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(shù)，我們?yōu)槟鷾?zhǔn)備了不同風(fēng)格的5篇數(shù)字農(nóng)業(yè)的前景，期待它們能激發(fā)您的靈感。

篇1

傳統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)只是簡單滿足使用者的需求，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)則是運用計算機(jī)技術(shù)來縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期、降低產(chǎn)品的設(shè)計成本并進(jìn)行后期的維護(hù)。對于農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計來說，它有著廣闊的市場，而且可以設(shè)計的種類非常多，但是農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計一般都沒有使用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，所以長期以來農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計水平相對較低。而運用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)可以使農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計有著更好的發(fā)展前景，使設(shè)計出來的農(nóng)業(yè)機(jī)械更加完善。目前，農(nóng)業(yè)機(jī)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(chuàng)新。比如，在播種機(jī)的設(shè)計中應(yīng)該考慮根據(jù)不同的播種對象來進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計，即可以分為條形播種機(jī)和精密播種機(jī)，要根據(jù)不同的播種條件來進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計。另外還可以按照播種機(jī)工作原理的差異設(shè)計機(jī)械式和氣力式播種機(jī)，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)能夠?qū)⑦@些種類進(jìn)行區(qū)別設(shè)計。將數(shù)字化設(shè)計技術(shù)運用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計過程中將會使農(nóng)業(yè)機(jī)械的種類更加豐富，使同一種類的產(chǎn)品有不同的功能區(qū)分，完善目前農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計的不足之處，使農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠得到更廣泛、更有效的運用。

二、數(shù)字化設(shè)計技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計的前景

由于現(xiàn)今農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計水平相對落后，所以數(shù)字化設(shè)計技術(shù)必然在農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計過程中有更廣闊的應(yīng)用前景。比如，可以將虛擬技術(shù)運用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中、數(shù)字化設(shè)計技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計協(xié)同設(shè)計以及在農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計中注重增強(qiáng)創(chuàng)新意識，下面將對這些數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中的運用前景進(jìn)行詳述。

2.1將虛擬技術(shù)運用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中

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

2.2數(shù)字化設(shè)計技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計協(xié)同設(shè)計制造

在農(nóng)業(yè)機(jī)械的制造過程中運用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)能夠最大程度提升產(chǎn)品的可靠性，降低產(chǎn)品設(shè)計過程中的成本費用和設(shè)計時間。利用這一技術(shù)能夠使設(shè)計方案得到較快地更改，避免不夠完善的計劃造成生產(chǎn)成本浪費。

2.3農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)字化設(shè)計過程中更加注重創(chuàng)新設(shè)計

現(xiàn)今的農(nóng)業(yè)機(jī)械種類和樣式差異不大，沒有較大的改良，所生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械不能完全滿足農(nóng)民的需要，而且作用較單一，如果能夠?qū)r(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，那么將會使農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的種類更加完善，并且能夠更大限度的提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)可以較快捷、可靠地幫助研發(fā)人員設(shè)計出不同的農(nóng)業(yè)機(jī)械，這將是未來農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計的必然發(fā)展方向。

三、小結(jié)

篇2

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)知識；信息技術(shù)；應(yīng)用；前景

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

0 引言

農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民問題關(guān)系黨和國家事業(yè)發(fā)展全局，農(nóng)業(yè)信息化是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的大趨勢。智能化信息技術(shù)從70年代末開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，發(fā)展速度很快。目前，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)運用中還存在諸多問題，信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，是農(nóng)業(yè)信息化的主要標(biāo)志和重要內(nèi)容。

1 農(nóng)業(yè)信息技術(shù)概述

農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的一類技術(shù)的總稱。它是高新技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的一個重要發(fā)展方向，主要研究現(xiàn)代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，包括感測與識別技術(shù)、信息傳遞技術(shù)、信息處理與再生技術(shù)、信息施用技術(shù)等，利用現(xiàn)代信息技術(shù)可以加速農(nóng)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的升級，是現(xiàn)代信息科學(xué)迅猛發(fā)展和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)內(nèi)部需求相結(jié)合的必然產(chǎn)物。

2 我國農(nóng)業(yè)知識領(lǐng)域中信息技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國的農(nóng)業(yè)信息化水平與發(fā)達(dá)國家還存在很大差距。盡管我國農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的應(yīng)用已初見成效，但整體水平不高，信息資源的數(shù)量與質(zhì)量不能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)管理的需要。從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動者，大部分文化程度較低，信息意識不強(qiáng)，對農(nóng)業(yè)科技的了解比較少。我國目前已有的信息設(shè)施，尚未在農(nóng)業(yè)知識領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，根源在于，我國農(nóng)技人員及廣大農(nóng)民不會使用計算機(jī)，信息意識差。廣大農(nóng)村的生產(chǎn)力水平落后，信息不靈，交通不便，農(nóng)民缺乏有效的信息指導(dǎo)。信息時代的到來，給農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了大好的機(jī)遇，我們應(yīng)該抓住這一機(jī)遇，真正做到使農(nóng)業(yè)發(fā)展逐步轉(zhuǎn)到依靠科技進(jìn)步和勞動者的素質(zhì)提高上來。

3 我國農(nóng)業(yè)知識領(lǐng)域中信息技術(shù)應(yīng)用存在的問題

首先，政府在農(nóng)業(yè)信息技術(shù)及農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)上的主導(dǎo)作用發(fā)揮不夠。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是職能不到位，政府在農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展戰(zhàn)略和總體規(guī)劃方面，沒有充分發(fā)揮指導(dǎo)和協(xié)調(diào)的功能。二是職能錯位，政府承擔(dān)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(jiān)督和管理，工作機(jī)制不夠健全。其次，農(nóng)業(yè)信息采集的覆蓋范圍和時效性有待進(jìn)一步加強(qiáng)，兼?zhèn)滢r(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的復(fù)合型農(nóng)業(yè)信息人才缺乏。農(nóng)業(yè)信息服務(wù)面窄，實用性不強(qiáng)。為了解決我國在運用農(nóng)業(yè)信息技術(shù)服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遇到的實際問題，我們提出數(shù)字農(nóng)業(yè)理論體系。

