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农业信息技术导论2农业模拟模型2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室2第二章 农业模拟模型技术p第一节：农业模拟模型概述第一节：农业模拟模型概述p第二节：农业模拟模型原理第二节：农业模拟模型原理p第三节：农业模拟模型的研发与应用第三节：农业模拟模型的研发与应用p第四节：农业模拟模型的案例及发展第四节：农业模拟模型的案例及发展2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室3第一节 农业模拟模型概述农业模拟模型的概念农业模拟模型的概念p切入：切入：n模模 拟拟 用一种特定的形式模仿某一个客观存在的事用一种特定的形式模仿某一个客观存在的事物物n系统模拟系统模拟 对一个复杂的系统进行全过程的动态模拟对一个复杂的系统进行全过程的动态模拟，系，系统模型是对系统成分及其相互关系的一种简化的数学表统模型是对系统成分及其相互关系的一种简化的数学表达。复杂的内部结构和关系。达。复杂的内部结构和关系。n模模 型型 模拟的体现形式模拟的体现形式n模拟优势模拟优势 研究对象复杂、大范围、长时间、交互、动态研究对象复杂、大范围、长时间、交互、动态2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室4第一节 农业模拟模型概述农业模拟模型的概念农业模拟模型的概念p定义：定义：n模拟模型模拟模型p利用计算机技术和数学方法利用计算机技术和数学方法模型求解模型求解了解系统结构和了解系统结构和原理原理p变量（状态变量、速率变量、驱动变量、辅助变量）变量（状态变量、速率变量、驱动变量、辅助变量）+参数参数+常量常量n作物模拟作物模拟 对象对象原理原理科学科学内容内容方法方法实现实现现实世界的抽象化现实世界的抽象化抽象世界的模型化抽象世界的模型化程程序序化化研究解析和调试研究解析和调试2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室5第一节 农业模拟模型概述农业模拟模型的类型农业模拟模型的类型p国内外知名农业模拟模型国内外知名农业模拟模型nCERES、MAIZE、RICE、COTGROp农业模型的分类农业模型的分类n统计（经验）模型统计（经验）模型机理模型机理模型n描述性模型描述性模型解释性模型解释性模型n预测模型预测模型过程模型过程模型n专用模型专用模型通用模型通用模型2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室6第一节 农业模拟模型概述农业模拟模型的作用农业模拟模型的作用p在农业科研中的作用在农业科研中的作用n表现农业系统中涉及的众多因子（系统性）表现农业系统中涉及的众多因子（系统性）n反映农业系统的时态变化和空间变化（动态性）反映农业系统的时态变化和空间变化（动态性）n超越时间和地点的限制（机理性）超越时间和地点的限制（机理性）n平行学科间的交叉融合平行学科间的交叉融合p农业模拟模型在农业生产中的应用农业模拟模型在农业生产中的应用n预测预测n决策（适宜环境的标准，确定限制因子，区划，处方）决策（适宜环境的标准，确定限制因子，区划，处方）2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室7第一节 农业模拟模型概述农业模拟模型存在的问题农业模拟模型存在的问题n系统机理的熟悉、多学科研究背景系统机理的熟悉、多学科研究背景n受数据和试验条件限制，模型可靠性和精确性不能保证受数据和试验条件限制，模型可靠性和精确性不能保证n环境的复杂性环境的复杂性n模型的检验和验证往往不足模型的检验和验证往往不足2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室8第二节 农业模拟模型原理农业生产系统与生产水平农业生产系统与生产水平 区域区域 “世界世界”农区农区 农田生态农田生态 植株个体植株个体 植株组成成分植株组成成分 (根、茎、叶等根、茎、叶等)微观组成成分微观组成成分 （气孔、细胞、生化通道等）（气孔、细胞、生化通道等）管管 理理 研研 究究 （一）农业生产系统的等级性农业生产系统的等级性根据系统分析原理，分为：根据系统分析原理，分为：区域、农区、区域、农区、农田生态、作物群落、群体、个体、器官、农田生态、作物群落、群体、个体、器官、组织、细胞组织、细胞等不同层次或等级。等不同层次或等级。