數字農業的前景精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇數字農業的前景，期待它們能激發您的靈感。

篇1

傳統的設計技術只是簡單滿足使用者的需求，數字化設計技術則是運用計算機技術來縮短產品的設計周期、降低產品的設計成本并進行后期的維護。對于農業機械的設計來說，它有著廣闊的市場，而且可以設計的種類非常多，但是農業機械的設計一般都沒有使用數字化設計技術，所以長期以來農業機械的設計水平相對較低。而運用數字化設計技術可以使農業機械設計有著更好的發展前景，使設計出來的農業機械更加完善。目前，農業機械的種類相對固定，功能沒有太大的改變，而且沒有過多的創新。比如，在播種機的設計中應該考慮根據不同的播種對象來進行相應的設計，即可以分為條形播種機和精密播種機，要根據不同的播種條件來進行相關的設計。另外還可以按照播種機工作原理的差異設計機械式和氣力式播種機，數字化設計技術能夠將這些種類進行區別設計。將數字化設計技術運用于農業機械的設計過程中將會使農業機械的種類更加豐富，使同一種類的產品有不同的功能區分，完善目前農業機械設計的不足之處，使農業機械能夠得到更廣泛、更有效的運用。

二、數字化設計技術應用于農業機械設計的前景

由于現今農業機械的設計水平相對落后，所以數字化設計技術必然在農業機械的設計過程中有更廣闊的應用前景。比如，可以將虛擬技術運用于農業機械設計中、數字化設計技術與農業機械設計協同設計以及在農業機械的設計中注重增強創新意識，下面將對這些數字化設計技術在農業機械設計中的運用前景進行詳述。

2.1將虛擬技術運用于農業機械設計中

虛擬技術是利用計算機技術來生成產品的三維圖像設計，通過虛擬技術可以使設計人員更加清楚地了解產品的形狀，另外虛擬技術可以對機械運動進行仿真模擬，即可以模擬所設計的產品的功能，這樣就便于設計人員對產品進行改進，更大程度上保障了產品設計的可行性。通過虛擬技術還能夠加快產品設計的速度，完善產品的質量。

2.2數字化設計技術與農業機械設計協同設計制造

在農業機械的制造過程中運用數字化設計技術能夠最大程度提升產品的可靠性，降低產品設計過程中的成本費用和設計時間。利用這一技術能夠使設計方案得到較快地更改，避免不夠完善的計劃造成生產成本浪費。

2.3農業機械數字化設計過程中更加注重創新設計

現今的農業機械種類和樣式差異不大，沒有較大的改良，所生產的農業機械不能完全滿足農民的需要，而且作用較單一，如果能夠對農業機械進行創新設計，那么將會使農業產品的種類更加完善，并且能夠更大限度的提高農業生產率。數字化設計技術可以較快捷、可靠地幫助研發人員設計出不同的農業機械，這將是未來農業機械的設計的必然發展方向。

三、小結

篇2

關鍵詞：農業知識；信息技術；應用；前景

中圖分類號： SL26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-0432（2010）-12-0013-1

0 引言

農業、農村、農民問題關系黨和國家事業發展全局，農業信息化是當今世界經濟和社會發展的大趨勢。智能化信息技術從70年代末開始應用于農業生產領域，發展速度很快。目前，農業信息技術在農業生產運用中還存在諸多問題，信息技術在農業生產中的應用，是農業信息化的主要標志和重要內容。

1 農業信息技術概述

農業信息技術是現代信息技術與農業生產相結合的一類技術的總稱。它是高新技術應用于農業的一個重要發展方向，主要研究現代信息技術在農業領域的應用，包括感測與識別技術、信息傳遞技術、信息處理與再生技術、信息施用技術等，利用現代信息技術可以加速農業的發展和農業產業的升級，是現代信息科學迅猛發展和農業產業內部需求相結合的必然產物。

2 我國農業知識領域中信息技術的應用現狀

我國的農業信息化水平與發達國家還存在很大差距。盡管我國農業信息技術的應用已初見成效，但整體水平不高，信息資源的數量與質量不能滿足農業生產和科學管理的需要。從事農業生產的勞動者，大部分文化程度較低，信息意識不強，對農業科技的了解比較少。我國目前已有的信息設施，尚未在農業知識領域得到廣泛的應用，根源在于，我國農技人員及廣大農民不會使用計算機，信息意識差。廣大農村的生產力水平落后，信息不靈，交通不便，農民缺乏有效的信息指導。信息時代的到來，給農業發展提供了大好的機遇，我們應該抓住這一機遇，真正做到使農業發展逐步轉到依靠科技進步和勞動者的素質提高上來。