4 數(shù)字農(nóng)業(yè)理論體系的研究

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，信息技術(shù)、生物技術(shù)的突破及其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，大大加快了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，數(shù)字農(nóng)業(yè)是21世紀(jì)提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)水平的有效途徑之一，數(shù)字農(nóng)業(yè)將有力推動農(nóng)業(yè)增長方式轉(zhuǎn)變和農(nóng)業(yè)增產(chǎn)與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，數(shù)字農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的要求，同時，數(shù)字農(nóng)業(yè)是環(huán)境健康的要求。美國、加拿大等國家的數(shù)字農(nóng)業(yè)研究已初有成效，澳大利亞、英國、丹麥等國家都頒布了嚴(yán)格的環(huán)境法律。在我國，從事農(nóng)業(yè)研究的人員首先開始了“數(shù)字農(nóng)業(yè)”研究。農(nóng)業(yè)信息化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的共同取向和世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，數(shù)字農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)信息化的核心和必由之路。數(shù)字農(nóng)業(yè)具有幾個顯著特點：虛擬現(xiàn)實技術(shù)支持下的多維網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)；多源、多比例尺、多分辨率以及數(shù)據(jù)集成的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)；面向全社會公眾開放的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)；農(nóng)業(yè)運行機(jī)制的全面數(shù)字化。

5 完善農(nóng)業(yè)信息化的具體途徑

建立涉農(nóng)服務(wù)網(wǎng)站，充分考慮農(nóng)民使用，充分考慮農(nóng)業(yè)增效，充分考慮農(nóng)村發(fā)展。完善農(nóng)民信息素養(yǎng)建設(shè)，加強(qiáng)信息技術(shù)環(huán)境下的教育培訓(xùn)，促進(jìn)信息技術(shù)環(huán)境下科技傳播的帶動，注重信息技術(shù)環(huán)境下科技推廣政策的引導(dǎo)。推進(jìn)農(nóng)業(yè)信息化應(yīng)從以下幾個方面著手：農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；農(nóng)業(yè)信息資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)；農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測與速報系統(tǒng)建設(shè)；國際間農(nóng)業(yè)信息機(jī)構(gòu)的聯(lián)系與合作機(jī)制建設(shè)；引導(dǎo)和支持非政府農(nóng)業(yè)信息機(jī)構(gòu)的發(fā)展；信息服務(wù)人員的素質(zhì)提高。

6 結(jié)束語

“農(nóng)業(yè)興，基礎(chǔ)牢；農(nóng)村穩(wěn)，天下安。”在世界農(nóng)業(yè)發(fā)展史上，大致經(jīng)歷和發(fā)生了三次比較引人注目的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命。以拖拉機(jī)等農(nóng)機(jī)具為標(biāo)志的農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用，以現(xiàn)代遺傳學(xué)理論等為標(biāo)志的生物和化學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。以生物技術(shù)和信息技術(shù)為核心的新技術(shù)革命，將影響到農(nóng)業(yè)發(fā)展的各個層次和環(huán)節(jié)。農(nóng)業(yè)技術(shù)革命已經(jīng)悄然拉開了序幕。本文就農(nóng)業(yè)知識領(lǐng)域中信息技術(shù)的應(yīng)用前景展開了相關(guān)探討，首先對農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的基本理論做了相關(guān)梳理，然后分析了農(nóng)業(yè)信息技術(shù)在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀，同時指出了我國農(nóng)業(yè)知識領(lǐng)域中信息技術(shù)應(yīng)用存在的問題，針對存在的問題，提出了構(gòu)建數(shù)字農(nóng)業(yè)理論體系的設(shè)想，并基于數(shù)字農(nóng)業(yè)理論體系的基礎(chǔ)上，提出了完善農(nóng)業(yè)信息化的具體途徑。通過這一系列的思考，獲得了對我國農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用前景的一個基本認(rèn)識。希望能對日后的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)工作的開展，起到微薄的幫助。

參考文獻(xiàn)

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篇3

——信息技術(shù)改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)

利用先進(jìn)的信息采集系統(tǒng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)動態(tài)等信息收集起來，利用信息分析系統(tǒng)將這些信息進(jìn)行綜合分析處理，決定耕作的種類、方式，在生產(chǎn)過程中使用具有變量施肥、噴藥功能的農(nóng)用機(jī)械根據(jù)不同地塊的情況進(jìn)行精耕細(xì)作，從而有效提高產(chǎn)出、節(jié)約投入、減少環(huán)境污染———在位于北京市海淀區(qū)的國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心，中心精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)部主任孟志軍為記者描繪了這樣一幅與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)截然不同的圖景，這就是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。

隨著信息時代的來臨，信息技術(shù)的飛速發(fā)展改變了人類的生活，這一技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用改變了幾千年來傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式，翻開了農(nóng)業(yè)發(fā)展的嶄新一頁。基于“3s”技術(shù)即遙感技術(shù)（rs）、地理信息系統(tǒng)（gis）、全球定位系統(tǒng)（gps）在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，20世紀(jì)90年代中期以來，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在美國、日本等發(fā)達(dá)國家中的實驗研究與實踐有了快速的發(fā)展，被譽(yù)為“信息時代作物生產(chǎn)管理技術(shù)思想的革命”。

