植物病害流行的预测课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。,主要内容：,第一节 植物病害预测的概念,第二节 植物病害预测的原理,第三节 植物病害预测的要素,第四节 植物病害流行预测的依据,第五节 植物病害预测的方法,1.,预测的由来、发展和意义,古代,预言家、占卜者、星相学家,气象学中的,物候预测法：,燕子低飞蛇过道，蚂蚁搬家山戴帽；,水缸出汗蛤蟆叫，必有大雨到。,第一节 植物病害预测的概念,龟背潮，下雨兆；,泥鳅,静，天气晴。,桃花开,，燕子来，准备谷种下,田畈,。,柳树发芽暖洋洋，冷天不会有几长。,荷花开，秧正栽；,菊花黄,，种麦忙。,桐子,树开花，霜雪不再落。,预测的概念与预测学：,1943,年，德国政治学教授费勒希特海姆创用了“未来学”,(The future study),，它包括未来预测和未来研究两方面。形成独立的一门学科，即预测学,(Forecasting Science),60,年代,预测学从纯理论转向实际应用,研究领域从社会科学转向自然科学和工程技术,从而取得了长足的发展。,凡事预则立，不预则废。,“预”即指预测，“立”即指成功。,预测的概念：,科学发展的预测阶段是在揭示客观事物发展规律的基础上，展望未来，预测尚未发生，而又必然发生的现象。（夏禹龙等,(1982),软科学,）,科学的预测：,是依据已知的科学事实、科学理论、科学思想和科学方法，揭示客观事物的发展规律，推测未来必然或可能发生的现象。马海平等,(1987),新兴科学概要,预测的概念：,科学的预测，指的是在正确的理论指导下，在自觉地认识客观规律的基础上，借助于科学预测的技术和方法，对大量信息资料进行系统分析，揭示出客观事物发展过程的本质联系和必然趋势。,冯之浚等(1987)为预测作出以下定义：,他们还特别指出预测的概率性，即：预测分析是对未来事件或现在的事件的未来后果作出估计，将未来事件或者说可能性空间缩小到一定的程度，以利于人类的活动。,冯之浚等(1987)为预测作出以下定义：,预测的实质：,掌握变化的原因；,了解变化的状态；,从量的变化中找出因果关系；,从变化中找出规律性的东西对未来进行判断。,预测的作用：,减少对未来事物认识的不确定性；,是决策的前提，科学预测是正确决策的依据。,预测的特点：,根据统计资料和目前信息，运用一定程序、方法和模型，分析预测对象与相关因素的相互联系，而揭示预测对象特性和变化规律。,科学性：,预测的特点：,受许多随机因素的影响，事前预测的结果，往往与将来实际发生的结果有一定偏差。,近似性：,预测的特点：,对预测对象的认识常受知识、经验、观察和分析能力限制，又掌握资料和信息不够准确完整，或建模时简化等，导致预测的分析不够全面。,局限性：,我国的病虫害预测预报工作始于本世纪,50,年代。,1955,年农业部颁布了“农作物病虫预测预报方案”，测报对象包括两种病害，即马铃薯晚疫病和稻瘟病。,1979,年农业部农作物病虫测报总站组织修订了稻、麦、旱粮、棉花、油料作物上的,34,种病虫害测报方法。,我国病虫害预测预报研究与发展：,从,1987,年开始组织制定病虫测报规范。在病虫信息传递技术上也推广了模式电报。,20,世纪,90,年代中期又开展了全国病虫测报系统计算机联网工作。,植物病害预测是在认识病害发生发展规律的基础上利用已知客观规律展望未来的思维活动。,在认识的多层次体系中，预测学着重研究信息的提取、传递和加工，以上升为预测规律，而对植物病害系统结构的分析和建立一定的模型是预测研究的核心。,植物病害预测概念的归纳：,(1),植物病害预测是人对病害发展趋势或未来状况的推测和判断，是,主观见之于客观,的一种活动，属于软科学；,植物病害预测概念的归纳：,(2),病害预测是,在认识病害客观动态规律的基础上展望未来,。而这种认识又是对大量病害流行事实所表露的信息资料进行加工和系统分析的过程，有关生物学、病理学、生态学等科学理论、科学思想和科学模式则是现有认识的结晶，也是预测的依据；,(3),预测是,概率性,的。其本质是将未来事件或者说可能性空间缩小到一定的程度，只是对某一尚不确知的病害事件作出相对准确的表述；,(4),目的：,是为了现在，在可能预见的前景和后果面前，决定我们应该采取何种正确防治决策。