用户名: 密码: 验证码:
基于GIS和模型的种植设计系统研究
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
农业种植设计系统的研究与应用对于农业生产的信息化和数字化具有重要的理论与实践意义。本研究在总结、提炼相关农业种植设计理论与技术研究成果的基础上,运用系统分析原理和数学建模技术,构建并完善了种植制度、生态区划、精确农作和生产力分析的定量化农业种植管理知识模型,并运用软构件技术,基于GIS空间信息管理平台,建立了数字化的基于GIS和模型的种植设计系统。系统实现了区域性农业种植信息的规范化管理及不同层次下的农业种植设计功能,为实现农作物种植设计的定量化和数字化奠定了基础。
     在本研究中,农业种植模型的构建是一个重要的技术。它以生态学、系统学、作物栽培学及耕作学等各学科的理论知识为基础,在广泛收集及充分理解和分析农业种植管理专家知识和经验的基础上,利用农业种植管理理论与技术方面的已有研究资料和成果,借助系统分析原理和数学建模技术,建立了具有较强科学性和通用性的农业种植管理知识模型,包括种植制度、生态区划、精确农作和生产力分析的定量化知识模型。
     针对农业种植信息具有时空性和动态性的特点,将GIS技术应用于农业种植信息管理,分别建立了属性和空间数据库,并使属性数据库和空间数据库相互关联;以Visual Basic为开发平台,基于组件开发环境的独立性、软件升级的灵活性、集成开发的便捷性,探索了GIS和模型的耦合技术,进一步研制开发了数字化的基于GIS和模型的农业种植设计系统。系统具有文件管理、地图操作、信息查询、种植设计、生态区划、生产力分析、精确管理、专家咨询、系统维护以及系统帮助等主要功能。
     利用华东地区及江苏部分县市的资料,对系统进行了测试检验和实例分析。结果表明,系统的设计思想和结构框架符合现代农业种植信息系统的发展要求,实现了农业种植信息的规范化和数字化管理,系统操作简单,结果显示直观,具有较高的信息管理效率和查询速度。同时系统在基于空间信息的农业生产布局与管理决策方面表现出了较好的适应性和指导性。系统在仪征市的测试结果表明,系统评价结果与当地农田生产环境质量现状基本相符,有助于指导优质农产品生产的生态区划。在江宁的测试结果表明,精确农作管理功能充分考虑了地域及田块间的差异性,针对不同田块进行按需投入,自动生成了相应的管理处方,在降低田区间产量差异和均衡增产的同时,提高了肥料利用率及经济效益。
The research and application of agriculture cropping design system would be important for facilitating development of informational and digital agriculture. Based on the summarization and extraction of regional agriculture cropping theory and technology achievements, a set of dynamic knowledge models which can be used for cropping system design, cropping ecological distribution, precision management, and estimation of cropping productivity were developed through system analysis theory and modeling method. By using the technology of software component, with GIS as spatial information management platform, a GIS and model-based system for cropping design was developed. The system realized the standard management of regional cropping information and design of cropping system at different levels, and lays a foundation for facilitating the quantification and digitization of cropping design system.
     The development of model for agriculture cropping design is an important technic in this research. Based on the knowledge of bionomics, systematology, crop cultivation and farming, and with system analysis theory and mathematic modeling technology, the cropping design knowledge model which has stronger applicability and generality has been developed by summarizing the theory and technology of agricultural production management. The cropping design knowledge model includes the sub-models of cropping system design, ecological distribution, productivity evaluation and precision farming.
     Considering the temporal, spatial and dynamic characters of agriculture information, the GIS was applied to agriculture cropping information management, and the attribute database and spatial database were constructed, and the connection of spatial database with attribute database was realized. Based on the component characteristics as independency of development environment, flexibility of soft upgrade, convenience of integration, and with Visual Basic as development platform, the integrating technique of GIS and model was investigated, and then a GIS and model-based agriculture cropping design system was developed. The system realized the standard management about regional cropping information and cropping system design at different levels, provided the functions as file management, map handling, information query, cropping system design, ecological distribution, precision management, estimation of cropping productivity, expert knowledge consultation, system maintenance and system help.