3 我國農業知識領域中信息技術應用存在的問題

首先，政府在農業信息技術及農業信息化建設上的主導作用發揮不夠。主要表現在以下幾個方面：一是職能不到位，政府在農業信息化發展戰略和總體規劃方面，沒有充分發揮指導和協調的功能。二是職能錯位，政府承擔了許多本該由社會力量完成的工作。三是政府缺乏對信息化工作的監督和管理，工作機制不夠健全。其次，農業信息采集的覆蓋范圍和時效性有待進一步加強，兼備農業科學技術和信息技術的復合型農業信息人才缺乏。農業信息服務面窄，實用性不強。為了解決我國在運用農業信息技術服務于農業生產遇到的實際問題，我們提出數字農業理論體系。

4 數字農業理論體系的研究

農業是國民經濟的基礎，信息技術、生物技術的突破及其在農業領域的廣泛應用，大大加快了農業現代化進程，數字農業是21世紀提升農業產業水平的有效途徑之一，數字農業將有力推動農業增長方式轉變和農業增產與農村經濟結構調整優化，加速農業現代化進程，數字農業是農業現代化發展的要求，同時，數字農業是環境健康的要求。美國、加拿大等國家的數字農業研究已初有成效，澳大利亞、英國、丹麥等國家都頒布了嚴格的環境法律。在我國，從事農業研究的人員首先開始了“數字農業”研究。農業信息化是現代農業的共同取向和世界農業發展的必然趨勢，數字農業是農業信息化的核心和必由之路。數字農業具有幾個顯著特點：虛擬現實技術支持下的多維網絡信息系統；多源、多比例尺、多分辨率以及數據集成的網絡信息系統；面向全社會公眾開放的網絡信息系統；農業運行機制的全面數字化。

5 完善農業信息化的具體途徑

建立涉農服務網站，充分考慮農民使用，充分考慮農業增效，充分考慮農村發展。完善農民信息素養建設，加強信息技術環境下的教育培訓，促進信息技術環境下科技傳播的帶動，注重信息技術環境下科技推廣政策的引導。推進農業信息化應從以下幾個方面著手：農業信息網絡建設；農業信息資源數據庫建設；農業信息監測與速報系統建設；國際間農業信息機構的聯系與合作機制建設；引導和支持非政府農業信息機構的發展；信息服務人員的素質提高。

6 結束語

“農業興，基礎牢；農村穩，天下安。”在世界農業發展史上，大致經歷和發生了三次比較引人注目的農業技術革命。以拖拉機等農機具為標志的農業機械技術在農業生產上的廣泛應用，以現代遺傳學理論等為標志的生物和化學技術在農業生產中的應用。以生物技術和信息技術為核心的新技術革命，將影響到農業發展的各個層次和環節。農業技術革命已經悄然拉開了序幕。本文就農業知識領域中信息技術的應用前景展開了相關探討，首先對農業信息技術的基本理論做了相關梳理，然后分析了農業信息技術在我國的應用現狀，同時指出了我國農業知識領域中信息技術應用存在的問題，針對存在的問題，提出了構建數字農業理論體系的設想，并基于數字農業理論體系的基礎上，提出了完善農業信息化的具體途徑。通過這一系列的思考，獲得了對我國農業信息技術應用前景的一個基本認識。希望能對日后的農業信息技術工作的開展，起到微薄的幫助。

參考文獻

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[3] 李道亮,丁娟娟．農業資源高效利用技術集成專家系統的設計[J].中國農業大學學報,1999,4(2):14-18．

篇3

——信息技術改造傳統農業

利用先進的信息采集系統將一片土地的土壤類型、肥力等土壤信息，降雨、日照等氣象信息，以及農業生產動態等信息收集起來，利用信息分析系統將這些信息進行綜合分析處理，決定耕作的種類、方式，在生產過程中使用具有變量施肥、噴藥功能的農用機械根據不同地塊的情況進行精耕細作，從而有效提高產出、節約投入、減少環境污染———在位于北京市海淀區的國家農業信息化工程技術研究中心，中心精準農業工程技術部主任孟志軍為記者描繪了這樣一幅與傳統農業截然不同的圖景，這就是精準農業。

隨著信息時代的來臨，信息技術的飛速發展改變了人類的生活，這一技術在農業上的應用改變了幾千年來傳統農業的生產方式，翻開了農業發展的嶄新一頁?；凇?s”技術即遙感技術（rs）、地理信息系統（gis）、全球定位系統（gps）在農業中的應用，20世紀90年代中期以來，精準農業在美國、日本等發達國家中的實驗研究與實踐有了快速的發展，被譽為“信息時代作物生產管理技術思想的革命”。