,预测是可能的,。,“承认外部世界的客观实在性和外部自然界的规律并且认为人完全可以认识这个世界和这些规律”,(,列宁全集,14,卷,194,页,),。,第二节 植物病害预测的原理,预测的一般原理是建立在一般系统论的结构模型理论的基础之上的。,列宁指出：“规律就是关系,本质的关系或本质之间的关系”。,第二节 植物病害预测的原理,预测分析,就是根据客观事物的过去和现在的已知状态和变化过程，来分析和研究预测规律，再应用预测规律来进行科学预测。,植物物病理学、微生物学、生态学、气象学、流行学等多学科研究成果、理论和知识以及有关专家的智能都可以作为预测规律，再结合当地的其它环境因素的分析，共同构建了,植物病害预测模型,。,利用预测规律时要遵守惯性原则和类推原则。,惯性定理,：,当某一病害系统的结构没有发生大的变化时，未来的变化率应该等于或基本等于过去的变化率。,利用预测规律时要遵守惯性原则和类推原则。,惯性定理可以采用以下公式：,其中,X,0,、,X,1,、,X,2,分别表示病害的初始状态、现实状态和未来状态；,t,为时间；,为积分符号；,r,1,和,r,2,分别表示过去和未来的变化速率。,类推原则：,基于自然存在的,因果关系,和,/,或,协同（或同步）变化现象,。,在农田生态系统或更大的生态系统中的不同事物，特别是一些生物同时感受到环境的某一些影响而同时发生一些变化，或者由于系统的整体性，某一组分的变化可以导致一系列的连锁反应，由此引发了预测的类推原则和类推预测方法。,第三节 预测的基础和要素,开展预测工作的首要前提是社会需求。,预测的对象应该是在生产上为害最大或较大的病害；,越是发生时间、发生频率、发生程度、发生范围变化大的病害，其预测的意义也越大，应优先列入预测对象的名单,。,预测研究可以归结为,寻找预测规律,和,利用预测规律,两方面。,在寻找预测规律时所需要的条件即成为,预测的基础,，而进行预测所必备的条件则成为,预测要素,。,一、植物病害预测要素：,病害发生规律：,客观事物的基本特性。,历史资料：,根据客观事物的过去的已知状态和,变化过程，来分析和研究预测规律，,实时资料：,已经得到的与预测事件有关的当前信息。,未来资料：,从当前时间至预测事件期间所需要,的有关资料。,一、经验思考和病害系统结构模型,经验思考：,是指参与预测人员的经验、有关植物病理学知识和逻辑思维能力，它们是预测的首要基础。,预测者根据已有的经验思考可以构建预测对象的,系统结构模型,（或称物理模型）。能够体现预测者对预测对象的总体认识。,建立一个稳定的预测机构和,提高预测者的素质,是搞好预测工作的首要基础。,二、情报资料和数学模型,情报资料,是预测的重要基础之一，是预测信息的载体。,情报资料包括观念和数据，观念可以理解为对客观事物的认识。,数据资料则是开展定量研究的客观依据。,现代通讯设备和信息系统将提供许多方便。,选择适当的数学方法,是建立良好预测模型的前提：,概率论和数理统计、回归和逐步回归、模糊和灰色算法等,在预测研究诸要素中，建立正确的,物理模型,是至关重要的。,三、科学合理的数学方法,具体的预测方法固然重要，但是不能代替实质的分析。,好的数学模型应该是客观规律的代表，其参数又是系统特性的代表。,(1)明确预测主题：,预测对象、范围，预测期限、项目和精确度；,(2),收集背景资料。,在此基础上不断完善预测病害系统的结构模型；,(3)选择预测方法，建立预测模型；,四、预测研究的一般步骤,(4),预测和检验：,评价各种模型的优劣；,(5)实际应用：,在生产中进一步检验预测模型和不断改进。,四、预测研究的一般步骤,在上述程序中，还要不断反馈。通过多次循环往复才能形成比较合理的预测方案。,第四节 植物病害流行预测的依据,预测依据：,植物病害流行预测的预测因子应根据病害的流行规律，在寄主植物、病原物和环境因素中选取。,第四节 植物病害流行预测的依据,预测依据包括：,（1）,根据菌量预测,（2）,根据气象条件预测,（3）,根据菌量和气象条件进行预测,（4）,根据菌量、气象条件、栽培条件和寄主植物生育状况预测,第五节 植物病害预测的方法,预测方法主要是用于探索人与技术的关系。因而与,人的知识,、,人的创造性思维能力,，以及,人对价值的判断能力,关系最为密切。