科技人生

见韩湘玲主编：农业气候学.太原：山西科学技术出版社,1999. p270-302(总pp.660). 随着农业生产的发展和科学试验的深入，农业生产与环境条件之间的密切关系逐渐被人们认识，在众 多的环境因素中，农业气候条件是最活跃的因素。80年代以来，随着计算机的发展，我们已进入以信 息处理为标志的信息时代，相应地作物模拟技术高度发展，农业气候资源、灾害的研究进入了全方位、 多层次的研究时期，提出研制并应用农业气候信息系统，为农业生产提供科学的数量化的决策依据已 成为时代的需要。 第一节 农业气候信息系统的发展与现状 一、农业气候信息系统的定义 第二章已经讲过，农业气候系统是作物、气候、土壤和措施组成的复合系统，其中作物是系统的主体， 气候和土壤是系统的主要决定要素，措施是系统的主要调控要素，四者有机地结合，组成一个复杂的 巨系统。在研究农业气候系统时，研究作物的主要方法是作物模拟方法，研究土壤与气候的主要方法 是数值模拟和数据库的方法，研究农业措施的方法是知识工程方法，这些方法均是基于当代最先进的 计算机技术。所以说，在计算机技术高度发达的今天，利用各种信息技术对农业气候系统的各个要素 进行加工处理，研究各要素之间的数量关系，为农业生产提供实时的准确的决策已经成为必然，为此， 我们需要建立以作物、气候、土壤和措施为主体的信息管理软件──农业气候信息系统(ACIS, ArgoClimate Information System）。 农业气候信息系统(ACIS)是指在计算机软件和硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，学管 理和综合分析与农业气候资源开发利用和保护有关的信息数据，并运用各种分类、统计、模拟和决策 模型，为气候资源的开发利用、有效地从事农业生产等方面提供辅助决策。 从定义看出，ACIS是一种计算机软件，用来完成与农业生产有关的数据处理和分析，并为充分合理利 用资源、保护资源，使有限资源发挥出最大的生态效益、经济效益和社会效益，为农业生产的持续稳 定的发展提供服务。 二、农业气候信息系统的发展简介 荷兰，从60年代初开始，de Wit(1965)根据作物叶片光合作用与温度和辐射的关系和作物的冠层结构 计算了作物冠层的光合速率和作物的生长率，建立了一个静态的作物生长与产量模型。70年代，以de Wit为首的Wageningen大学的专家们系统地完成了作物同化、呼吸和蒸腾的模拟，并把作物生长发育和 产量形成的主要过程和气象因子的变化结合到模型中，建立了作物生长初级模拟器(ELCROS，1970)和 作物生长基本模拟器(BACROS，1978)。80年代以来，Penning de Vries等人总结了四十年来荷兰 Wageningen大学等单位在作物模拟中积累的大量知识和经验，并与de Wit把作物生产划分为四种生产 水平，完成了在营养充分、水分适宜、无病虫害条件下的作物生长及产量形成的模拟模型，以及水分亏 缺和养分不足条件下的作物生长模拟模型MACROS(Penning de Vries，1989)。现在这些模型在水稻、 小麦、玉米、牧草等上广泛应用，并与施肥、灌溉、病虫危害模型结合，为作物生长崐提供预测、调控 和管理手段。 70年代初，由美国农业部农业研究署主持，以J. T. Ritchie教授为首组织土壤学家、作物生理学家、 农学家和计算机专家开始研制作物环境资源系统(CERES),主要包括小麦、玉米等作物的模拟模型。至 今，CERES已包含了小麦、玉米、水稻、大豆、高粱、大麦、花生、马铃薯等作物的模拟模型。同期， 美国农业部农业研究署还主持了棉花作物模拟模型的研制，D. N. Baker 于1983年正式发表了GOSSYM 棉花模拟模型，1984年又研制成了棉花生产管理专家系统COMAX，并把专家系统与作物模型相结合建成 了COMAX-GOSSYM棉花生产管理系统。这些作物模型均是从作物生长的基本过程出发，考虑了作物的品 种特性、生长发育过程、气候因子的变化、土壤特性、耕作制度、灌溉和施肥状况等，把作物生长发育 [...]