承擔(dān)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(xué)位，多是有著農(nóng)學(xué)與計算機(jī)專業(yè)背景的復(fù)合型人才，短短的五年時間，項目的研發(fā)已經(jīng)有了實質(zhì)性進(jìn)展，他們開發(fā)出了收集信息的農(nóng)田地理信息系統(tǒng)、分析信息的變量農(nóng)業(yè)處方圖系統(tǒng)、能進(jìn)行全自動化操作的變量施肥機(jī)、變量噴藥機(jī)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(tǒng)。

——打造“數(shù)字農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系

事實上，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)也好、專家系統(tǒng)也好，還有設(shè)施農(nóng)業(yè)、虛擬農(nóng)業(yè)等等，這些基于現(xiàn)代信息技術(shù)的農(nóng)業(yè)技術(shù)系統(tǒng)，都有一個共同的名字———“數(shù)字農(nóng)業(yè)”。

“數(shù)字農(nóng)業(yè)”是利用信息技術(shù)全面促進(jìn)農(nóng)業(yè)、農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)重要的科學(xué)支撐技術(shù)。“數(shù)字農(nóng)業(yè)”的內(nèi)容主要包括農(nóng)業(yè)要素、農(nóng)業(yè)過程及農(nóng)業(yè)管理的數(shù)字信息化。

“數(shù)字農(nóng)業(yè)”是農(nóng)業(yè)信息化的核心，也是農(nóng)業(yè)信息化的具體表現(xiàn)形式。

“數(shù)字農(nóng)業(yè)”正在使人們對科學(xué)利用農(nóng)業(yè)資源潛力的認(rèn)識和作物生產(chǎn)管理觀念產(chǎn)生深刻的變革，促進(jìn)農(nóng)業(yè)科技界突破傳統(tǒng)的以單學(xué)科研究為主的工作方式，通過多學(xué)科的融合和協(xié)調(diào)，將多種科技成果組裝集成，直接為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

——以國產(chǎn)化與社會化為目標(biāo)

“數(shù)字農(nóng)業(yè)”是一個具有挑戰(zhàn)性的國家目標(biāo)。幾乎所有現(xiàn)存的技術(shù)基礎(chǔ)，目前都還不足以支撐這樣一個戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)。“數(shù)字農(nóng)業(yè)”在國內(nèi)的發(fā)展，一方面是將其作為開展農(nóng)業(yè)高新技術(shù)研究的重要方向，另一方面是通過“數(shù)字農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系的研究，從中分解出一系列適用新技術(shù)，進(jìn)行國產(chǎn)化和社會化推廣。

作為“數(shù)字農(nóng)業(yè)”的核心之一，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展正面臨著令人振奮的前景。從精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范基地的實施情況看，這一技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于小麥、玉米等大田作物，對品質(zhì)要求高的經(jīng)濟(jì)作物如煙葉、茶葉等效果也非常明顯，可以有效提高產(chǎn)出率，節(jié)約肥料使用率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

然而同所有引進(jìn)的技術(shù)一樣，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)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(tǒng)和聯(lián)合收割機(jī)等設(shè)備都由國外進(jìn)口，價格高達(dá)100多萬元人民幣，只有實現(xiàn)國產(chǎn)化，其成本才能大幅降低，所以，今后精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)要在關(guān)鍵技術(shù)上進(jìn)行自主知識產(chǎn)權(quán)的研發(fā)和儲備，建立完全的國產(chǎn)化的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)信息采集、分析以及應(yīng)用體系。

孟志軍介紹說，目前中心正在與黑龍江農(nóng)墾總局、上海郊區(qū)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)合作進(jìn)行國產(chǎn)化試驗，以目前研發(fā)的情況看，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的國產(chǎn)化在3、5年之內(nèi)就可以達(dá)到。這意味著被普遍質(zhì)疑的實施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)成本過高的問題會得以解決，進(jìn)行社會化生產(chǎn)成為可能。

篇4

摘要：數(shù)字農(nóng)業(yè)中大量時空數(shù)據(jù)分散在異構(gòu)系統(tǒng)中，有著不同格式規(guī)范、概念術(shù)語、數(shù)學(xué)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(tǒng)等技術(shù)建立一個數(shù)字農(nóng)業(yè)時空信息管理平臺，對多源、異構(gòu)的農(nóng)業(yè)時空數(shù)據(jù)和推理分析方法進(jìn)行集中統(tǒng)一的規(guī)范化管理。基于該平臺構(gòu)建數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)更加方便快捷。

關(guān)鍵詞：數(shù)字農(nóng)業(yè)；時空推理；專家系統(tǒng)

數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用涉及大量的氣象、環(huán)境、水文、地質(zhì)、土壤等領(lǐng)域的時空數(shù)據(jù)。這些時空數(shù)據(jù)分散在異構(gòu)系統(tǒng)中，有著不同的數(shù)據(jù)格式和規(guī)范，采用不同的概念和術(shù)語，基于不同的數(shù)學(xué)模型和分析推理方法。這些多領(lǐng)域時空信息對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、決策均起著重要作用。但是以前由于缺乏高效、合理的技術(shù)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(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，在很大程度上制約了數(shù)字農(nóng)業(yè)的應(yīng)用發(fā)展。同時GIS等商業(yè)軟件平臺成本較高也不利于大規(guī)模應(yīng)用推廣。