承擔這一項目的是一支年輕的隊伍，平均年齡33歲，70%具有博士學位，多是有著農學與計算機專業背景的復合型人才，短短的五年時間，項目的研發已經有了實質性進展，他們開發出了收集信息的農田地理信息系統、分析信息的變量農業處方圖系統、能進行全自動化操作的變量施肥機、變量噴藥機等，目前他們正在打造一個更大的具有綜合分析功能的平臺系統。

——打造“數字農業”技術體系

事實上，精準農業也好、專家系統也好，還有設施農業、虛擬農業等等，這些基于現代信息技術的農業技術系統，都有一個共同的名字———“數字農業”。

“數字農業”是利用信息技術全面促進農業、農村可持續發展，建設現代化農業重要的科學支撐技術?！皵底洲r業”的內容主要包括農業要素、農業過程及農業管理的數字信息化。

“數字農業”是農業信息化的核心，也是農業信息化的具體表現形式。

“數字農業”正在使人們對科學利用農業資源潛力的認識和作物生產管理觀念產生深刻的變革，促進農業科技界突破傳統的以單學科研究為主的工作方式，通過多學科的融合和協調，將多種科技成果組裝集成，直接為農業生產的持續發展服務。

——以國產化與社會化為目標

“數字農業”是一個具有挑戰性的國家目標。幾乎所有現存的技術基礎，目前都還不足以支撐這樣一個戰略目標的實現?！皵底洲r業”在國內的發展，一方面是將其作為開展農業高新技術研究的重要方向，另一方面是通過“數字農業”技術體系的研究，從中分解出一系列適用新技術，進行國產化和社會化推廣。

作為“數字農業”的核心之一，精準農業的發展正面臨著令人振奮的前景。從精準農業示范基地的實施情況看，這一技術可以廣泛應用于小麥、玉米等大田作物，對品質要求高的經濟作物如煙葉、茶葉等效果也非常明顯，可以有效提高產出率，節約肥料使用率，提高產品質量。

然而同所有引進的技術一樣，精準農業面臨成本過高以及如何本土化的問題，目前基地使用的全球定位系統和聯合收割機等設備都由國外進口，價格高達100多萬元人民幣，只有實現國產化，其成本才能大幅降低，所以，今后精準農業要在關鍵技術上進行自主知識產權的研發和儲備，建立完全的國產化的精準農業信息采集、分析以及應用體系。

孟志軍介紹說，目前中心正在與黑龍江農墾總局、上海郊區的現代農業園區合作進行國產化試驗，以目前研發的情況看，精準農業技術的國產化在3、5年之內就可以達到。這意味著被普遍質疑的實施精準農業成本過高的問題會得以解決，進行社會化生產成為可能。

篇4

摘要：數字農業中大量時空數據分散在異構系統中，有著不同格式規范、概念術語、數學模型和分析推理方法。采用時空推理、本體論、語義Web和專家系統等技術建立一個數字農業時空信息管理平臺，對多源、異構的農業時空數據和推理分析方法進行集中統一的規范化管理。基于該平臺構建數字農業應用系統更加方便快捷。

關鍵詞：數字農業；時空推理；專家系統

數字農業應用涉及大量的氣象、環境、水文、地質、土壤等領域的時空數據。這些時空數據分散在異構系統中，有著不同的數據格式和規范，采用不同的概念和術語，基于不同的數學模型和分析推理方法。這些多領域時空信息對農業生產、決策均起著重要作用。但是以前由于缺乏高效、合理的技術手段，即使付出很高的代價，也很難將這些時空信息完整無損地共享和融合集成到數字農業應用中，在很大程度上制約了數字農業的應用發展。同時GIS等商業軟件平臺成本較高也不利于大規模應用推廣。

為此，本文基于自主版權GIS、專家系統等系統軟件，應用時空推理、本體論、語義Web、關系數據挖掘和專家系統等技術，建立一個數字農業時空信息智能管理平臺，對多源、異構的數字農業時空數據和推理分析方法進行集中統一的規范化管理，便于在實際應用中進行融合、集成和共享?；谠撈脚_快速建立起了數字化測土施肥系統、大豆種植標準化管理系統、無公害水果蔬菜栽培指導系統等一批智能應用系統。這些應用系統精確控制農田每一地塊種子、化肥和農藥的施用量，在提高作物產量的同時，能夠實現精確控制農業生產過程，有效降低成本，充分保證農業資源科學地綜合開發利用，減少和防止對環境和生態的污染破壞，保持農業生態環境的良性循環，是實現“綠色農業”的重要途徑。