,预测方法不是取代人的作用,，而是以某种形式加强人的作用，科学的预测方法有助于提高人对事物的预测能力。,一、植物病害预测方法的类型,按预测期限划分：,为短期、中期、长期和超长期（若干年）预测；,按预测内容划分：,发生期、发生量、损失量、防治效果、防治效益预测；,依不同角度，预测方法曾采用的分类方式：,一、植物病害预测方法的类型,按预测依据的因素划分：,单因子预测和复因子综合预测。,按预报的形式划分：,0-1预测、分级预测、数值预测和概率预测；,按特殊要求划分：,有品种抗病性、小种动态、病害种群演替预测等。,按照植物病害预测原理、方法的差异分类：,类推法,数理统计模型法,系统模拟模型法,专家评估法,二、类推法,类推法：,是利用与植物病害的发生情况有相关性的某种现象作为依据或指标，推测病害的发生始期或发生程度。,物候预测法,指标预测法,发育进度预测法,预测圃法,三、数理统计模型预测法,资料的整理,因素选择,模式筛选,拟合度检验,数理统计模型法预测的一般过程：,优点：,只要有足够的可靠数据，组建模型比较简单，使用也很方便。,明确目的、确定边界,总体设计、数据收集,模型组建,模型检验,灵敏度分析,模型使用,建 模 步 骤,1.资料收集,在整理资料的过程中一定要,实事求是,，使它能够真正反应在某些情况下病、虫害的发生情况。,预测资料,可以包括病、虫害的发生量、发生期、发生过程资料和影响病、虫害发生的生物和非生物因素资料。,预测资料的整理,过程一般包括资料的,采集,、,分析,、,列表,和,处理,四个阶段,。,2.因素选择,预测因子选择不当，是不可能预测准确的。,通常选择因子的方法：,直接选择法,符合度比较法,相关分析法,主因素选择法,通径分析法,层次分析法等。,（1）直接选择法,根据病害流行的规律及影响因素，直接从中选出,影响病害流行的主要因素,，作为预测因子。,例：,在小麦赤霉病扬花期的雨量或雨日数是影响病菌侵染的主要因素，所以用此时的雨量或雨日数作为病害的预测因子一般可以收到较好的效果。,（2）符合度比较法,将初步选择的数个预测因子与预测对象进行,列表比较,，不需要进行计算，直接观察各预测因子与预测对象的波动关系。,凡是与预测对象的波动状态符合程度最高（正相关）或者不符合程度最高（负相关）的因子就是预测的主要因子，然后再选择第二、第三个等次要的预测因子。,（3）相关分析法,计算初步选出的数个预测因子与预测对象之间的,单相关系数,，将相关系数,最大的,因子作为预测的,主要因子,。,如表中几个预测因素（降雨量、雨日数、露日数、温度）与预测对象值之间的单相关系数依次为；,0.8453,、,0.6071,、,0.3390,和,0.4794,。,通径分析,又称为相关的分解，亦称为标准化的多元线性回归分析。通径分析,可以把一个相关系数，根据其成因分解为若干组成部分，,使我们能更清楚地认识各因素对效应因素直接地和间接地发生影响的程度。,层次分析法,（,Analytic Hierarchy Process,简称,AHP,）是,将决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次,，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。,3.模式选择,植物病害的预测模型包括,系统模型,和,统计模型,两大类。,依据主要因素与病害之间的关系选择预测模型的基本形式。,绘制相关图。,3.模式选择,非线性相关时，可利用函数图象的知识大致确定预测模型曲线的形式。,一般要制作多个不同形式的预测模型进行比较，选择预测效果较好的模型试用。,4.拟合度检验,拟合度检验是对已制作好的预测模型进行检验，比较它们的预测结果与病害实际发生情况的吻合程度。,常用的拟合度检验方法有：,剩余平方和检验,、,卡方,(,2,),检验,和,线性回归检验,等。,（1）剩余平方和检验,理论预测值,(),与实际情况,(,),进行比较，求得它们的差异平方和,(,Q,),、回归误差,(,S,),及曲线相关比,(,r,(,曲,),),的值。,Q,、,S,越小；,r,(曲)越大，模型拟合度越好,（2）卡方（,2,）检验,计算公式是,:,卡方值越大，说明病害实际值与理论预测值的差别越大！