中国青年农农业科学学术年报（B卷）. 北京:中国农业出版社. 1997, p.911-914 董占山 （中国农科院棉花研究所，河南安阳，455112） 摘要：本文论述了应用现代多媒体信息技术创建作物多媒体信息系统的现实意义、理论意义及其可行性，提出它将由作物多媒体数据库、作物生产管理知识多媒体示教系统、作物宏观生产计划制定和微观实时动态决策系统组成，将为解决我国农业科学技术和新的科研成果的推广提供一条有效的途径。 关键词：作物，多媒体，信息系统 我国是一个农业大国，农业人口众多，文化素质偏低，多数农民只具有小学或初中文化水平，且缺乏阅读科技知识的能力，这是我国农业现代化进程中的一大客观障碍。如何克服这一障碍，将农业科学技术和新的科研成果推广到千家万户，这是困扰我国农业科研、教育、推广系统多年的一个老大难问题。 在人类进入信息社会的今天，若采用信息技术领域的最新技术──多媒体信息技术，将作物生产中的基础知识、新的科研成果信息以多媒体数据库形式与作物模拟模型、作物生产管理系统有机地集成起来，建成作物多媒体信息系统，以计算机光盘软件的形式，向县乡级科技领导、广大基层农业科技人员、亿万农民提供声音、图象、录像、文字等科学普及知识信息、宏观生产计划决策、微观实时动态决策，以期达到对农民普及科技知识、推广技术，对领导和技术人员提供宏观决策信息和实时动态决策信息的目的。 1 国内外研究现状分析 自60年代，由荷兰和美国开创计算机在农业上应用30多年来，国际上，已经研制了众多的作物模拟模型（如CERES、GOSSYM、OZCOT、BACROS、MACROS等）、作物生产管理系统或病虫害管理系统（GOSSYM－COMAX、SIRATAC、EntomoLOGIC、COTTON DOC等），以及其他与农业生产相关的模型、专家系统和管理系统。但是，大多数只局限于以表格和文字形式向广大用户提供信息，并且很多内容需要专家提供解释。只有少数系统能提供简单的声音和图象信息，都是近年刚研制的系统，比如澳大利亚的棉花害虫管理系统EntomoLOGIC和法国的棉花害虫控制百科全书式软件工具COTTON DOC(an encyclopaedic software tool for cotton pest control)等，它们已具备了初级多媒体功能。 国内，从80年代才开始进行作物生长发育模拟模型和生产管理系统研究，经过十多年的发展，在某些领域已有了长足的发展，如江苏农科院高亮之等研制的水稻栽培计算机模拟优化决策系统、中国农科院棉花所董占山等研制的黄淮海地区棉花生产管理系统（COTMAS）和中国农科院计算机中心王世耆等研制的小麦管理知识多媒体浏览器等。 无论是国外还是国内的作物模型或生产管理系统，都存在某些共同的缺点：①实用性较差：一方面是由于软件的输出信息晦涩难懂，只有依靠专家才能加以解释，或过分简化造成信息的用途不大；另一方面是由于软件的应用领域狭窄，限制了应用范围；②背离中国国情：中国农业的现状是作为农业生产主力军的亿万农民的文化素质较低，他们目前需要的不是高深的新技术，而是农业生产过程中的一些普及性科技知识，只有他们掌握了这些知识，才能进一步学习并运用新的农业生产技术。上述软件都不具备传播这些知识的能力，背离了中国的国情。 针对这些缺点，并考虑国际上计算机农业应用领域的发展动向，我们应当不失时机的抓住机遇，运用多媒体信息技术，将已有的专业知识、声像信息和软件成果结合起来，创建适合我国国情的作物多媒体信息系统，以达到快速向广大农民普及农业科技知识、推广新技术，促进我国农业生产的现代化和持续发展。 2 作物多媒体信息系统的主要内容 作物多媒体信息系统的目标之一是收集国内现有各农业生态区域某一类型作物的栽培技术、品种、病虫害等文献、录音、录像、图片等信息，创建超文本格式的多媒体数据库，研制可以管理这些知识或信息的管理系统，以实现教育和技术培训的功能；目标之二是将现有的作物模拟模型和作物生产管理系统与上述多媒体数据库集成，实现多媒体决策支持功能，提供宏观生产计划决策和微观实时动态决策。所以，一般来说，作物多媒体信息系统应包括如下几个方面的内容： (1)多媒体数据库结构的研究与多媒体数据库的建立：现有的作物信息，包括作物品种、栽培技术、生长发育、病虫害等技术资料、科教录像片、彩色图片等，这些信息具有直观、简洁、易于理解等优点，经过专业人员与软件工程师合作加工整理，使之条理化、系统化，制定出恰当的超文本格式的数据库结构，就可以将这些信息录入数据库，存贮到磁或光介质上，形成电子档案。 (2)作物生产管理知识多媒体示教系统的研制：创建可调用多媒体数据库中各种信息的示教系统，以便将数据库中的多媒体信息重新组合，以专题形式向用户提供技术培训，它可以用于农业院校的教学和生产人员的培训，以传播科技知识。 (3)作物宏观生产计划制定和微观实时动态管理系统的研制：以现有的作物模拟模型和生产管理系统为基础，通过建立与作物多媒体数据库的接口，创建在专家系统引导下的可提供多媒体决策信息的作物宏观生产计划制定和微观实时动态管理系统，它有两个主要用途：①在作物播种之前，根据年型预报和生态环境条件下，制定当年作物宏观生产计划；②在作物生产过程中，根据作物的长势长相，实时动态地提供施用水、氮、生长调节剂和防治病虫害的决策措施。 为了创建多种作物的多媒体信息系统，应当以一个作物为主，找出突破口，建立一定的规范，这样就可以向其他作物推而广之，逐步建成大型的农业多媒体信息系统。为此，首先应当解决以下两个关键问题: (1)超文本数据库结构的研究和标准的试建，使多媒体信息的存贮、检索、传播、更新等过程标准化； (2)研建作物模拟模型和生产管理系统与多媒体数据库之间的接口，以提供多媒体决策信息。 3 现有技术和研究策略 要创建作物多媒体信息系统，现在比较成熟技术有如下三种： (1)多媒体数据库技术：作物生产技术信息的形式是多种多样的，不仅仅是文字信息，还有声音、录像、图片等，与文字信息相比，后者表达的事实更加生动，如能和文字信息相互结合，对技术知识的传播中效果将会更好。要在计算机中将这些信息表达出来，必须使用多媒体技术，将多种媒体的信息以一定的格式存储到数据库中，并研制使用和维护这些信息的管理系统，如提供教育和技术培训的多媒体示教系统等。 (2)知识工程技术：不论是进行作物宏观生产计划决策还是进行作物生产过程中的实时动态决策，由于知识和经验的不完备性和相互的冲突，所以需要引入智能化的方法──知识工程技术，以模拟人类专家的思维过程，有效地消解各种知识之间的冲突。 (3)作物模拟技术：在作物生产过程中，如果要进行实时动态决策，就必须了解作物当时的生长状况，作物模拟模型是基于作物生理基础的动态模拟模型，可以模拟作物对外界条件（包括气象条件、土壤条件、生物环境条件、农艺措施等）的反应，输出作物系统各个时期的理想状态和水、氮胁迫情况，为实时动态决策提供科学依据，所以为完成作物生产过程中的实时动态决策，作物模拟技术是必须的。 要达到预期的研究目标，首先应当采用立足现实、面向未来的方针，并运用如下的研究策略： (1)收集我国各大农业生态区的各种媒体的作物生产技术信息，如技术文献、科教录像片、病虫害的特征图片等，以多媒体PC机为硬件平台，以Windows 95中文版为软件平台，将信息数字化，创建作物多媒体数据库及其管理系统和作物生产管理知识多媒体示教系统； (2)在现有的作物模拟模型和生产管理系统的基础上，创建一个可以与作物多媒体数据库交流信息的接口模块，最后建成可以用于作物宏观生产计划制定和微观实时动态决策的多媒体决策系统。 (3)另外，还需要包括农学、气象、土化、品种、计算机等多学科的科技人员通力合作，协同攻关，以促进计算机农业应用这一研究领域的健康发展。 4 可行性及其现实意义 多媒体信息系统在国际上已经出现多年，特别是在INTERNET高度发达的今天，以多媒体信息为主的各种信息服务已层出不穷，在这样一个国际大环境下，利用我们现有的技术和设备，将我国已有的农业科技知识加以整理，建立多媒体数据库，创建符合我国国情的农业多媒体信息系统，是促进我国传统农业向现代农业转变的一股推动力量。这种设想不仅具有极大的现实意义，同时也是完全可行的，已具备的条件如下： (1)作物多媒体信息源丰富：建国以来，各个时期的各种农业文献涉及面十分广泛，特别是80年代以来，各种农业科技期刊、会议论文集、学位论文不断涌现，为我们创建多媒体系统。70、80年代，农业部组织全国知名农学专家重新编写了农作物栽培学系列专著，这是一套系统地介绍我国作物栽培的理论和技术专著，近年又陆续编辑出版了许多农业专著。同时全国各农业大专院校、研究单位、电视台也编辑录制了各种农业专题科教片和录像片，这些都是我国农业科技信息的宝贵财富，都是学位多媒体信息系统的主要信息源。 (2)积累了丰富的工作经验：全国有多家大专院校和科研院所在计算机农业应用研究领域有多年的工作经验，比如中科院合肥智能机械研究所、江苏农科院现代化所、中国农业大学、中国农科院有关研究所，他们的实验室配备有良好的仪器设备。经过多年的研究，已取得了一批农业软件成果，研制出了多套实用作物生产管理系统，所以，创建作物多媒体信息系统是对现有软件的进一步深化，使它更加实用，以取得更好的社会效益和经济效益。 (3)多学科复合型人才有保证：要研制作物多媒体信息系统，需要既懂得农业专业知识又懂得计算机科学知识的复合型人才，现在各大学和研究所都十分重视培养这种类型的人才，他们大多是立足农业科学，同时也熟练地掌握了计算机科学技术，在计算机农业应用领域有多年的工作经验，这是我们研究成功的人才保证。 主要参考文献 董占山，潘学标等. 棉花生产管理决策系统CPMSS/CGSM. 全国首届青年农学学术年会论文集. [...]