1主要關鍵技術研究現狀

1．1數字農業

數字農業是在“數字地球”的基礎上提出并發展的，是21世紀新型的農業模式和挑戰性的國家目標，包括精準農業、虛擬農業等內容，其核心是精準農業。以3S技術應用為核心的數字農業空間信息管理平臺開發研究是數字農業研究的突破口[1,2]。美國于20世紀80年代初提出數字農業的概念，它是針對農業生產穩定性差、技術措施差異程度大等情況，運用衛星全球定位系統控制位置，用計算機精確定量，把農業技術措施的差異從地塊水平精確到平方厘米水平，從而極大地提高種子、化肥、農藥等農業資源的利用率，提高農產量，減少環境污染。法國農業部植?？偩纸⒘巳珖秶鷥鹊牟∠x測報計算機網絡系統。日本農林水產省建立了水稻、大豆、大麥等多種作物品種、品系的數據庫系統。新西蘭農牧研究院利用信息技術向農場主提供土地肥力測定、動物接種免疫、草場建設、飼料質量分析等各種信息服務。同時，我國緊跟國際研究的前沿，開展了系統工程、數據庫與信息管理系統、遙感、專家系統、決策支持系統、地理信息系統等技術在農業、資源、環境和災害方面的應用研究。

1．2時空推理

近年來，時空推理（Spatio－temporalReasoning）已成為十分活躍的研究方向，在軍事、航天、能源、交通、農業、環境等領域有著廣泛的應用。近十年來我國國家基礎地理信息中心、清華大學、信息大學、中國科學院、武漢測繪科技大學、武漢大學、吉林大學等單位在時態GIS、時空數據模型、時空拓撲、時空數據庫等時空推理相關領域開展了大量研究工作。

1．3時空數據標準與共享

不同領域和應用環境對時空數據的理解存在很大差異，這造成了異構時空系統集成的困難，因此時空數據共享、互操作和標準化的研究具有重要意義。這方面研究最初從空間數據入手，近期開始向時間數據和時空結合數據發展。時空數據的共享有以下方式：

（1）空間數據交換

空間數據交換的基本思想是各系統使用自身的數據格式，通過標準格式進行數據交換。目前空間數據交換標準有：SDTS、DIGEST、RINEX等國際標準；以色列的IEF、英國的MOEPSTD、加拿大的SAIF、我國的CNSDTF等國家標準；AutoDesk的DXF、ESRI的E00、MapInfo的MIF等廠商標準。盡管各GIS軟件廠商提供了公開的交換文件格式來進行空間數據的轉換，但由于底層數據模型的不同，最終導致不同的GIS的空間數據不能無損的共享。雖然空間數據交換仍然在使用，但效果并不理想?？臻g數據互操作標準是當前國際公認的，比空間數據交換標準更有前途的數據標準。

（2）基于GML的空間數據互操作

開放式地理信息系統協會(OpenGISConsortium，OGC)提出了簡單要素實現規范和地理標記語言(GeographyMarkupLanguage，GML)。OGC相繼推出了一整套GIS互操作的抽象規范，包括地理幾何要素、要素集、OGIS要素、要素之間的關系、空間參考系統、定位幾何結構、存儲函數和插值、覆蓋類型及地球影像等17個抽象規范，2003年1月推出GML3.10版[3]。近年來，國內外眾多學者基于GML在空間數據共享等方面開展了大量研究。2001年Rancourt等人[4]將GML與先前所定義的空間標準進行比較，認為GML能有效地滿足空間數據交換標準。2002年，ZhangJianting等人[5]提出了一種基于GML的Internet地理信息搜索引擎。2003年，ZhangChuanrong等人[6]在網絡環境下以GML作為異構空間數據庫交換共享空間數據的格式，成功實現數據的互操作。2003年，崔希民等人[7]提出了GIS數據集成和互操作的系統架構，在數據層次上實現GIS數據的集成和互操作。2003年，張霞等人[8]提出一種基于GML構造WebGIS的框架結構,給出實現框架技術。其中采用GML作為空間數據集成格式。2004年，朱前飛等人[9]提出了一種新的基于GML的數據共享解決方案。2005年，陳傳彬等人[10]提出了基于GML的多源異構空間數據集成框架。GML數據類型較完整，支持廠家較多，相關研究豐富，是目前最有前景的時空數據標準。本文選擇GML作為農業時空數據標準。