     Case study and testing of the system were carried out with the data from eco-sites of Jiangsu province and eastern area of China. The result indicated that the design idea and structure framework of system met the development demand of modern agriculture cropping design system, and realized standard and digital management of agriculture spatial information. Users can simply operate the system without requirement of the GIS platform. The system exhibited higher information management efficiency and query speed, as well as good applicability and guidance on ecological layout and decision support for agricultural farming. The case study of the system with the datasets in Yizheng city indicated that the assessment results were basically consistent with the practical local farmland production environment quality, and showed a good guidance on ecological zoning of quality farm products. The other case study of the system with the datasets in Jiangning area indicated that the system could automatically generate diverse management prescriptions on the basis of the field differences. With the application of these prescriptions, grain yield differences among the fields were reduced while the average yield increased, and fertilization efficiency and economy benefit were obviously enhanced.
引文
1.曹卫星主编.农业信息学.北京:农业出版社,2004
    2.王龙昌.种植制度管理与评价模型及决策支持系统研究.南京农业大学博士后研究工作报告,2005.6
    3.武兰芳,陈阜,欧阳竹.种植制度演变与研究进展.耕作与栽培,2002,(3):1-5
    4.于贵瑞.种植业系统分析与优化控制方法.北京:农业出版社,1991,7-11
    5.王龙昌,王立祥,贾志宽等.早作农区应变型种植制度决策系统的建立及效益。作物学报,2003,19(3):557-561
    6.余得贵.复杂农业系统资源优化配置系统分析及应用.南京农业大学硕士学位论文,2002
    7.周小平.种植业结构调整中的风险评估及空间布局方法研究——以“河横村”为例.南京农业大学硕士学位论文,2002
    8.高亮之.农业模型学基础.香港:天马图书有限公司,2004
    9.陈长青,周治国.农业知识模型研究初探.农业系统科学与综合研究,2004,20(1):24-26
    10.曹卫星,朱艳.作物管理知识模型.北京:中国农业出版社,2004.1-44
    11. Penning de Vries F W T, Jansen D M, Berge ten H F M, et al. Simulation of Ecophysiological Processes of Growth in Several Annual Crops. Pudoc, Wageningen, 1989
    12. Ritchie J T, Alocilja E C, Singh U, et al. IBSNAT and the CERES—Rice Model. In: Wheather and Rice. IRRI, Los Banos, Philippines, 1987: 271-281
    13. Keulen H van, Wolf J (ed). Modelling of agricultural production: weather, soil and crops. Simulation Monographs. Pudoc, Wageningen, 1986
    14. Bouman B A M, van Keulen H, van Laar H H. The school of de Wit's crop growth simulation models: A predigree and historial overview. Agricultural System, 1996, 52: 171-198
    15. Hank J, Ritchie J T (ed). Modeling Plant and Soil System. ASA, CSSA, SSSA, Madison, USA, 1991: 1-4
    16.曹卫星.作物智能栽培学:信息科学与作物栽培学的结合.科技导报,2000,139:37-40
    17.曹卫星,罗卫红.作物系统模拟及智能管理.北京:高等教育出版社,2003,148-152
    18.张玉香.关于加强农业信息体系建设的对策研究.农业经济问题,2003,1:37-40
    19.高美玲,栾非时,寇胜利.作物专家系统发展概况与趋势.东北农业大学学报,2003,34(1):105-108
