南京农业大学信息技术农业复习重点.doc

农业信息学或信息农业：以农业科学的基本理论为基础，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和定位含义的农业信息管理与决策，研究和解决农业生产活动信息变化规律的科学。
信息农业体系内涵应由理论基础、关键技术、应用系统这三方面组成。
信息农业研究的关键技术：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。
数据库：由相互关联的数据集合所组成。
数据库管理系统（DBMS）：可以用来管理并与数据库相互作用的工具。
数据库系统：基于数据库的计算机应用系统。
（三个不同的概念：数据库强调的是数据。数据库管理系统强调的是系统软件。数据库系统强调的是数据库的整个运行系统。）
农业数据库定义：是一种有组织地动态存储、管理、重复利用、分析预测一系列有密切联系的农业方面的数据集合的计算机系统。
数据库软件＊ACCESS（*.mdb）、SQL SERVER、Visual Foxpro、My SQL 、Oracle 、SYBASE、DBASE
数据分类：把不同的事物或现象分成不同的类别，以方便查找和管理。（土地：耕地、园地、林地、交通用地、水域）
数据编码：将经过分类的数据信息用适当的数码（字符串或者数值）来表示，也称代码化(Coding)。目的是节省计算机内存空间和便于用户理解使用。农业信息综合数据进入数据库之前必须进行编码。
数据编码的原则：唯一性、可扩充性、识别性、简单性、完整性
意义：数据标准化与规范化数据标准的统一是实现信息共享的重要前提条件，也是农业信息综合基础数据库正常运转的前提与保证。Ø空间坐标系统一、分类与代码统一、数据结构和格式规范、地图数字化规范、数据文件的命名规则、数字产品元数据规范。
管理信息系统MIS 特征：人-机系统、综合性、动态性

农业管理信息系统的开发流程1..系统分析。2.可行性研究。3.系统总体方案设计：系统功能和应用设计。4.系统技术方案分析：组织技术设计。5.系统组织实现。6.系统评价与维护。
地理信息系统的定义：我国定义：GIS是在计算机硬、软件环境的支持下，对空间数据进行采集、存取、编辑、处理、分析和显示的计算机应用系统。
地理信息系统软件的生产者及其主要产品：环境系统研究所(ESRI):Arcinfo, ArcView, ArcGISMapInfo公司:MapInfo Intergragh公司:MGE, GeoMedia
GIS的构成※：计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据、系统管理操作人员。
矢量数据结地理信息系统的功能※：1数据输入功能2数据编辑功能3.数据存储与管理功能4.数据查询检索功能5数据分析功能
SQL 查询一种基于属性信息的查询操作，主要是在属性数据库中完成的。SQL (Structured Query Language)即结构化查询语言，是一个功能强大的通用关系数据库语言，利用SQL，我们可以在属性数据库中方便地实现属性信息的复合条件查询，筛选出满足条件的空间对象的标识值，再到图形数据库中根据标识值检索到该空间对象。
构 （Vector）:矢量数据是代表图形的各离散点平面坐标（x,y）的有序集合。
栅格数据结构※（Raster）栅格数据是图形栅格单元（又称像元或像素）按矩阵形式的集合。
栅格中的数值可以为灰度值（颜色值）、高程或者其它专题属性。
遥感指遥远的感知，它是从不同高度的遥感平台（Platform）上，使用各种传感器（Remote Sensor），接收来自地球表层各类地物的各种电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，从而对不同的地物及其特性进行远距离的探测和识别的综合技术。
农业遥感是现代遥感技术与农业科学相结合,而应用于农业生产领域的一门新兴前沿技术。
遥感的特性：(1)非接触性(非破坏性)(2)光谱特性(3)时相特性(4)信息数据齐全