1．4時空本體

1．4．1本體、語義Web和OWL

本體方法目前已經成為計算機科學中的一種重要方法，在語義Web、搜索引擎、知識處理平臺、異構系統集成、電子商務、自然語言理解、知識工程等領域有著重要應用。尤其是目前隨著對語義Web研究的深入，本體論方法受到了越來越多的關注，人們普遍認為它是建立語義Web的核心技術。OWL是當前最有發展前景的本體表示語言。2002年7月29日,W3C組織公布了本體描述語言(WebOntologyLanguage,OWL)的工作草案1.0版。目前工作草案的最新更新為2004年2月10日的版本[11]。

1．4．2時空本體

基于本體方法對時空建模的相關研究工作如下：

1998年，Roberto考慮了作為地理表示基礎的某些本體問題，給出了關于一般空間表示理論的某些建議[12]。2000年ZhouQ.和FikesR.定義了一種考慮時間點和時段的時間本體[13]。2000年，Córcoles基于XML定義了一個類似SQL的時空查詢語言，該語言包含八種空間算子和三種時態算子用于表達時空關系[14]。2003年，Grenon基于一階謂詞邏輯定義了時空本體，使用斯坦福大學的Protégé環境實現[15]。2003年，Bittner等人[16]提出了用于描述復雜時空過程和其中的持續實體的形式化本體。以上工作中Grenon的時空本體研究相對完整，相關研究成果已經在網上共享，本文在此基礎上開展研究，建立農業時空本體。

2主要研究內容

（1）農業時空數據規范

現階段我國還沒有公認的農業時空數據標準出臺。本文基于時空推理技術，研究通用性更強的時空數據表示模型，能表示氣象、土壤、環境、水文、地質等各領域的農業時空數據。GML是目前公認的時空數據標準，利用上述模型擴充GML，兼容中國農業科學院的“農業資源空間信息元數據的分類及編碼體系草案”等國內現有的地方性標準，構建針對數字農業中時空數據的DA－GML標準，作為數字農業基礎時空數據的規范?，F有的土壤、環境等基礎空間數據庫均支持到GML格式的轉換。

（2）農業基礎時空數據庫

基于筆者自主開發的GIS平臺建立農業基礎時空數據庫，該平臺具有運行穩定、資源占用少、結構靈活、功能可裁減、成本較低、便于移植等特點。采用了時空推理技術，支持對空間和時空信息的表示和推理。通過DA－GML能夠直接從現有系統中獲取領域農業基礎時空數據，主要包括土壤數據庫、環境數據庫、氣象資料數據庫、農業生產條件數據庫、林業信息數據庫、影像數據庫等。

（3）農業時空分析方法庫與農業時空知識庫

時空推理是研究時間、空間及時空結合信息本質的技術，通過時空推理技術將現有面向農業領域的時空分析技術進行整合和規范化表示，形成農業時空分析方法庫。對領域農業時空知識進行歸納、整理，同時通過數據挖掘方法從基礎數據中提煉知識，建立農業時空知識庫。

（4）農業時空本體庫

在(2)、(3)中存儲的數據、方法和知識需要一個有效的機制進行組織和管理。就目前技術而言，本體是表達一個領域內完整的體系（概念層次、概念之間的關聯等）的最有效工具，所以本文選擇建立農業時空本體庫。具體包括本體獲取、本體管理、本體服務與展示三個模塊。使用Protégé做本體開發環境編輯。Protégé是斯坦福大學開發的基于Java的本體編輯與知識獲取工具，帶有OWL插件的Protégé可以支持OWL格式的本體編輯與輸出。

以上三個庫通過WebService方式提供基于Internet的服務，可以在線對庫中信息進行維護和檢索，并能無縫集成到應用系統中。

（5）系統體系結構

系統工作原理如圖1所示。首先，外部系統的時空數據轉換成GML格式（現在絕大多數系統支持該數據標準），進入農業基礎時空數據庫。通過本體獲取與編輯模塊將時空數據和時空知識整理，形成本體庫。外部系統的請求通過WebSer－vices發給仲裁者，仲裁者區分各類情況調用三個庫調用服務、提取數據和執行操作，結果返回給用戶。