,（3）线性回归检验,原理：当预测的理论值与病害发生的实测值,用不同预测方程得到不同的线性回归式。,比较几个值a和b值，当a,i,值愈趋近于，b,i,愈趋近于，则说明该方程的预测效果愈好。,5.应用数理统计预测法的注意事项,可能因为经验不足，资料不全或资料的代表性欠佳等其它原因而使,预测带有一定的片面性,。,在应用上,适应性较差,，原则上只能适用于建模数据所取自的地区或与之条件相似的地区。,预测因素选择,的合适与否，直接关系到预测的准确程度。,统计模型,一般引入的预测因子有限,，这也是限制其应用范围的一个原因。,四、专家评估法,目前在预测工作中全面应用数学手段仍有一定的困难。,主要表现,在,数据的获取,、,数据的质量,、,信息的定量化,、,信息的广泛性,及,预测模型的广适性,等方面。,“只有应用数学手段和采用数学模型才是科学预测”？,四、专家评估法,专家评估大体可以分为：,个人判断法,专家会议法,头脑风暴法,专家预测系统法,特尔菲法,交叉影响法等。,1.专家会议法,对某一病虫害的发生趋势或发生程度通过,专家会议,的形式进行预测。,要求：,会议组织者首先,明确预测的目的,；,必须给与会专家,提供必要的资料和信息,；,邀请,专家人选方面有代表性,。,2.特尔菲法,特尔菲法预测是专家会议预测法的一种发展，是系统方法在意见和价值判断领域内的一种有益延伸。,特尔菲法不仅可以从事技术预测，也可用于经济预测，不仅可作短期预测，也可作长期预测，不仅可作量变过程的预测，也可作质变过程的预测，因此，它是一种广为适用的预测方法。,特尔菲法的特点：,匿名性,，完全消除了专家心理因素的影响；,与民意测验不同，要经过,三到四轮的反复讨论,才能决定预测结果。,领导小组将每一轮的,预测结果,连同不同的论证意见反馈给每个专家，以,供进行下一轮预测时参考,。,特尔菲法采用,统计学的方法对预测结果进行处理,，这样可以定量评价预测结果。,（1）特尔菲法的工作步骤：,确定预测主题，编制预测事件一览表；,选择专家；,预测过程；,预测结果的处理和表达。,（2）运用特尔菲法时的注意事项：,向参加预测的专家,充分说明,特尔菲法的实质、特点，以及轮间反馈对预测评价的作用；,在进行预测时，要根据病虫害预测的依据，向专家们,提供必要资料,；,预测主题,要集中、明确，,预测用语,要确切；,（2）运用特尔菲法时的注意事项：,在进行了一次或两次预测之后，,必要时,可组织专家们进行,口头辩论,，,通过讨论取得协调意见,。,严格避免预导小组将自己的意图加入到专家们的预测意见中去，更,不能有意进行引导,。,3.专家系统预测,专家系统：,模拟,某些特定领域内人类专家的思维过程，并且能够解决至今只有人类专家才能解决的问题的,计算机程序,。,是专家知识、统计模型、模拟模型集合为一体，由专家思维的方式和水平去解决问题的大型计算机软件。,1）,专家系统概述：,2）,专家系统的优点：,知识具有,永久性,；,知识和它本身都可以很容易地被,复制和传播,；,专家系统的知识具有,高度的一致性,，并由此保证它的,高度可靠性,；,专家系统的,费用要较人类专家低得多,。,3）专家系统的研制,明确设计思想,研制系统结构,用户接口,选用适宜的计算机语言,4）病虫测报专家系统的发展方向,a.面向实际需要，在病虫预测专家系统的基础上,建立病虫综合治理专家系统,。,b.开发出,适合于植保领域,的专家系统工具，完善知识表达和知识获取。,c.,发展更广义的专家系统,，同统计模型、模拟模型一起，将定型、定量研究结合在一起，与实时气象预报相结合，随时都能给出病虫的种群动态定量表达，并提出相应的对策。,4）病虫测报专家系统的发展方向,d.与育种、施肥、栽培、灌溉等多方面结合，逐步,发展为农业生产的多项专家决策系统,。,e.,多媒体技术与专家系统结合,将会提高用户的注意力，会产生更好的用户界面，提高专家系统实际利用率。,五、系统模拟模型法,在对植物病害系统进行比较深入分析研究的基础上，将理论知识和定量模型按照客观系统的结构重新组装成能够仿真的计算机模型，并通过运行这种模型进行预测的方法。,五、系统模拟模型法,优点：,能够解析流行机制并做到多时段多方面的预测；,更加适合病害的科学管理；,适合流行因素多，关系复杂的病害。,缺点：,建立模型比较繁杂。,