為此，本文基于自主版權(quán)GIS、專家系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件，應(yīng)用時空推理、本體論、語義Web、關(guān)系數(shù)據(jù)挖掘和專家系統(tǒng)等技術(shù)，建立一個數(shù)字農(nóng)業(yè)時空信息智能管理平臺，對多源、異構(gòu)的數(shù)字農(nóng)業(yè)時空數(shù)據(jù)和推理分析方法進(jìn)行集中統(tǒng)一的規(guī)范化管理，便于在實際應(yīng)用中進(jìn)行融合、集成和共享。基于該平臺快速建立起了數(shù)字化測土施肥系統(tǒng)、大豆種植標(biāo)準(zhǔn)化管理系統(tǒng)、無公害水果蔬菜栽培指導(dǎo)系統(tǒng)等一批智能應(yīng)用系統(tǒng)。這些應(yīng)用系統(tǒng)精確控制農(nóng)田每一地塊種子、化肥和農(nóng)藥的施用量，在提高作物產(chǎn)量的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，有效降低成本，充分保證農(nóng)業(yè)資源科學(xué)地綜合開發(fā)利用，減少和防止對環(huán)境和生態(tài)的污染破壞，保持農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，是實現(xiàn)“綠色農(nóng)業(yè)”的重要途徑。

1主要關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀

1．1數(shù)字農(nóng)業(yè)

數(shù)字農(nóng)業(yè)是在“數(shù)字地球”的基礎(chǔ)上提出并發(fā)展的，是21世紀(jì)新型的農(nóng)業(yè)模式和挑戰(zhàn)性的國家目標(biāo)，包括精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、虛擬農(nóng)業(yè)等內(nèi)容，其核心是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。以3S技術(shù)應(yīng)用為核心的數(shù)字農(nóng)業(yè)空間信息管理平臺開發(fā)研究是數(shù)字農(nóng)業(yè)研究的突破口[1,2]。美國于20世紀(jì)80年代初提出數(shù)字農(nóng)業(yè)的概念，它是針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定性差、技術(shù)措施差異程度大等情況，運用衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)控制位置，用計算機(jī)精確定量，把農(nóng)業(yè)技術(shù)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(nóng)藥等農(nóng)業(yè)資源的利用率，提高農(nóng)產(chǎn)量，減少環(huán)境污染。法國農(nóng)業(yè)部植保總局建立了全國范圍內(nèi)的病蟲測報計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。日本農(nóng)林水產(chǎn)省建立了水稻、大豆、大麥等多種作物品種、品系的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。新西蘭農(nóng)牧研究院利用信息技術(shù)向農(nóng)場主提供土地肥力測定、動物接種免疫、草場建設(shè)、飼料質(zhì)量分析等各種信息服務(wù)。同時，我國緊跟國際研究的前沿，開展了系統(tǒng)工程、數(shù)據(jù)庫與信息管理系統(tǒng)、遙感、專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)在農(nóng)業(yè)、資源、環(huán)境和災(zāi)害方面的應(yīng)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(nóng)業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近十年來我國國家基礎(chǔ)地理信息中心、清華大學(xué)、信息大學(xué)、中國科學(xué)院、武漢測繪科技大學(xué)、武漢大學(xué)、吉林大學(xué)等單位在時態(tài)GIS、時空數(shù)據(jù)模型、時空拓?fù)洹r空數(shù)據(jù)庫等時空推理相關(guān)領(lǐng)域開展了大量研究工作。

1．3時空數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與共享

不同領(lǐng)域和應(yīng)用環(huán)境對時空數(shù)據(jù)的理解存在很大差異，這造成了異構(gòu)時空系統(tǒng)集成的困難，因此時空數(shù)據(jù)共享、互操作和標(biāo)準(zhǔn)化的研究具有重要意義。這方面研究最初從空間數(shù)據(jù)入手，近期開始向時間數(shù)據(jù)和時空結(jié)合數(shù)據(jù)發(fā)展。時空數(shù)據(jù)的共享有以下方式：

（1）空間數(shù)據(jù)交換

空間數(shù)據(jù)交換的基本思想是各系統(tǒng)使用自身的數(shù)據(jù)格式，通過標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。目前空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)有：SDTS、DIGEST、RINEX等國際標(biāo)準(zhǔn)；以色列的IEF、英國的MOEPSTD、加拿大的SAIF、我國的CNSDTF等國家標(biāo)準(zhǔn)；AutoDesk的DXF、ESRI的E00、MapInfo的MIF等廠商標(biāo)準(zhǔn)。盡管各GIS軟件廠商提供了公開的交換文件格式來進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，但由于底層數(shù)據(jù)模型的不同，最終導(dǎo)致不同的GIS的空間數(shù)據(jù)不能無損的共享。雖然空間數(shù)據(jù)交換仍然在使用，但效果并不理想。空間數(shù)據(jù)互操作標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)前國際公認(rèn)的，比空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)更有前途的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）基于GML的空間數(shù)據(jù)互操作

開放式地理信息系統(tǒng)協(xié)會(OpenGISConsortium，OGC)提出了簡單要素實現(xiàn)規(guī)范和地理標(biāo)記語言(GeographyMarkupLanguage，GML)。OGC相繼推出了一整套GIS互操作的抽象規(guī)范，包括地理幾何要素、要素集、OGIS要素、要素之間的關(guān)系、空間參考系統(tǒng)、定位幾何結(jié)構(gòu)、存儲函數(shù)和插值、覆蓋類型及地球影像等17個抽象規(guī)范，2003年1月推出GML3.10版[3]。近年來，國內(nèi)外眾多學(xué)者基于GML在空間數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，認(rèn)為GML能有效地滿足空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。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(wǎng)絡(luò)環(huán)境下以GML作為異構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫交換共享空間數(shù)據(jù)的格式，成功實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互操作。2003年，崔希民等人[7]提出了GIS數(shù)據(jù)集成和互操作的系統(tǒng)架構(gòu)，在數(shù)據(jù)層次上實現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)的集成和互操作。2003年，張霞等人[8]提出一種基于GML構(gòu)造WebGIS的框架結(jié)構(gòu),給出實現(xiàn)框架技術(shù)。其中采用GML作為空間數(shù)據(jù)集成格式。2004年，朱前飛等人[9]提出了一種新的基于GML的數(shù)據(jù)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(gòu)空間數(shù)據(jù)集成框架。GML數(shù)據(jù)類型較完整，支持廠家較多，相關(guān)研究豐富，是目前最有前景的時空數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。本文選擇GML作為農(nóng)業(yè)時空數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