（6）基于平臺開發農業生產智能應用系統

基于數字農業時空信息管理平臺建立數字化測土施肥系統、作物種植標準化管理系統、無公害水果蔬菜栽培指導系統等一批農業生產智能應用系統，解決實際問題。

3相關系統對比分析

3．1數字農業空間信息管理平臺

平臺基于信息和知識支持的現代農業管理的集成技術，對農田信息進行動態采集、分析、處理和輸出，從而根據農田區域差異、農事安排進行模擬分析、決策支持管理和指揮控制，并對農業生產過程的區域差異進行精確定位、動態控制等定量操作[17]。

3．2全國農業資源空間信息管理系統

全國農業資源空間信息管理系統(NASIS)實現對全國農業資源空間信息的查詢分發，具有系統管理、動態數據字典、數據檢索、查詢、數據分發、制圖、報表統計、數據分發等功能。該系統已經用于全國農作物遙感監測、農業資源調查、農業科研和農業政策信息支持服務等方面[18]。

3．3中國西部農業空間信息服務系統

計算機技術、互聯網技術的迅速發展為建立基于Web的中國西部農業空間信息服務系統提供技術支撐。本文從西部農業空間信息服務系統的數據庫構建開始，全面地介紹了系統的運行模式和數據庫訪問技術，詳細論述了系統的總體結構、平臺環境和開發實現等。

（1）基于平臺提供的開發框架，能方便、高效地建立大量的數字農業智能應用系統，基層農業科技人員也能快速開發出技術含量高的應用系統，各應用系統能互通、共享，便于升級維護。

（2）由于大量的底層服務、數據、知識和方法由平臺集中統一提供，簡化了開發數字農業應用軟件的工作，節約了成本。

篇5

關鍵詞：數字農業；時空推理；專家系統

0引言

數字農業應用涉及大量的氣象、環境、水文、地質、土壤等領域的時空數據。這些時空數據分散在異構系統中，有著不同的數據格式和規范，采用不同的概念和術語，基于不同的數學模型和分析推理方法。這些多領域時空信息對農業生產、決策均起著重要作用。但是以前由于缺乏高效、合理的技術手段，即使付出很高的代價，也很難將這些時空信息完整無損地共享和融合集成到數字農業應用中，在很大程度上制約了數字農業的應用發展。同時GIS等商業軟件平臺成本較高也不利于大規模應用推廣。

為此，本文基于自主版權GIS、專家系統等系統軟件，應用時空推理、本體論、語義Web、關系數據挖掘和專家系統等技術，建立一個數字農業時空信息智能管理平臺，對多源、異構的數字農業時空數據和推理分析方法進行集中統一的規范化管理，便于在實際應用中進行融合、集成和共享?；谠撈脚_快速建立起了數字化測土施肥系統、大豆種植標準化管理系統、無公害水果蔬菜栽培指導系統等一批智能應用系統。這些應用系統精確控制農田每一地塊種子、化肥和農藥的施用量，在提高作物產量的同時，能夠實現精確控制農業生產過程，有效降低成本，充分保證農業資源科學地綜合開發利用，減少和防止對環境和生態的污染破壞，保持農業生態環境的良性循環，是實現“綠色農業”的重要途徑。

1主要關鍵技術研究現狀

1．1數字農業

數字農業是在“數字地球”的基礎上提出并發展的，是21世紀新型的農業模式和挑戰性的國家目標，包括精準農業、虛擬農業等內容，其核心是精準農業。以3S技術應用為核心的數字農業空間信息管理平臺開發研究是數字農業研究的突破口[1,2]。美國于20世紀80年代初提出數字農業的概念，它是針對農業生產穩定性差、技術措施差異程度大等情況，運用衛星全球定位系統控制位置，用計算機精確定量，把農業技術措施的差異從地塊水平精確到平方厘米水平，從而極大地提高種子、化肥、農藥等農業資源的利用率，提高農產量，減少環境污染。法國農業部植?？偩纸⒘巳珖秶鷥鹊牟∠x測報計算機網絡系統。日本農林水產省建立了水稻、大豆、大麥等多種作物品種、品系的數據庫系統。新西蘭農牧研究院利用信息技術向農場主提供土地肥力測定、動物接種免疫、草場建設、飼料質量分析等各種信息服務。同時，我國緊跟國際研究的前沿，開展了系統工程、數據庫與信息管理系統、遙感、專家系統、決策支持系統、地理信息系統等技術在農業、資源、環境和災害方面的應用研究。

1．2時空推理

近年來，時空推理（Spatio－temporalReasoning）已成為十分活躍的研究方向，在軍事、航天、能源、交通、農業、環境等領域有著廣泛的應用。近十年來我國國家基礎地理信息中心、清華大學、信息大學、中國科學院、武漢測繪科技大學、武漢大學、吉林大學等單位在時態GIS、時空數據模型、時空拓撲、時空數據庫等時空推理相關領域開展了大量研究工作。