在这些不同的系统层面上，可以构建出不在这些不同的系统层面上，可以构建出不同尺度和不同内容的计算机模拟模型。同尺度和不同内容的计算机模拟模型。2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室9（二）农业生产系统的水平和过程（二）农业生产系统的水平和过程 特定层面的农业生产系统：特定层面的农业生产系统：不同环境下影响生物与非生物过程的限制因不同环境下影响生物与非生物过程的限制因素不尽相同，模拟研究的生态范围和系统覆盖面也有所不同。素不尽相同，模拟研究的生态范围和系统覆盖面也有所不同。以作物生产系统为例以作物生产系统为例：根据生态限制因子对作物生理过程和生产系统的：根据生态限制因子对作物生理过程和生产系统的影响进行分类，按照产量递减的顺序，可以把作物生产系统分为五个水影响进行分类，按照产量递减的顺序，可以把作物生产系统分为五个水平：平：光温潜力、水分限制、氮素调控光温潜力、水分限制、氮素调控 、磷钾等养分的调控、病虫草害等、磷钾等养分的调控、病虫草害等生物灾害的影响生物灾害的影响第二节 农业模拟模型原理2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室10p作物生产的等级水平1.潜在生产(potential production)只受光、温条件影响的作物生产2.水分限制生产(water limited production)只受光、温和水分条件影响的作物生产3.养分限制生产(nutrient limited production)只受光、温、(水分和)养分条件影响的作物生产4.实际生产(actual production)受光、温、水分、养分条件及其它减产因子（weeds,diseases,pests,pollution）影响的作物生产其中2&3为attainable production.第二节 农业模拟模型原理2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室11 CO2 太阳辐射太阳辐射 温度温度 作物特性作物特性 潜在产量潜在产量 可获得产量可获得产量 实际产量实际产量水分水分营养营养（氮、（氮、磷、钾）磷、钾）杂草杂草病害病害虫害虫害污染污染限制因子限制因子减产因子减产因子决定因子决定因子保护措施保护措施生产水平生产水平不同生产水平下与生长确定因子、限制因子、降低因子的关系图不同生产水平下与生长确定因子、限制因子、降低因子的关系图不同生产水平下与生长确定因子、限制因子、降低因子的关系图不同生产水平下与生长确定因子、限制因子、降低因子的关系图第二节 农业模拟模型原理2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室12第一生产水平第一生产水平-光温潜力光温潜力辐射强度、光能截取和利用效率是辐射强度、光能截取和利用效率是研究生长速率的关键因子研究生长速率的关键因子光温：光温：光温：光温：驱动变量驱动变量驱动变量驱动变量光合效率：光合效率：光合效率：光合效率：常数常数常数常数矩矩矩矩 形：形：形：形：状态变量状态变量状态变量状态变量阀符号：阀符号：阀符号：阀符号：速率变量速率变量速率变量速率变量圆圆圆圆 形：形：形：形：辅助变量辅助变量辅助变量辅助变量下划线：下划线：下划线：下划线：驱动变量和外界变量驱动变量和外界变量驱动变量和外界变量驱动变量和外界变量实实实实 线：线：线：线：表示物质流表示物质流表示物质流表示物质流虚虚虚虚 线：线：线：线：表示信息流表示信息流表示信息流表示信息流第二节 农业模拟模型原理2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室13 第第第第二二二二生生生生产产产产水水水水平平平平的的的的系系系系统统统统关关关关系系系系图图图图第二节 农业模拟模型原理2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室14 第第第第三三三三生生生生产产产产水水水水平平平平的的的的系系系系统统统统关关关关系系系系图图图图第二节 农业模拟模型原理2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室15 第第第第四四四四生生生生产产产产水水水水平平平平的的的的系系系系统统统统关关关关系系系系图图图图第二节 农业模拟模型原理2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室16第二节 农业模拟模型原理农业模拟模型构建思想与原理农业模拟模型构建思想与原理n构建思想构建思想p概念模型概念模型p系统分析和数学表达系统分析和数学表达p综合分析和程序化综合分析和程序化n构建原理构建原理p三个假设三个假设p数学表达式：数学表达式：E=f(xi,yi)n一个农业模型包含：一个农业模型包含：p组成要素、参量、变量、函数关系、约束条件、目标函数。