1．4時空本體

1．4．1本體、語義Web和OWL

本體方法目前已經(jīng)成為計算機(jī)科學(xué)中的一種重要方法，在語義Web、搜索引擎、知識處理平臺、異構(gòu)系統(tǒng)集成、電子商務(wù)、自然語言理解、知識工程等領(lǐng)域有著重要應(yīng)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(guān)注，人們普遍認(rèn)為它是建立語義Web的核心技術(shù)。OWL是當(dāng)前最有發(fā)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(guān)研究工作如下：

1998年，Roberto考慮了作為地理表示基礎(chǔ)的某些本體問題，給出了關(guān)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(tài)算子用于表達(dá)時空關(guān)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(xué)的Protégé環(huán)境實現(xiàn)[15]。2003年，Bittner等人[16]提出了用于描述復(fù)雜時空過程和其中的持續(xù)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(guān)研究成果已經(jīng)在網(wǎng)上共享，本文在此基礎(chǔ)上開展研究，建立農(nóng)業(yè)時空本體。

2主要研究內(nèi)容

（1）農(nóng)業(yè)時空數(shù)據(jù)規(guī)范

現(xiàn)階段我國還沒有公認(rèn)的農(nóng)業(yè)時空數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)出臺。本文基于時空推理技術(shù)，研究通用性更強(qiáng)的時空數(shù)據(jù)表示模型，能表示氣象、土壤、環(huán)境、水文、地質(zhì)等各領(lǐng)域的農(nóng)業(yè)時空數(shù)據(jù)。GML是目前公認(rèn)的時空數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，利用上述模型擴(kuò)充GML，兼容中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的“農(nóng)業(yè)資源空間信息元數(shù)據(jù)的分類及編碼體系草案”等國內(nèi)現(xiàn)有的地方性標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建針對數(shù)字農(nóng)業(yè)中時空數(shù)據(jù)的DA－GML標(biāo)準(zhǔn)，作為數(shù)字農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)的規(guī)范。現(xiàn)有的土壤、環(huán)境等基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫均支持到GML格式的轉(zhuǎn)換。

（2）農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)庫

基于筆者自主開發(fā)的GIS平臺建立農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)庫，該平臺具有運行穩(wěn)定、資源占用少、結(jié)構(gòu)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(shù)，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(xiàn)有系統(tǒng)中獲取領(lǐng)域農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)，主要包括土壤數(shù)據(jù)庫、環(huán)境數(shù)據(jù)庫、氣象資料數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件數(shù)據(jù)庫、林業(yè)信息數(shù)據(jù)庫、影像數(shù)據(jù)庫等。

（3）農(nóng)業(yè)時空分析方法庫與農(nóng)業(yè)時空知識庫

時空推理是研究時間、空間及時空結(jié)合信息本質(zhì)的技術(shù)，通過時空推理技術(shù)將現(xiàn)有面向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的時空分析技術(shù)進(jìn)行整合和規(guī)范化表示，形成農(nóng)業(yè)時空分析方法庫。對領(lǐng)域農(nóng)業(yè)時空知識進(jìn)行歸納、整理，同時通過數(shù)據(jù)挖掘方法從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中提煉知識，建立農(nóng)業(yè)時空知識庫。

（4）農(nóng)業(yè)時空本體庫

在(2)、(3)中存儲的數(shù)據(jù)、方法和知識需要一個有效的機(jī)制進(jìn)行組織和管理。就目前技術(shù)而言，本體是表達(dá)一個領(lǐng)域內(nèi)完整的體系（概念層次、概念之間的關(guān)聯(lián)等）的最有效工具，所以本文選擇建立農(nóng)業(yè)時空本體庫。具體包括本體獲取、本體管理、本體服務(wù)與展示三個模塊。使用Protégé做本體開發(fā)環(huán)境編輯。Protégé是斯坦福大學(xué)開發(fā)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(wù)，可以在線對庫中信息進(jìn)行維護(hù)和檢索，并能無縫集成到應(yīng)用系統(tǒng)中。

（5）系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)工作原理如圖1所示。首先，外部系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成GML格式（現(xiàn)在絕大多數(shù)系統(tǒng)支持該數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)），進(jìn)入農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)庫。通過本體獲取與編輯模塊將時空數(shù)據(jù)和時空知識整理，形成本體庫。外部系統(tǒng)的請求通過WebSer－vices發(fā)給仲裁者，仲裁者區(qū)分各類情況調(diào)用三個庫調(diào)用服務(wù)、提取數(shù)據(jù)和執(zhí)行操作，結(jié)果返回給用戶。

（6）基于平臺開發(fā)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能應(yīng)用系統(tǒng)

基于數(shù)字農(nóng)業(yè)時空信息管理平臺建立數(shù)字化測土施肥系統(tǒng)、作物種植標(biāo)準(zhǔn)化管理系統(tǒng)、無公害水果蔬菜栽培指導(dǎo)系統(tǒng)等一批農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能應(yīng)用系統(tǒng)，解決實際問題。

3相關(guān)系統(tǒng)對比分析

3．1數(shù)字農(nóng)業(yè)空間信息管理平臺

平臺基于信息和知識支持的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)管理的集成技術(shù)，對農(nóng)田信息進(jìn)行動態(tài)采集、分析、處理和輸出，從而根據(jù)農(nóng)田區(qū)域差異、農(nóng)事安排進(jìn)行模擬分析、決策支持管理和指揮控制，并對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的區(qū)域差異進(jìn)行精確定位、動態(tài)控制等定量操作[17]。