1．3時空數據標準與共享

不同領域和應用環境對時空數據的理解存在很大差異，這造成了異構時空系統集成的困難，因此時空數據共享、互操作和標準化的研究具有重要意義。這方面研究最初從空間數據入手，近期開始向時間數據和時空結合數據發展。時空數據的共享有以下方式：

（1）空間數據交換

空間數據交換的基本思想是各系統使用自身的數據格式，通過標準格式進行數據交換。目前空間數據交換標準有：SDTS、DIGEST、RINEX等國際標準；以色列的IEF、英國的MOEPSTD、加拿大的SAIF、我國的CNSDTF等國家標準；AutoDesk的DXF、ESRI的E00、MapInfo的MIF等廠商標準。盡管各GIS軟件廠商提供了公開的交換文件格式來進行空間數據的轉換，但由于底層數據模型的不同，最終導致不同的GIS的空間數據不能無損的共享。雖然空間數據交換仍然在使用，但效果并不理想。空間數據互操作標準是當前國際公認的，比空間數據交換標準更有前途的數據標準。

（2）基于GML的空間數據互操作

開放式地理信息系統協會(OpenGISConsortium，OGC)提出了簡單要素實現規范和地理標記語言(GeographyMarkupLanguage，GML)。OGC相繼推出了一整套GIS互操作的抽象規范，包括地理幾何要素、要素集、OGIS要素、要素之間的關系、空間參考系統、定位幾何結構、存儲函數和插值、覆蓋類型及地球影像等17個抽象規范，2003年1月推出GML3.10版[3]。近年來，國內外眾多學者基于GML在空間數據共享等方面開展了大量研究。2001年Rancourt等人[4]將GML與先前所定義的空間標準進行比較，認為GML能有效地滿足空間數據交換標準。2002年，ZhangJianting等人[5]提出了一種基于GML的Internet地理信息搜索引擎。2003年，ZhangChuanrong等人[6]在網絡環境下以GML作為異構空間數據庫交換共享空間數據的格式，成功實現數據的互操作。2003年，崔希民等人[7]提出了GIS數據集成和互操作的系統架構，在數據層次上實現GIS數據的集成和互操作。2003年，張霞等人[8]提出一種基于GML構造WebGIS的框架結構,給出實現框架技術。其中采用GML作為空間數據集成格式。2004年，朱前飛等人[9]提出了一種新的基于GML的數據共享解決方案。2005年，陳傳彬等人[10]提出了基于GML的多源異構空間數據集成框架。GML數據類型較完整，支持廠家較多，相關研究豐富，是目前最有前景的時空數據標準。本文選擇GML作為農業時空數據標準。

1．4時空本體

1．4．1本體、語義Web和OWL

本體方法目前已經成為計算機科學中的一種重要方法，在語義Web、搜索引擎、知識處理平臺、異構系統集成、電子商務、自然語言理解、知識工程等領域有著重要應用。尤其是目前隨著對語義Web研究的深入，本體論方法受到了越來越多的關注，人們普遍認為它是建立語義Web的核心技術。OWL是當前最有發展前景的本體表示語言。2002年7月29日,W3C組織公布了本體描述語言(WebOntologyLanguage,OWL)的工作草案1.0版。目前工作草案的最新更新為2004年2月10日的版本[11]。

1．4．2時空本體

基于本體方法對時空建模的相關研究工作如下：

1998年，Roberto考慮了作為地理表示基礎的某些本體問題，給出了關于一般空間表示理論的某些建議[12]。2000年ZhouQ.和FikesR.定義了一種考慮時間點和時段的時間本體[13]。2000年，Córcoles基于XML定義了一個類似SQL的時空查詢語言，該語言包含八種空間算子和三種時態算子用于表達時空關系[14]。2003年，Grenon基于一階謂詞邏輯定義了時空本體，使用斯坦福大學的Protégé環境實現[15]。2003年，Bittner等人[16]提出了用于描述復雜時空過程和其中的持續實體的形式化本體。以上工作中Grenon的時空本體研究相對完整，相關研究成果已經在網上共享，本文在此基礎上開展研究，建立農業時空本體。