组成要素、参量、变量、函数关系、约束条件、目标函数。2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室17第二节 农业模拟模型原理农业模拟模型构建思想与原理农业模拟模型构建思想与原理n与其他学科间的关系与其他学科间的关系p农业科学与理论是基础农业科学与理论是基础p生物学、农学等研究成果是内涵和主线生物学、农学等研究成果是内涵和主线p数学和计算机科学提供方法和工具数学和计算机科学提供方法和工具n建立模型的基本方法建立模型的基本方法p实验方法实验方法p统计方法统计方法p解析方法解析方法p模糊数学方法模糊数学方法2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室18第二节 农业模拟模型原理农业模拟模型的结构成分与过程农业模拟模型的结构成分与过程n作物系统的界定作物系统的界定p系统界面系统界面p源库关系源库关系p参数和状态变量参数和状态变量n作物模型的结构成分作物模型的结构成分p根据研发过程分解为若干过程，通常系统可以划分为六个相互根据研发过程分解为若干过程，通常系统可以划分为六个相互关联的亚系统关联的亚系统2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室19模拟模型的结构成分模拟模型的结构成分第第一一亚亚系系统统：为为作作物物的的阶阶段段发发育育与与物物候候期期。主主要要是是有有关关以以温温光光反反应应为为基基础础的的茎茎顶顶端端发发育育阶阶段段以以及及以以外外部部形形态态特特征征变变化化为为标标志志的的生生育育时时期期，如小麦的小穗分化期、小花分化期等，以及分蘖期、拔节期、抽穗期等。如小麦的小穗分化期、小花分化期等，以及分蘖期、拔节期、抽穗期等。第第二二亚亚系系统统：为为作作物物植植株株的的形形态态发发生生与与器器官官建建成成过过程程。包包括括根根系系、叶叶片片、茎茎杆杆、小小穗穗、小小花花、籽籽粒粒等等器器官官发发生生与与形形成成的的规规律律、数数量量与与质质量量等。等。第第三三亚亚系系统统：为为植植株株的的光光能能利利用用与与同同化化物物生生产产。包包括括叶叶片片和和冠冠层层的的光合作用、呼吸作用、碳水化合物积累及生物量的计算等。光合作用、呼吸作用、碳水化合物积累及生物量的计算等。第二节 农业模拟模型原理2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室20模拟模型的结构成分模拟模型的结构成分第四亚系统：第四亚系统：为不同器官间的物质分配与利用为不同器官间的物质分配与利用。包括同化物分配系数。包括同化物分配系数或分配指数和分配量的实时变化、器官的生长和大小、产量和品质的决定或分配指数和分配量的实时变化、器官的生长和大小、产量和品质的决定等。等。第一第一 四亚系统：四亚系统：作物生长模型的基础成分，研究的重点作物生长模型的基础成分，研究的重点。其中温光条件。其中温光条件为贯穿于各亚系统的主导因子，直接作用于不同的生理过程，作物基因型为贯穿于各亚系统的主导因子，直接作用于不同的生理过程，作物基因型差异则是系统运行的内在动力。差异则是系统运行的内在动力。第二节 农业模拟模型原理2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室21模拟模型的结构成分模拟模型的结构成分第五亚系统：第五亚系统：为土壤植物大气水分关系为土壤植物大气水分关系。包括土壤水分的移动、。包括土壤水分的移动、吸收、蒸发蒸腾、植物组织的水分平衡等。吸收、蒸发蒸腾、植物组织的水分平衡等。第六亚系统：第六亚系统：为土壤养分为土壤养分(氮素氮素)动态与植株利用动态与植株利用。包括主要养分元素。包括主要养分元素在土壤中的转化、根系吸收、体内分配和利用等。在土壤中的转化、根系吸收、体内分配和利用等。第五第五 六亚系统：六亚系统：受气候和土壤环境因子影响较大，且通过土壤与根系过受气候和土壤环境因子影响较大，且通过土壤与根系过程间接地作用于作物的生育过程，同时在很大程度上受到技术措施的调控，程间接地作用于作物的生育过程，同时在很大程度上受到技术措施的调控，故需作为并行的亚系统单独进行模拟故需作为并行的亚系统单独进行模拟。