3．2全國農(nóng)業(yè)資源空間信息管理系統(tǒng)

全國農(nóng)業(yè)資源空間信息管理系統(tǒng)(NASIS)實現(xiàn)對全國農(nóng)業(yè)資源空間信息的查詢分發(fā)，具有系統(tǒng)管理、動態(tài)數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)檢索、查詢、數(shù)據(jù)分發(fā)、制圖、報表統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分發(fā)等功能。該系統(tǒng)已經(jīng)用于全國農(nóng)作物遙感監(jiān)測、農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、農(nóng)業(yè)科研和農(nóng)業(yè)政策信息支持服務(wù)等方面[18]。

3．3中國西部農(nóng)業(yè)空間信息服務(wù)系統(tǒng)

計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展為建立基于Web的中國西部農(nóng)業(yè)空間信息服務(wù)系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。本文從西部農(nóng)業(yè)空間信息服務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建開始，全面地介紹了系統(tǒng)的運行模式和數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，詳細(xì)論述了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、平臺環(huán)境和開發(fā)實現(xiàn)等。

（1）基于平臺提供的開發(fā)框架，能方便、高效地建立大量的數(shù)字農(nóng)業(yè)智能應(yīng)用系統(tǒng)，基層農(nóng)業(yè)科技人員也能快速開發(fā)出技術(shù)含量高的應(yīng)用系統(tǒng)，各應(yīng)用系統(tǒng)能互通、共享，便于升級維護(hù)。

（2）由于大量的底層服務(wù)、數(shù)據(jù)、知識和方法由平臺集中統(tǒng)一提供，簡化了開發(fā)數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用軟件的工作，節(jié)約了成本。

篇5

關(guān)鍵詞：數(shù)字農(nóng)業(yè)；時空推理；專家系統(tǒng)

0引言

數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用涉及大量的氣象、環(huán)境、水文、地質(zhì)、土壤等領(lǐng)域的時空數(shù)據(jù)。這些時空數(shù)據(jù)分散在異構(gòu)系統(tǒng)中，有著不同的數(shù)據(jù)格式和規(guī)范，采用不同的概念和術(shù)語，基于不同的數(shù)學(xué)模型和分析推理方法。這些多領(lǐng)域時空信息對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、決策均起著重要作用。但是以前由于缺乏高效、合理的技術(shù)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(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，在很大程度上制約了數(shù)字農(nóng)業(yè)的應(yīng)用發(fā)展。同時GIS等商業(yè)軟件平臺成本較高也不利于大規(guī)模應(yīng)用推廣。

為此，本文基于自主版權(quán)GIS、專家系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件，應(yīng)用時空推理、本體論、語義Web、關(guān)系數(shù)據(jù)挖掘和專家系統(tǒng)等技術(shù)，建立一個數(shù)字農(nóng)業(yè)時空信息智能管理平臺，對多源、異構(gòu)的數(shù)字農(nóng)業(yè)時空數(shù)據(jù)和推理分析方法進(jìn)行集中統(tǒng)一的規(guī)范化管理，便于在實際應(yīng)用中進(jìn)行融合、集成和共享。基于該平臺快速建立起了數(shù)字化測土施肥系統(tǒng)、大豆種植標(biāo)準(zhǔn)化管理系統(tǒng)、無公害水果蔬菜栽培指導(dǎo)系統(tǒng)等一批智能應(yīng)用系統(tǒng)。這些應(yīng)用系統(tǒng)精確控制農(nóng)田每一地塊種子、化肥和農(nóng)藥的施用量，在提高作物產(chǎn)量的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，有效降低成本，充分保證農(nóng)業(yè)資源科學(xué)地綜合開發(fā)利用，減少和防止對環(huán)境和生態(tài)的污染破壞，保持農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，是實現(xiàn)“綠色農(nóng)業(yè)”的重要途徑。

1主要關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀

1．1數(shù)字農(nóng)業(yè)

數(shù)字農(nóng)業(yè)是在“數(shù)字地球”的基礎(chǔ)上提出并發(fā)展的，是21世紀(jì)新型的農(nóng)業(yè)模式和挑戰(zhàn)性的國家目標(biāo)，包括精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、虛擬農(nóng)業(yè)等內(nèi)容，其核心是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。以3S技術(shù)應(yīng)用為核心的數(shù)字農(nóng)業(yè)空間信息管理平臺開發(fā)研究是數(shù)字農(nóng)業(yè)研究的突破口[1,2]。美國于20世紀(jì)80年代初提出數(shù)字農(nóng)業(yè)的概念，它是針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定性差、技術(shù)措施差異程度大等情況，運用衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)控制位置，用計算機(jī)精確定量，把農(nóng)業(yè)技術(shù)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(nóng)藥等農(nóng)業(yè)資源的利用率，提高農(nóng)產(chǎn)量，減少環(huán)境污染。法國農(nóng)業(yè)部植保總局建立了全國范圍內(nèi)的病蟲測報計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。日本農(nóng)林水產(chǎn)省建立了水稻、大豆、大麥等多種作物品種、品系的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。新西蘭農(nóng)牧研究院利用信息技術(shù)向農(nóng)場主提供土地肥力測定、動物接種免疫、草場建設(shè)、飼料質(zhì)量分析等各種信息服務(wù)。同時，我國緊跟國際研究的前沿，開展了系統(tǒng)工程、數(shù)據(jù)庫與信息管理系統(tǒng)、遙感、專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)在農(nóng)業(yè)、資源、環(huán)境和災(zāi)害方面的應(yīng)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(nóng)業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近十年來我國國家基礎(chǔ)地理信息中心、清華大學(xué)、信息大學(xué)、中國科學(xué)院、武漢測繪科技大學(xué)、武漢大學(xué)、吉林大學(xué)等單位在時態(tài)GIS、時空數(shù)據(jù)模型、時空拓?fù)洹r空數(shù)據(jù)庫等時空推理相關(guān)領(lǐng)域開展了大量研究工作。

