化，生物信息采集要考虑空间分布特征和时间分布特征，注重实时性和空间分布差异，采用计算机图形、图像处理技术。如何采集和提取农田生物信息？

1. 农田生物弱信息的增强技术

农田生物信息数据中包含了多种信息的重叠，分析信号包括两部分：由待测组分产生的部分和由样品中的其它成分或环境、仪器产生的部分，后者被称为背景。其中变化有一定规律的背景称为系统背景，变化的大小和方向无一定规律的背景称为随机背景（噪声）。系统背景的消除与降低主要采用计算机差谱技术和导数光谱技术。计算机差谱技术可对存储的图谱进行数据处理，对两张图谱进行差减，已达到溶剂、基体的扣除，以及多组分光谱的分离等。导数光谱或微分光谱是以吸光度对波数（或波长）的导数为纵坐标，以波数（或波长）为横坐标所记录的光谱图，可以消除或降低信号中的低频分量，消除背景的影响。随机背景的消除与降低主要采用数字滤波技术、傅里叶变换滤波和小波变换等方法。

2. 农田生物多元信息的提取技术

对于采集并存储在计算机磁盘中的复杂样品图谱信息数据，可用多元信息处理技术从中提取信息。化学计量学方法就是一种有效的多元信息提取方法，是应用数学与现代统计学的方法和计算机技