遥感的分类：(1)根据所利用的电磁波的光谱波段:可见光-红外遥感、热红外遥感和微波遥感。(2)按传感器的工作方式:被动遥感和主动遥感。(3)按传感器的扫描方式:扫描式遥感和非扫描式遥感。(4)按传感器图像获得方式:图像方式和非图像方式。
遥感的三大技术系统(1)遥感平台(2)传感器(3)遥感信息的传输与处理
辐射源可以分为：1）黑体：反射率和透射率都等于0。2）灰体：发射率与波长无关的物体叫灰体。3）选择性辐射体：发射率依波长而变化的物体。
大气窗口：大气对电磁波衰减较小，透射率较高的波段。
五个大气窗口：可摄影窗口（陆地卫星）（波长范围0.3-1.3μm）、短波红外窗口（波长范围1.5-2.4μm）中红外窗口（气象卫星）、热红外窗口、微波窗口
地物波谱物体在同一时间、空间条件下，其辐射、反射、吸收和透射电磁波的特性是波长的函数。将这种函数关系用曲线的形式表现出来，就形成了地物电磁波波谱，简称地物波谱。
地物波谱类型：反射波谱、发射波谱、透射波。
遥感图像的校正：辐射校正、大气校正、几何校正、图像放大、去条带。
光谱植被指数是指由多（高）光谱数据经线性或非线性组合而成的对植物生长有一定指示意义的数值或组合形式。
光谱参数 ABB 计算公式
归一化植被指NDVI(λ1，λ2) Rλ1-Rλ2/Rλ1+Rλ2比值植被指数 RVI(λ1，λ2) Rλ1/Rλ2
差值植被指数 DVI(λ1，λ2) Rλ1-Rλ2
1)归一化植被指数定义为近红外波段与可见光红波段数值之差和这两个波段数值之和的比值，即NDVI=（RIR-RR ）/（RIR+RR）。
它是植物生长状态及植物空间分布密度的最佳指示因子。与植物分布密度呈线性相关，因此又称为生物量（Biomass）指标
2)比值植被指数RVI是指近红外波段与可见光红波段数值的比值，即RVI=RIR/RR。
RVI与叶面积指数（LAI）、叶干生物量、叶绿素含量相关最好。RVI常用于植被旺盛、具有高覆盖度的植物的监测。
红边参数：＊红边位置为红光范围内一阶导数光谱最大值所对应的波长。
＊红边斜率为反射率一阶导数光谱的最大值。＊红边面积为反射率一阶导数光谱线所包围的面积。
3)环境植被指数又称差值植被指数，被定义为近红外波段与可见光波段数据的差值，即EVI=IR-R
农业模拟模型(Simulation Model)：着重利用系统分析方法和计算机
模拟技术，对农业系统中的生物与非生物过程及其与环境和技术的动态关系进行定量描述和预测的模型。
模拟模型的类型 1.经验(Experiential)模型和机理(Mechanistial) 模型2.描述性(Descriptive)模型和解释性(Explainatory)模型3.统计(Statistical)模型和过程(Process)模型4.应用(Application)模型和研究(Research)模型
农业模拟模型的特征：（1）系统性（2）动态性（3）机理性（4）预测性（5）通用性（6）便用性（7）灵活性（8）研究性
模拟模型的功能※理解、预测、调控。
国际知名模型：美国CEPES 荷兰SUCROS 澳大利亚APSIM
农业模拟模型最重要的意义是对整个农业生产系统的知识进行综合，并量化机理性过程及其相互关系，即综合知识和量化关系。最新知识的积累。深化了对农业系统过程的定量化认识和数字化表达。
作物生产系统分为五个水平 1光温潜力（第一生产水平）2水分限制（第二生产水平） 3氮素调控 4磷钾等养分的调控 5病虫草害等生物灾害的影响
系统分析※：是将一个系统分解成主要成分，研究系统的成分及其关系，提供系统的定量描述（系统模型）来预测系统的行为。
系统组成的基本属性:系统成分、系统环境、系统界面。系统成分是构成系统的内在实体元素。系统环境是影响系统行为的外部因素。系统界面是系统内在成分与系统环境之间的分界线。
遗传参数：是描述非逆境下种或品种基本遗传性状的一组特征值。

农业模拟模型研制的步骤※：1.模型选择与系统定义2.资料获取与算法构建（重点和难点）3.模块设计与模型实现4.模型检验与改进
虚拟植物＊：应用计算机模拟植物在三维空间中的生长发育状况。
虚拟模型＊：通过计算机模拟出来的模型
虚拟植物构建步骤：首先模拟植株的拓扑结构，得到该植株上各种类型器官的个数以及各个器官之间的位置关系.然后模拟器官的几何形态和它们各自的空间取向；最后实现植株的可视化－－－可视化系统。
虚拟植物特征：1以作物的形态结构为研究重点 2以作物个体为研究单元 3所建立的模型是三维的。
作物形态模型常用的方法（构建拓扑结构）
1．L系统
L系统的几种写作方式
l L系统的评价
2．随机过程方法－AMAP模型
l 植物结构基本模型
基于芽命运的枝条生长随机模型
基于AMAP方法的植物模拟与参数提取
3．基于过程的作物形态建成模型
精确农业概念（简称PA）借助3S技术，掌握农业生产的环境条件（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。技术思想基于田区差异的变量投入和最大收益。
精确农业的支持技术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、智能机械装备技术
精确农业技术实施过程1.数据采集2.差异分析3.处方生成4.控制实施
处方生成是精确农业的核心。
处方生成途径专家系统、作物生长模拟模型、作物管理知识模型、作物管理决策支持系统、决策者
特征：地域性，综合性，系统性，渐进性，可操作性
专家系统组成组成：由知识库、推理机、数据基、人机界面、知识获取、解释机构构成。

专家系统（ES，Expert System）：从功能上定义：是一个智能程序，它能对那些需要专家知识才能解决的应用难题，提供相关领域权威专家水平的解答。从结构上定义：由一个专门领域的知识库，以及一个能获取和运用知识的机构构成的一个问题求解系统。
专家系统开发过程※知识获取、确定知识表示和推理方法、建立知识库、编写推理程序、调试、运行和修改
专家系统知识获取：领域专家自身或知识工程师与领域专家共同整理、总结领域的知识和他们的实际知识、经验、模型及研究成果等；
并按所建专家系统规定的知识表示形式，整理成一个个知识单元；
放入知识库；这种过程称之为知识获取。
知识获取的方式按知识获取的自动化程度划分，知识获取可分为非自动知识获取和自动知识获取两种方式。
知识库中可能出现各种问题，主要表现：①知识冗余②知识矛盾③知识从属④知识环路⑤不可达知识⑥知识不完整
专家系统几种常用的知识表示方法：逻辑表示法、产生式规则表示法、特性表表示法、过程表示法、框架表示飞洒、语义网络表示法、面向对象表示法。
系统调试与修改 运行调试和修正是“农业专家系统”投入使用前的必不可少的过程。1．菜单和工具按钮的调试及修正2．运行结果的调试与修正3．系统的验证和修改
决策支持系统的定义，DDS：凡能为决策者提供支持的计算机系统，这个系统充分利用合适的计算机技术，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。
决策支持系统的三部件结构：人机交互系统（对话部件）模型库系统（模型部件）数据库系统（数据部件）
决策支持系统类型：基于生长模型的决策支持系统，基于知识规则的决策支持系统，基于知识模型的决策知识系统，基于生长模型和知识模型的决策支持系统等4种基本类型，基于这四种类型与其他关键技术结合的扩展农业决策支持系统。