    20.廖桂平.作物智能化栽培管理系统的现状与发展.中国农学通报,2000,16(5):34-37
    21. Jalota S.K, Arora V.K.. Model-based assessment of water balance components under different cropping systems in north-west India. Agricultural Water Management, 2002, 57(1): 75-87
    22. Wang E., Robertson M.J, Hammer G.L, etc.Development of a generic crop model template in the cropping system model APSIM. European Journal of Agronomy, 2002, 18(1/2):121-140
    23. Stockle Claudio O., Donatelli Marcello, Nelson Roger. CropSyst, a cropping systems simulation model. European Journal of Agronomy, 2003, 18 (3/4): 289-307
    24. Hartkamp A.D., White J.W., Rossing W.A.H., etc. Regional application of a cropping systems simulation model:crop residue retention in maize production systems of Jalisco. Mexico: Agricultural Systems, 2004, 82(2):117-138
    25.彭汉艮.种植制度设计决策支持系统.南京农业大学硕士学位论文,2003
    26.郭向东.区域农业发展专家决策支持系统的设计.北京农业大学博士学位论文,1993
    27.李建玲,晏国生,张钢圈,等.农业生产管理决策支持系统的建立.计算机农业利用,1993,2:7-13
    28.高伟明,李双成,刘劲松.河北省海河流域平原农业综合开发决策支持系统的设计。信息农业研究.北京:气象出版社,106-109
    29.梁文举.下辽河平原持续农业生态结构模式设计专家系统.中科院沈阳应用生态研究所博士学位论文,1995
    30.刘世洪,刘秀印,盛玲玉.中国农业综合生产能力分析与计算机辅助决策支持系统.计算机农业应用,1994,4:6-12
    31.李道亮,丁娟娟,傅泽田,等.农业资源高效利用技术集成专家系统的设计.中国农业大学学报,1999,4(2):14-18
    32.罗微,刘秉刚,谢得体.土地资源农业利用决策支持系统的研制.计算机应用,1998,6:28-29
    33.李军.华北平原节水农业作物布局空间决策系统研究.资源科学,1998,20(4):19-28
    34.陈长青,柯建国,柳建国,等.耕作制度专家系统初探.南京农业大学学报,1997,20(3):20-25
    35.柯建国,陈长青,柳建国,等.农业生态系统智能决策支持系统初探.南京农业大学学报,1998,21(1):19-24
    36.曹永华.农业决策支持系统研究综述.中国农业气象,1997,18(4):46-50
    37.高亮之.数字农业与我国农业发展.计算机与农业,2001,(9):1-3
    38.赵春江.对中国数字农业技术发展的战略思考.中国数字农业与农村信息化发展战略研讨会文集.北京:中国农业出版社,2003,37-43
    39.李存东,曹卫星,李旭,等.论作物信息技术及其发展战略.农业现代化研究,1998,19(1):17-20
    40.王人潮,史舟,黄敬峰,等.论农业信息系统土程的建设.浙江农业大学学报,1999,25(2): 111-116
    41.王志春.信息技术在农业上的应用.农业与技术,2000,20(5):1-3
    42.马义海.信息技术在农业中的应用及发展对策.宁夏农林科技,2004,5:48-50
    43. Tony Lewis. Evolution of farm management information systems. Computers and Electronics in Agriculture, 1998, 19: 233-248
    44. Jos A.A.M. Verstegen, Ruud B.M. Huirne, Aalt A. Dijkhuizen, et al. Economic value of management information systems in agriculture: a review of evaluation approaches. Computers and Electronics in Agriculture, 1995, 13: 273-288
    45.薛领,雪燕.数字农业与我国农业空间信息网格(Grid)技术的发展.农业网络信息,2004,4:4-7
    46.张怀志,朱艳,曹卫星.基于知识模型的棉花管理决策支持系统.棉花学报,2005,17(4):201-205
    47.陈鲲,高孟潭.SuperMap Object在地震灾害预估中应用浅析.中国地震,2006,22(3):327-331
    48.陈书林,马金辉,张世强,等.基于组件GIS的川藏公路西藏段灾害信息系统设计与开发.遥感技术与应用,2006,21(4):359-361
    49.周治国,曹卫星,朱艳,等.基于GIS的作物生产管理信息系统.农业工程学报,2005,21(1):114-116
    50.兰樟仁,张东水,戴永聪,陈红梅.基于SuperMap的县级林业资源管理信息系统—以漳浦县为例.福建农林大学学报(自然科学版),2006,35(5):504-508
    51.朱艳,曹卫星,田永超,等.作物管理知识模型系统设计与开发框架研究.农业工程学报,2004,20(4):138-42
    52.朱艳,曹卫星,沈维祥,等.油菜肥料运筹的动态知识模型.生态学杂志,2005,24(2):209-213
    53.张超.地理信息系统.北京:高等教育出版社,1995,11-23.