第二节 农业模拟模型原理2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室22模拟模型的构成与过程模拟模型的构成与过程构成构成第一部分：气候、土壤、作物数据、栽培管理措施输入模块第一部分：气候、土壤、作物数据、栽培管理措施输入模块第二部分：主要生理生态过程的模拟模块第二部分：主要生理生态过程的模拟模块第三部分：模拟结果的数据或图形输出及分析模块第三部分：模拟结果的数据或图形输出及分析模块模拟模块模拟模块光截获和光合作用、营养吸收和根系生长、干物质分配、水分吸收光截获和光合作用、营养吸收和根系生长、干物质分配、水分吸收与蒸腾、生长和呼吸、叶面积增长、作物发育和器官形成、衰老模与蒸腾、生长和呼吸、叶面积增长、作物发育和器官形成、衰老模型、田间管理模型。型、田间管理模型。第二节 农业模拟模型原理2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室23模拟模型的构成与过程模拟模型的构成与过程过程过程驱动因子驱动模型运行驱动因子驱动模型运行作物自播种开始至成熟的生理生态过程作物自播种开始至成熟的生理生态过程得到产量、品质、物候、效益等输出得到产量、品质、物候、效益等输出模型的输入模型的输入输入资料最少、容易获取、简化模拟过程，包括气象、土壤、输入资料最少、容易获取、简化模拟过程，包括气象、土壤、作物品种、管理四类作物品种、管理四类模型的输出模型的输出表格、图形、图像、声音、多媒体产品表格、图形、图像、声音、多媒体产品。第二节 农业模拟模型原理2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室24农业模拟模型研究的尺度农业模拟模型研究的尺度模拟尺度具有三维的特性：时间性、空间性、复杂性。模拟尺度具有三维的特性：时间性、空间性、复杂性。1 1、模拟的时空尺度决定了适宜模型的选择及模拟方法的采用、模拟的时空尺度决定了适宜模型的选择及模拟方法的采用大尺度模型：大尺度模型：注重宏观的经验性和描述性；注重宏观的经验性和描述性；小尺度模型：小尺度模型：注重微观的机理性和解释性。注重微观的机理性和解释性。2 2、作物生长模拟研究时间步长取决于作物生长状态变化的速率、作物生长模拟研究时间步长取决于作物生长状态变化的速率生长相对快的时期：生长相对快的时期：步长宜短一些；步长宜短一些；生长相对慢的时期：生长相对慢的时期：步长可选大一些。步长可选大一些。作物生长模拟模型步长通常为作物生长模拟模型步长通常为1 1天：天：环境资料多为逐日资料、温度等环境资料多为逐日资料、温度等环境的环境的1天内变化在作物耐受范围内、土壤养分、水分等天内变化在作物耐受范围内、土壤养分、水分等1天更准确。天更准确。第三节 农业模拟模型的研发与应用2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室25第三节 农业模拟模型的研发与应用建模的方法和步骤建模的方法和步骤系统分析数学模型数学模型计算机模拟计算机模拟数据分析数据分析生物学机理生物学机理确立数学表达式确立数学表达式计算机程序编制计算机程序编制程序调制、修改程序调制、修改检验和验证检验和验证模型检验模型检验模型灵敏度分析模型灵敏度分析模型验证模型验证确定目标、定义系统确定目标、定义系统调查研究、定性分析调查研究、定性分析系统模式框图系统模式框图系统结构动态图系统结构动态图2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室26第三节 农业模拟模型的研发与应用建立模型的方法建立模型的方法p线性选配技术线性选配技术n根据模拟对象的动态变化曲线或响应曲线，选配适宜的函数根据模拟对象的动态变化曲线或响应曲线，选配适宜的函数nLogistic（生长）、理查德函数、指数函数（生长）、理查德函数、指数函数n分段函数、函数微分方程分段函数、函数微分方程p复杂模型复杂模型n各子模型的建立和模型装配各子模型的建立和模型装配n子模型相互独立，相互制约和影响子模型相互独立，相互制约和影响2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室27系数化技术与模型参数确定系数化技术与模型参数确定农业生产过程由多个环境因子所控制，定量这些因子的互作主要是通过农业生产过程由多个环境因子所控制，定量这些因子的互作主要是通过单个因子的系数互作而非复合因子的多元回归。单个因子的系数互作而非复合因子的多元回归。