1．3時空數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與共享

不同領(lǐng)域和應(yīng)用環(huán)境對時空數(shù)據(jù)的理解存在很大差異，這造成了異構(gòu)時空系統(tǒng)集成的困難，因此時空數(shù)據(jù)共享、互操作和標(biāo)準(zhǔn)化的研究具有重要意義。這方面研究最初從空間數(shù)據(jù)入手，近期開始向時間數(shù)據(jù)和時空結(jié)合數(shù)據(jù)發(fā)展。時空數(shù)據(jù)的共享有以下方式：

（1）空間數(shù)據(jù)交換

空間數(shù)據(jù)交換的基本思想是各系統(tǒng)使用自身的數(shù)據(jù)格式，通過標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。目前空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)有：SDTS、DIGEST、RINEX等國際標(biāo)準(zhǔn)；以色列的IEF、英國的MOEPSTD、加拿大的SAIF、我國的CNSDTF等國家標(biāo)準(zhǔn)；AutoDesk的DXF、ESRI的E00、MapInfo的MIF等廠商標(biāo)準(zhǔn)。盡管各GIS軟件廠商提供了公開的交換文件格式來進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，但由于底層數(shù)據(jù)模型的不同，最終導(dǎo)致不同的GIS的空間數(shù)據(jù)不能無損的共享。雖然空間數(shù)據(jù)交換仍然在使用，但效果并不理想。空間數(shù)據(jù)互操作標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)前國際公認(rèn)的，比空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)更有前途的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）基于GML的空間數(shù)據(jù)互操作

開放式地理信息系統(tǒng)協(xié)會(OpenGISConsortium，OGC)提出了簡單要素實現(xiàn)規(guī)范和地理標(biāo)記語言(GeographyMarkupLanguage，GML)。OGC相繼推出了一整套GIS互操作的抽象規(guī)范，包括地理幾何要素、要素集、OGIS要素、要素之間的關(guān)系、空間參考系統(tǒng)、定位幾何結(jié)構(gòu)、存儲函數(shù)和插值、覆蓋類型及地球影像等17個抽象規(guī)范，2003年1月推出GML3.10版[3]。近年來，國內(nèi)外眾多學(xué)者基于GML在空間數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，認(rèn)為GML能有效地滿足空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。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(wǎng)絡(luò)環(huán)境下以GML作為異構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫交換共享空間數(shù)據(jù)的格式，成功實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互操作。2003年，崔希民等人[7]提出了GIS數(shù)據(jù)集成和互操作的系統(tǒng)架構(gòu)，在數(shù)據(jù)層次上實現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)的集成和互操作。2003年，張霞等人[8]提出一種基于GML構(gòu)造WebGIS的框架結(jié)構(gòu),給出實現(xiàn)框架技術(shù)。其中采用GML作為空間數(shù)據(jù)集成格式。2004年，朱前飛等人[9]提出了一種新的基于GML的數(shù)據(jù)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(gòu)空間數(shù)據(jù)集成框架。GML數(shù)據(jù)類型較完整，支持廠家較多，相關(guān)研究豐富，是目前最有前景的時空數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。本文選擇GML作為農(nóng)業(yè)時空數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

1．4時空本體

1．4．1本體、語義Web和OWL

本體方法目前已經(jīng)成為計算機(jī)科學(xué)中的一種重要方法，在語義Web、搜索引擎、知識處理平臺、異構(gòu)系統(tǒng)集成、電子商務(wù)、自然語言理解、知識工程等領(lǐng)域有著重要應(yīng)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(guān)注，人們普遍認(rèn)為它是建立語義Web的核心技術(shù)。OWL是當(dāng)前最有發(fā)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(guān)研究工作如下：

1998年，Roberto考慮了作為地理表示基礎(chǔ)的某些本體問題，給出了關(guān)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(tài)算子用于表達(dá)時空關(guān)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(xué)的Protégé環(huán)境實現(xiàn)[15]。2003年，Bittner等人[16]提出了用于描述復(fù)雜時空過程和其中的持續(xù)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(guān)研究成果已經(jīng)在網(wǎng)上共享，本文在此基礎(chǔ)上開展研究，建立農(nóng)業(yè)時空本體。

2主要研究內(nèi)容（1）農(nóng)業(yè)時空數(shù)據(jù)規(guī)范

現(xiàn)階段我國還沒有公認(rèn)的農(nóng)業(yè)時空數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)出臺。本文基于時空推理技術(shù)，研究通用性更強(qiáng)的時空數(shù)據(jù)表示模型，能表示氣象、土壤、環(huán)境、水文、地質(zhì)等各領(lǐng)域的農(nóng)業(yè)時空數(shù)據(jù)。GML是目前公認(rèn)的時空數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，利用上述模型擴(kuò)充GML，兼容中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的“農(nóng)業(yè)資源空間信息元數(shù)據(jù)的分類及編碼體系草案”等國內(nèi)現(xiàn)有的地方性標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建針對數(shù)字農(nóng)業(yè)中時空數(shù)據(jù)的DA－GML標(biāo)準(zhǔn)，作為數(shù)字農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)的規(guī)范。現(xiàn)有的土壤、環(huán)境等基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫均支持到GML格式的轉(zhuǎn)換。