    54.朱艳,曹卫星,姚霞,等.小麦栽培管理动态知识模型的构建与检验.中国农业科学,2005,38:283-289
    55.张毅,刘瑜,王永乾.水环境种植信息系统的设计和实现.地理学与国土研究,2000,16(4):49-53
    56.刁操栓主编.作物栽培学各论(南方本).北京:中国农业出版社,1997
    57.韩湘玲主编.作物生态学.北京:气象出版社,1991
    58.刘巽浩.耕作学.北京:中国农业出版社,1994
    59.牛晓春等编著.环境科学.武汉:华中科技大学出版社,2002
    60.肖荧南,郭向东,戴益民,等.农业信息工程系统的研究.中国农业大学学报,2003,8(增 刊):6165
    61.潘爱民.著COM原理与应用.北京:清华大学出版社,1999
    62.朱艳.基于知识模型的小麦管理决策支持系统研究.南京农业大学博士学位论文,2003
    63.朱艳,曹卫星,姚霞,田永超,戴廷波,邹忠.小麦栽培管理动态知识模型的构建与检验.中国农业科学,2005,38.283-289
    64.张怀志,朱艳,曹卫星,张立桢.棉花产量目标和产量结构的动态知识模型.棉花学报,2003,15:279-283
    65.朱艳,曹卫星,姜东,戴廷波.冬小麦适宜播期和基本苗设计的动态知识模型研究.中国农业科学,2003,36:147-154
    66.张怀志,朱艳,曹卫星,周治国,张立桢.棉花氮肥和水分运筹的动态知识模型.应用生态学报,2004,15:777-781
    67.严定春,朱艳,曹卫星,王绍华.水稻群体生长指标动态的知识模型研究.中国农业科学,2005,38.38-44
    68.严定春,朱艳,曹卫星,王绍华.水稻适宜养分指标动态的知识模型研究.植物营养与肥料学报,2005,11:590-596
    69.邝朴生,蒋文科,刘刚,等.精确农业基础.北京:中国农业大学出版社,1999,1-2
    70.张书慧,马成林,于春玲.应用于精确农业变量施肥地理信息系统的开发研究.农业工程学报2002,15(1):153-155
    71.吕新,魏亦农,李少昆.基于GIS的士壤肥力信息管理及棉花施肥推荐支持决策系统研究.中国农业科学,2002,35(7):883-887
    72.陈蓉蓉,周治国,曹卫星,等.农田精确施肥决策支持系统的设计和实现.中国农业科学,2004,37(4):516-521
    73.陈立平,赵春江,刘学馨,等.精确农业智能决策支持平台的设计与实现.农业工程学报,200218(2):145-148
    74.朱艳,曹卫星,姚霞,等.小麦栽培管理动态知识模型的构建与检验.中国农业科学,2005,38(2):283-289
    75. Zhu Yah, Cao Weixing, Jiang Dong, et al. A Dynamic Knowledge Model for Design of Suitable Sowing Date and Sowing Rate in Winter Wheat. Agricultural Sciences in China, 2002, Ⅰ(10): 1116-1124
    76. Zhu Yan, Cao Wei-Xing, Dai Ting-Bo, et al. A Dynamic Knowledge Model for Nitrogen Fertilization in Wheat Management. Agricultural Sciences in China, 2003, 2(8): 850-858
    77.于沪宁.农业气候资源分析和利用.北京:气象出版社,1985
    78.程纯枢主编.中国的气候与农业,北京:气象出版社,127-162
    79.韩湘玲主编.作物生态学.北京:气象出版社,1991
    80.张军连,林培。土地生产潜力评价中土壤修正系数模型的研究——以河北省涿鹿县为例.自然资源学报,1994,9(3)260-270
    81.FAO.土地评价纲要.土壤丛书(32号).罗马,1976:15
    82.沈思渊.土壤资源评价指标的研究.见:中国自然资源研究会青年协会编辑.自然资源评价与决策研究.北京:科学出版社,1990:130
    83.王建国,杨林章,单艳红.模糊数学在土壤质量评价中的应用研究.土壤学报,2001,38(2):176-183
    84. H. Eswaran, J. Kimble. Land quality assessment and monitoring: the next challenge for soil science. Pedosphere, 2003, 13(1): 1-10
    85.王立祥主编.耕作学.重庆:重庆出版社,2001
    86.游米沙,刘亚铭.对绿色食品质量状况的评价及建议.西南农业学报,1998,11(3):112-117
    87. O Yang X. H. Study on monitoring and evaluation of environmental quality in production base of green food. Agro-environmental Protection, 1999, 18 (6):281-282