2主要研究內容（1）農業時空數據規范

現階段我國還沒有公認的農業時空數據標準出臺。本文基于時空推理技術，研究通用性更強的時空數據表示模型，能表示氣象、土壤、環境、水文、地質等各領域的農業時空數據。GML是目前公認的時空數據標準，利用上述模型擴充GML，兼容中國農業科學院的“農業資源空間信息元數據的分類及編碼體系草案”等國內現有的地方性標準，構建針對數字農業中時空數據的DA－GML標準，作為數字農業基礎時空數據的規范?，F有的土壤、環境等基礎空間數據庫均支持到GML格式的轉換。

（2）農業基礎時空數據庫

基于筆者自主開發的GIS平臺建立農業基礎時空數據庫，該平臺具有運行穩定、資源占用少、結構靈活、功能可裁減、成本較低、便于移植等特點。采用了時空推理技術，支持對空間和時空信息的表示和推理。通過DA－GML能夠直接從現有系統中獲取領域農業基礎時空數據，主要包括土壤數據庫、環境數據庫、氣象資料數據庫、農業生產條件數據庫、林業信息數據庫、影像數據庫等。

（3）農業時空分析方法庫與農業時空知識庫

時空推理是研究時間、空間及時空結合信息本質的技術，通過時空推理技術將現有面向農業領域的時空分析技術進行整合和規范化表示，形成農業時空分析方法庫。對領域農業時空知識進行歸納、整理，同時通過數據挖掘方法從基礎數據中提煉知識，建立農業時空知識庫。

（4）農業時空本體庫

在(2)、(3)中存儲的數據、方法和知識需要一個有效的機制進行組織和管理。就目前技術而言，本體是表達一個領域內完整的體系（概念層次、概念之間的關聯等）的最有效工具，所以本文選擇建立農業時空本體庫。具體包括本體獲取、本體管理、本體服務與展示三個模塊。使用Protégé做本體開發環境編輯。Protégé是斯坦福大學開發的基于Java的本體編輯與知識獲取工具，帶有OWL插件的Protégé可以支持OWL格式的本體編輯與輸出。

以上三個庫通過WebService方式提供基于Internet的服務，可以在線對庫中信息進行維護和檢索，并能無縫集成到應用系統中。

（5）系統體系結構

系統工作原理如圖1所示。首先，外部系統的時空數據轉換成GML格式（現在絕大多數系統支持該數據標準），進入農業基礎時空數據庫。通過本體獲取與編輯模塊將時空數據和時空知識整理，形成本體庫。外部系統的請求通過WebSer－vices發給仲裁者，仲裁者區分各類情況調用三個庫調用服務、提取數據和執行操作，結果返回給用戶。

（6）基于平臺開發農業生產智能應用系統

基于數字農業時空信息管理平臺建立數字化測土施肥系統、作物種植標準化管理系統、無公害水果蔬菜栽培指導系統等一批農業生產智能應用系統，解決實際問題。

3相關系統對比分析

3．1數字農業空間信息管理平臺

平臺基于信息和知識支持的現代農業管理的集成技術，對農田信息進行動態采集、分析、處理和輸出，從而根據農田區域差異、農事安排進行模擬分析、決策支持管理和指揮控制，并對農業生產過程的區域差異進行精確定位、動態控制等定量操作[17]。

3．2全國農業資源空間信息管理系統

全國農業資源空間信息管理系統(NASIS)實現對全國農業資源空間信息的查詢分發，具有系統管理、動態數據字典、數據檢索、查詢、數據分發、制圖、報表統計、數據分發等功能。該系統已經用于全國農作物遙感監測、農業資源調查、農業科研和農業政策信息支持服務等方面[18]。

3．3中國西部農業空間信息服務系統

計算機技術、互聯網技術的迅速發展為建立基于Web的中國西部農業空間信息服務系統提供技術支撐。本文從西部農業空間信息服務系統的數據庫構建開始，全面地介紹了系統的運行模式和數據庫訪問技術，詳細論述了系統的總體結構、平臺環境和開發實現等。

（1）基于平臺提供的開發框架，能方便、高效地建立大量的數字農業智能應用系統，基層農業科技人員也能快速開發出技術含量高的應用系統，各應用系統能互通、共享，便于升級維護。

（2）由于大量的底層服務、數據、知識和方法由平臺集中統一提供，簡化了開發數字農業應用軟件的工作，節約了成本。

4結束語

數字農業時空信息管理平臺從系統目標、適用范圍、采用技術、系統接口等方面不同于任何現有的基礎農業空間數據管理平臺，是一個概念全新的系統，定位于基礎農業空間數據管理平臺的上層，更便于開發數字農業應用。其中的本體庫等機制為將來建立農業時空數據網格奠定了良好的基礎。

參考文獻：

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