1 1、析因法与系数化、析因法与系数化系数化将效应因子的特征值系数化将效应因子的特征值一般设定在一般设定在0 01 1之间之间第三节 农业模拟模型的研发与应用2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室28系数化技术与模型参数确定系数化技术与模型参数确定2 2、系数互作的计算方法、系数互作的计算方法 最小法和乘积法最小法和乘积法最小法：最小法：依据最小因子法则，认为系统的表现主要受最小系数的限制。依据最小因子法则，认为系统的表现主要受最小系数的限制。乘积法：乘积法：依据不同因子的相互作用原则，认为系统的表现同时受多因依据不同因子的相互作用原则，认为系统的表现同时受多因子的影响，而并非与最小因子的水平呈线性关系。子的影响，而并非与最小因子的水平呈线性关系。一般情况下：一般情况下：当系统的因子水平较低时或表现限制因子作用时：当系统的因子水平较低时或表现限制因子作用时：最小法可能更合适。最小法可能更合适。当因子水平较高时或表现报酬递减作用时：当因子水平较高时或表现报酬递减作用时：乘积法在理论和实践上都乘积法在理论和实践上都更合适。更合适。第三节 农业模拟模型的研发与应用2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室293 3、遗传参数、遗传参数 遗传参数概念遗传参数概念 指指描描述述非非逆逆境境下下种种或或品品种种基基本本遗遗传传性性状状的的一一组组特特征征值值。一一个个品品种种的的遗遗传传系系数一般以数一般以10101515个左右为最适，最多不超过个左右为最适，最多不超过2020个。个。遗传参数的要求遗传参数的要求既既要要符符合合作作物物(动动物物)生生理理学学的的认认识识和和规规律律，又又要要为为作作物物(动动物物)育育种种学学家家所所理解和接受，主要是量化品种间最基本的遗传性状差异。理解和接受，主要是量化品种间最基本的遗传性状差异。例例如如：在在小小麦麦发发育育模模型型中中，一一般般包包括括生生理理春春化化时时间间、光光周周期期敏敏感感性性因因子子、灌灌浆浆持持续续期期因因子子、基基本本早早熟熟性性因因子子4 4个个品品种种遗遗传传参参数数，分分别别体体现现了了不不同同品品种小麦在春化作用、光周期反应及灌浆期长短、热效应方面的遗传特性。种小麦在春化作用、光周期反应及灌浆期长短、热效应方面的遗传特性。遗传参数一般依据试验数据通过试错法、最小二乘法等决定。遗传参数一般依据试验数据通过试错法、最小二乘法等决定。第三节 农业模拟模型的研发与应用2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室30第三节 农业模拟模型的研发与应用系数化技术与模型参数确定系数化技术与模型参数确定p模型参数确定方法模型参数确定方法n求解法和试错法求解法和试错法p求解法求解法n依据试验数据，建立拟合方程，对拟合方程进行转换，确定初值依据试验数据，建立拟合方程，对拟合方程进行转换，确定初值n利用多组试验数据，验证模型参数设置的准确性（最小二乘法）利用多组试验数据，验证模型参数设置的准确性（最小二乘法）p试错法试错法n根据模拟过程的合理变化趋势，确定模型参数初值根据模拟过程的合理变化趋势，确定模型参数初值n确定模型参数的增量和减量，观察不同参数设置下模型误差的变化确定模型参数的增量和减量，观察不同参数设置下模型误差的变化趋势，直到趋势一致，误差逐渐减小，并取得最小误差为止趋势，直到趋势一致，误差逐渐减小，并取得最小误差为止2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室31模型验证与检验模型验证与检验模型的检验模型的检验包括对模型的敏感性分析、校正、核实、测验等四个主要过程包括对模型的敏感性分析、校正、核实、测验等四个主要过程（1 1）敏感性分析）敏感性分析 是对模型灵敏度和动态性的测验，分析模型对主要参数和变量反应的是对模型灵敏度和动态性的测验，分析模型对主要参数和变量反应的灵敏度，测验模型的结构与过程以及系统的成分。它可以看成是某种形式灵敏度，测验模型的结构与过程以及系统的成分。它可以看成是某种形式的假设模拟试验。结果通常以的假设模拟试验。结果通常以值来表示模型的反应程度。值来表示模型的反应程度。第三节 农业模拟模型的研发与应用2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室32模型验证与检验模型验证与检验如下表所示小麦阶段发育的敏感性分析。