    88.臧淑英,毕雪梅.庆安县绿色食品产地环境质量的GIS探析.中国生态农业学报,2006,14(1):170-172
    89.徐福留,周家贵,李本纲,等.城市环境质量多级模糊综合评价.城市环境与城市生态,2001,14(2):13-15
    90.刘小军,朱艳,姚霞,等.基于WebGIS的农田生产环境质量评价系统研究.中国农业科学,2005,38(3):551-557
    91.林玉锁,张孝飞,窦文倩,等.徐州地区主要农产品生产基地土壤环境质量评价.农村生态环境,2003,19(1):60-63
    92.熊鹰,赵颖,王建英.模糊数学在环境质量评价中的应用.河南科学,2002,20(5):549-553
    93.刘凤枝.农业环境监测实用手册.北京:中国标准出版社,2001
    94.陈世权,郭嗣琼.模糊预测.贵阳:贵州科学出版社,1994,22-25
    95.刘普寅,吴孟达.模糊理论及其应用.长沙:国防科技大学出版社,1998
    96.段莉琼,刘立国,郭黎,等.应用层次分析法确定道路属性指标的权重.海洋测绘,2004,24(3):44-46
    97.李世奎主编.中国农业气候资源和农业气候区划.北京:科学出版社,1988
    98.龙斯玉.气候生产力研究之———气候生产力模式.农业气象,1980,3(3)
    99.张俊华,孟庆香,马向峰,等.陕北农牧交错带土地生产潜力研究.西北农林科技大学学报(社会科学版),2003,3(4):121-123
    100.党安荣.地理信息系统在中国粮食生产研究中的应用.北京:中国农业科技出版社,1998
    101.徐忠国.基于MapX组件技术的农用地定级信息系统研究.南京农业大学硕士学位论文,2003.6,40~41
    102.比尔.盖茨.在中国微软专业开发者大会(PDC)上的讲话.1997
    103. http://www.supermap.com.cn北京超图地理信息技术有限公司
    104. http: //www.gisforum.net地理信息系统论坛
    105. http: //www.esri.com
    106. http: //www.mapinfo.com
    107.萨师煊,王珊.数据库系统概论.北京:教育出版社,2000,153-157
    108.丁宝康,董健全,等.数据库实用教程.北京:清华大学出版社,2001,219-225
    109.陈建华,燕汉业.项目数据库技术在石油勘探中的应用.石油工业计算机应用,2006,14(2):11-16
    110.王糯兴,王磊.数据库技术及其在农业系统中的应用.计算机与农业,2002,1:33-34
    111.杨宇妹,闫微,邰宇.模型库系统在农业信息决策支持系统中的应用.农机化研究,2004,3:183-185
    112.梅宏.软件中间件技术现状及发展.北京:清华大学出版社,2005,45-61
    113.周晓锋,刘馨月,张靖波,等.基于可重用组件技术的软件开发方法.信息技术,2005,11:139-141
    114. Abernethy R.COM/DCOM unleashed. Hampshire: Macmillan Publisher, 1999.
    115. W.O.Ochola, P.Kerkides. An integrated indicator-based spatial decision support system for land quality assessment in Kenya. Computers and Electronics in Agriculture, 2004, 45: 3-26
    116. Mahesh N. Rao, David A. Waits, Mitchell L. Neilsen. A GIS-based modeling approach for implementation of sustainable farm management practices. Environmental Modelling and Software, Volume I5, Issue 8, December 2000, 745-753
    117.吕波,任继平,吴欣,等.系统测试平台的设计与实现.计算机工程与应用,2001,5:32-34
    118.于浩,杨海燕,高仲仪,等.软件的可测试性设计.计算机工程与应用,2003(3):124-126
    119.丰彦.软件测试的系统测试方法.引进与咨询—技术咨询,2005
    120.Roger S Pressman.软件工程——实践者的研究方法.黄柏素,梅宏.译.北京:机械工业出版社,1999
    121. Robert V Binder. Testing object oriented software: a Survey Journal of software testing. Verification and reliability, 1996 (6): 225-252

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700