（2）農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)庫

基于筆者自主開發(fā)的GIS平臺建立農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)庫，該平臺具有運行穩(wěn)定、資源占用少、結(jié)構(gòu)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(shù)，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(xiàn)有系統(tǒng)中獲取領(lǐng)域農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)，主要包括土壤數(shù)據(jù)庫、環(huán)境數(shù)據(jù)庫、氣象資料數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件數(shù)據(jù)庫、林業(yè)信息數(shù)據(jù)庫、影像數(shù)據(jù)庫等。

（3）農(nóng)業(yè)時空分析方法庫與農(nóng)業(yè)時空知識庫

時空推理是研究時間、空間及時空結(jié)合信息本質(zhì)的技術(shù)，通過時空推理技術(shù)將現(xiàn)有面向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的時空分析技術(shù)進(jìn)行整合和規(guī)范化表示，形成農(nóng)業(yè)時空分析方法庫。對領(lǐng)域農(nóng)業(yè)時空知識進(jìn)行歸納、整理，同時通過數(shù)據(jù)挖掘方法從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中提煉知識，建立農(nóng)業(yè)時空知識庫。

（4）農(nóng)業(yè)時空本體庫

在(2)、(3)中存儲的數(shù)據(jù)、方法和知識需要一個有效的機(jī)制進(jìn)行組織和管理。就目前技術(shù)而言，本體是表達(dá)一個領(lǐng)域內(nèi)完整的體系（概念層次、概念之間的關(guān)聯(lián)等）的最有效工具，所以本文選擇建立農(nóng)業(yè)時空本體庫。具體包括本體獲取、本體管理、本體服務(wù)與展示三個模塊。使用Protégé做本體開發(fā)環(huán)境編輯。Protégé是斯坦福大學(xué)開發(fā)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(wù)，可以在線對庫中信息進(jìn)行維護(hù)和檢索，并能無縫集成到應(yīng)用系統(tǒng)中。

（5）系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)工作原理如圖1所示。首先，外部系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成GML格式（現(xiàn)在絕大多數(shù)系統(tǒng)支持該數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)），進(jìn)入農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)時空數(shù)據(jù)庫。通過本體獲取與編輯模塊將時空數(shù)據(jù)和時空知識整理，形成本體庫。外部系統(tǒng)的請求通過WebSer－vices發(fā)給仲裁者，仲裁者區(qū)分各類情況調(diào)用三個庫調(diào)用服務(wù)、提取數(shù)據(jù)和執(zhí)行操作，結(jié)果返回給用戶。

（6）基于平臺開發(fā)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能應(yīng)用系統(tǒng)

基于數(shù)字農(nóng)業(yè)時空信息管理平臺建立數(shù)字化測土施肥系統(tǒng)、作物種植標(biāo)準(zhǔn)化管理系統(tǒng)、無公害水果蔬菜栽培指導(dǎo)系統(tǒng)等一批農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能應(yīng)用系統(tǒng)，解決實際問題。

3相關(guān)系統(tǒng)對比分析

3．1數(shù)字農(nóng)業(yè)空間信息管理平臺

平臺基于信息和知識支持的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)管理的集成技術(shù)，對農(nóng)田信息進(jìn)行動態(tài)采集、分析、處理和輸出，從而根據(jù)農(nóng)田區(qū)域差異、農(nóng)事安排進(jìn)行模擬分析、決策支持管理和指揮控制，并對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的區(qū)域差異進(jìn)行精確定位、動態(tài)控制等定量操作[17]。

3．2全國農(nóng)業(yè)資源空間信息管理系統(tǒng)

全國農(nóng)業(yè)資源空間信息管理系統(tǒng)(NASIS)實現(xiàn)對全國農(nóng)業(yè)資源空間信息的查詢分發(fā)，具有系統(tǒng)管理、動態(tài)數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)檢索、查詢、數(shù)據(jù)分發(fā)、制圖、報表統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分發(fā)等功能。該系統(tǒng)已經(jīng)用于全國農(nóng)作物遙感監(jiān)測、農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、農(nóng)業(yè)科研和農(nóng)業(yè)政策信息支持服務(wù)等方面[18]。

3．3中國西部農(nóng)業(yè)空間信息服務(wù)系統(tǒng)

計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展為建立基于Web的中國西部農(nóng)業(yè)空間信息服務(wù)系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。本文從西部農(nóng)業(yè)空間信息服務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建開始，全面地介紹了系統(tǒng)的運行模式和數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，詳細(xì)論述了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、平臺環(huán)境和開發(fā)實現(xiàn)等。

（1）基于平臺提供的開發(fā)框架，能方便、高效地建立大量的數(shù)字農(nóng)業(yè)智能應(yīng)用系統(tǒng)，基層農(nóng)業(yè)科技人員也能快速開發(fā)出技術(shù)含量高的應(yīng)用系統(tǒng)，各應(yīng)用系統(tǒng)能互通、共享，便于升級維護(hù)。

（2）由于大量的底層服務(wù)、數(shù)據(jù)、知識和方法由平臺集中統(tǒng)一提供，簡化了開發(fā)數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用軟件的工作，節(jié)約了成本。

4結(jié)束語

數(shù)字農(nóng)業(yè)時空信息管理平臺從系統(tǒng)目標(biāo)、適用范圍、采用技術(shù)、系統(tǒng)接口等方面不同于任何現(xiàn)有的基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)空間數(shù)據(jù)管理平臺，是一個概念全新的系統(tǒng)，定位于基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)空間數(shù)據(jù)管理平臺的上層，更便于開發(fā)數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用。其中的本體庫等機(jī)制為將來建立農(nóng)業(yè)時空數(shù)據(jù)網(wǎng)格奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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