发发 育育 阶阶 段段 二棱期二棱期 顶小穗形成期顶小穗形成期 抽穗期抽穗期 参数参数 变幅变幅*（天数）（天数）温度（温度（o oC C）-2 2 +25+25 +10+10 +10+10 +2+2 -1414 -1515 -1111 日长（日长（h h）-2 2 +10+10 +6+6 +4+4 +2+2 -7 7 -5 5 -4 4 春化要求春化要求 -1010 -9 9 -3 3 -2 2 +10+10 +8+8 +3+3 +1+1 光周期敏感性光周期敏感性 -0.0020.002 -9 9 -5 5 -4 4 +0.002+0.002 +9+9 +5+5 +3+3 *以小麦在南京种植为模拟对照，春化要求天数为以小麦在南京种植为模拟对照，春化要求天数为 2020 天，光周期敏感性为天，光周期敏感性为 0.0040.004。第三节 农业模拟模型的研发与应用2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室33（2）校正是调整模型的参数和关系，使模型符合模拟者特定的环境和资料参是调整模型的参数和关系，使模型符合模拟者特定的环境和资料参数，主要检验模型系统的综合表现及对综合变量的反应。数，主要检验模型系统的综合表现及对综合变量的反应。（3）核实核实是指模型是否适用于模型研制以外的完全独立的资料，是多年、核实是指模型是否适用于模型研制以外的完全独立的资料，是多年、多点、多试验观测值与模拟值的比较。多点、多试验观测值与模拟值的比较。采用如下方法：采用如下方法：一是：一是：将模拟结果与实际结果进行回归分析将模拟结果与实际结果进行回归分析，但模拟值与观测，但模拟值与观测值的显著相关不足以证明模型的可靠性和预测性，因为当模型的模值的显著相关不足以证明模型的可靠性和预测性，因为当模型的模拟结果与观测值都显著相关时，二者之间的差异有可能变化很大。拟结果与观测值都显著相关时，二者之间的差异有可能变化很大。二是：二是：将实际结果与模拟结果按同一时间坐标绘将实际结果与模拟结果按同一时间坐标绘1:11:1图进行比较图进行比较（见下图）。（见下图）。第三节 农业模拟模型的研发与应用2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室34三是：三是：检验模拟与检验模拟与实际值的平均误差实际值的平均误差。其。其中模拟值与实际值的平中模拟值与实际值的平均误差可以通过以下一均误差可以通过以下一些统计方法计算得到：些统计方法计算得到：9 9 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 3 3 0 0 1 1 5 5 0 0 1 1 7 7 0 0 1 1 9 9 0 0 9 9 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 3 3 0 0 1 1 5 5 0 0 1 1 7 7 0 0 1 1 9 9 0 0 观测值观测值 模拟值模拟值 第三节 农业模拟模型的研发与应用2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室351 1）平均离差）平均离差（Mean Deviation，MD）MD（ERRi）/n ERRiYiXi其中，其中，n n为为样本数；为为样本数；YiYi和和XiXi为第为第i i次的模拟值和实测值。次的模拟值和实测值。2 2）平均预测误差）平均预测误差（Mean Prediction Error，MPE）MPE=(|DERi|)/n ERRiYiXi3 3）预测均方法）预测均方法（Mean Square Error of Prediction，MSEP）。MSEP=（ERRi）/n ERRiYiXi4 4）均方差根）均方差根（Root Mean Square Error，RMSE）第三节 农业模拟模型的研发与应用2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室365）拟合指数）拟合指数（Agreeement Index，AI）1减去预测值与实际值之差的绝对值除以实际值，反映模拟符合程度，减去预测值与实际值之差的绝对值除以实际值，反映模拟符合程度，AIl时误差最小。时误差最小。AIl|YiXi|/Xi6）偏斜度）偏斜度（Bias）模拟值与实际值无截距回归方程斜率与模拟值与实际值无截距回归方程斜率与1的偏差，表示通过原点的拟合直线的偏差，表示通过原点的拟合直线与与1：1线的偏斜程度（）。线的偏斜程度（）。BIAS100（b0-1）式中式中b0为模拟值与实际值之间的为模拟值与实际值之间的0截距直线回归方程（截距截距直线回归方程（截距0）的斜率。）的斜率。7）直接比较单个模拟值的绝对误差和相对误差）直接比较单个模拟值的绝对误差和相对误差 绝对误差：绝对误差：ERRiYiXi 相对误差：相对误差：REERRi/Xi第三节 农业模拟模型的研发与应用2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室37（4 4）测验）测验 测验是比较各种环境下的模拟值与预测值，可看作是一个持续的模型测验是比较各种环境下的模拟值与预测值，可看作是一个持续的模型核实过程。如果在测验过程中发现明显的偏差，可能还得重复上述模型校核实过程。如果在测验过程中发现明显的偏差，可能还得重复上述模型校正和核实的整个过程，并对模型算法进行必要的修订和改进。正和核实的整个过程，并对模型算法进行必要的修订和改进。2 2、模型的改进、模型的改进模型的改进则是在检验模型的过程中，对模型进行必要的改进与完善。模型的改进则是在检验模型的过程中，对模型进行必要的改进与完善。第三节 农业模拟模型的研发与应用2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室38典型作物模拟模型介绍pAPSIMp澳大利亚澳大利亚p多作物多作物p模块通用性（环境、光合、土壤水分、养分）模块通用性（环境、光合、土壤水分、养分）pCOTSYSp中国中国p棉花棉花p智能决策与模拟模型结合在（播种、最佳叶面积、施肥决智能决策与模拟模型结合在（播种、最佳叶面积、施肥决策）策）2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室39第四节 农业模拟模型的应用p教学教学n辅助进行农学、生物学、生态学的教学，说明生理生态过程和生辅助进行农学、生物学、生态学的教学，说明生理生态过程和生态学关系，是生物学、生态学进行直观教学和科普的工具。态学关系，是生物学、生态学进行直观教学和科普的工具。p研究研究n避免实际生产中干扰因素多、周期长、费用高问题避免实际生产中干扰因素多、周期长、费用高问题n定量分析农学、生物学、生态学内部规律定量分析农学、生物学、生态学内部规律p管理管理n构建决策支持系统，判断生产活动的预期结果，指导生产调控构建决策支持系统，判断生产活动的预期结果，指导生产调控p评估评估n评估环境变化、政策措施、农艺措施等对农业生产活动的影响。评估环境变化、政策措施、农艺措施等对农业生产活动的影响。2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室40第四节 农业模拟模型的应用与其他技术耦合与其他技术耦合p与专家系统或知识模型耦合与专家系统或知识模型耦合n模拟模型难以表达很多经验型和知识性的理论和技术模拟模型难以表达很多经验型和知识性的理论和技术n专家系统能够模拟专家知识和思维过程专家系统能够模拟专家知识和思维过程n知识模型研究专家系统的知识表达体系知识模型研究专家系统的知识表达体系p与与RS技术结合技术结合n模拟模型中参数采集在系统性、准确性、动态性上存在不足模拟模型中参数采集在系统性、准确性、动态性上存在不足nRS能够实时监测农业生产活动和情况能够实时监测农业生产活动和情况nRS丰富模型的数据驱动；实时校正模型偏差丰富模型的数据驱动；实时校正模型偏差p与与GIS技术结合技术结合nGIS为模拟模型提供空间数据支持为模拟模型提供空间数据支持nGIS为模拟模型提供输出变量的空间表达。为模拟模型提供输出变量的空间表达。2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室41第四节 农业模拟模型的应用与其他技术耦合与其他技术耦合p与与GPS技术结合技术结合p与可视化技术及虚拟现实技术结合与可视化技术及虚拟现实技术结合p与组件技术、网络技术结合与组件技术、网络技术结合2024/6/2 周日周日云南省高校农业信息技术重点实验室42农业信息技术报告选题选题选题p作物模拟模型研究进展（水稻、玉米）作物模拟模型研究进展（水稻、玉米）p农业生产管理决策系统研究进展（水稻、玉米）农业生产管理决策系统研究进展（水稻、玉米）pGIS技术和技术和WebGIS技术在农业中的应用技术在农业中的应用p农业计算机控制系统研究进展农业计算机控制系统研究进展p遥感与农业环境监测技术研究进展遥感与农业环境监测技术研究进展p农田土壤信息采集技术研究进展农田土壤信息采集技术研究进展要求要求p参考文献中参考文献中2007年以后且为一级学报文献不少于年以后且为一级学报文献不少于10篇。篇。p幻灯汇报时间为幻灯汇报时间为10分钟，不超过分钟，不超过15分钟。分钟。p回答问题回答问题5分钟。分钟。