基于模型和WebGIS的数字油作决策支持系统研究
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摘要
作物模拟模型和作物管理专家系统及GIS技术等作为农业信息技术的主要研究内容,在农业信息化过程中发挥了巨大的作用。本研究在系统工程思想指导下,综合应用农学、生态学、环境科学、统计学、计算机科学以及空间信息技术等学科的基本理论与方法,通过广泛收集与分析农业基础数据(气象、土壤、品种、种植管理及地图等数据)的特征,构建了包括空间信息和属性信息的农业基础数据库；以优化利用农业自然资源为出发点,在综合考虑油菜的气候适应性、土壤适应性以及综合适应性的基础上,构建了油菜生态适应性评价模型；通过油菜生长模拟模型、管理知识模型和WebGIS技术等的有效耦合,构建了综合性的数字油作决策支持系统,为农业生产管理的现代化和信息化提供了技术平台。
以优化利用农业自然资源为目标,在广泛搜集油菜相关资料和查阅文献的基础上,通过分析和提炼其他作物已有的研究成果,运用系统工程原理和数学建模技术,利用生理发育时间(PDT)划分油菜各生育阶段,建立了油菜生态适应性评价模型。具体包括气候适应性评价、土壤适应性评价和综合适应性评价三个子模型。气候适应性评价模型综合考虑了光照、温度和水分等多种因子对油菜生长的影响,采用相对权重法确定各因子的权重,动态计算出油菜气候适应性隶属度。土壤适应性评价模型综合考虑了土壤的质地、有机质、酸碱度、盐分和土层厚度等对于油菜生长的影响因子,采用相对权重法确定各因子的权重,动态计算出油菜土壤适应性隶属度。在此基础上,采用剩余配权方法确定了所有影响因子的综合性权重值,构建了油菜综合适应性评价模型。
为实现油菜栽培管理的精确化和数字化,在实验室已有研究成果的基础上,以WebGIS为空间信息管理平台,通过有效耦合油菜生长模拟模型和油菜管理知识模型,运用软件工程的思想,采用多层软件体系结构设计,设计和实现了基于模型和WebGIS的网络化数字油作决策支持系统。该系统以品种遗传特性、气象状况、土壤理化特性和生产条件等参数作为基本输入,实现了系统管理、生态适应性评价、栽培方案设计、模拟预测、因苗动态调控、策略分析、精确油作、生产力分析与评价、病虫草害管理、智能学习、信息管理和系统帮助等功能。以江苏省部分县市为案例区,对系统进行了初步的测试与应用,表明该系统可以为油菜种植户、农业推广和科技人员提供数字化和科学化的油菜栽培管理与决策咨询。
As the main components of agricultural information technology, crop simulation model, crop management expert system and GIS play important roles in agricultural informatization. Under the guides of system engineering theory, integrated with agriculture, ecology, environmental, and statistical sciences, GIS, and computer sciences, we built a database including spatial and attribute data. Rape eco-adaptability evaluation model has been constructed by gathering and analyzing the characters of agricultural data, combining with optimal utilization agriculture natural resource as the starting point, in the overall rape climate adaptability, the soil suitability as well as the comprehensive adaptability foundation. Through integrating the WebGIS, growth simulation model and rape management knowledge model, the synthetic rape farming decision support system is developed, which provides a technology platform for modernization and informationization of agriculture production management.
Take optimal utilization agriculture natural resource as the goal, in the foundation of widely collection data and consulting document, through analysis and refining other crops existing research results, reference the partition method of rape growth stage through the PDT, the rape eco-adaptability evaluation model was constructed by system engineering theory and mathematical modeling. The model includes the rape climate adaptability, the soil suitability and the comprehensive adaptability modules. The module of rape climate adaptability covers the factors of light, temperature and water which influence rape growth, using the relative weight method to reduce the weight, dynamically calculating the rape climate adaptability. The model of the soil suitability comprehensively considers the factors of soil texture, organic matter, pH, salinity and slope which affect rape growth as climate module. On the basis, using the residual distribution weight method to determine the weight of all factors, constructed the comprehensive adaptability model.
On the basis of the existing foundation, the digital rape farming system was developed using the principle of software engineering and multi-layer architecture design through integrating WebGIS, as a spatial information management platform, with the rape growth simulation model and management knowledge model. This decision support system takes cultivar genetic characteristics, basic climate elements, soil physical and chemical properties and farming condition as input parameters; it realized the functions as system management, ecological adaption evaluation, cultivation strategy design, prediction, dynamical regulation of plant, strategy anlysis, precise cultivation, productivity evaluation, management of disease-pest-weed, intelligent study, information management and system help, etc. Some sites in Jiangsu province are chosen as case studies, the results showed that the system can provide digital and scientific decision support in rapeseed cultivation for the rapeseed farmers, agricultural extension user and researchers.
以优化利用农业自然资源为目标,在广泛搜集油菜相关资料和查阅文献的基础上,通过分析和提炼其他作物已有的研究成果,运用系统工程原理和数学建模技术,利用生理发育时间(PDT)划分油菜各生育阶段,建立了油菜生态适应性评价模型。具体包括气候适应性评价、土壤适应性评价和综合适应性评价三个子模型。气候适应性评价模型综合考虑了光照、温度和水分等多种因子对油菜生长的影响,采用相对权重法确定各因子的权重,动态计算出油菜气候适应性隶属度。土壤适应性评价模型综合考虑了土壤的质地、有机质、酸碱度、盐分和土层厚度等对于油菜生长的影响因子,采用相对权重法确定各因子的权重,动态计算出油菜土壤适应性隶属度。在此基础上,采用剩余配权方法确定了所有影响因子的综合性权重值,构建了油菜综合适应性评价模型。
为实现油菜栽培管理的精确化和数字化,在实验室已有研究成果的基础上,以WebGIS为空间信息管理平台,通过有效耦合油菜生长模拟模型和油菜管理知识模型,运用软件工程的思想,采用多层软件体系结构设计,设计和实现了基于模型和WebGIS的网络化数字油作决策支持系统。该系统以品种遗传特性、气象状况、土壤理化特性和生产条件等参数作为基本输入,实现了系统管理、生态适应性评价、栽培方案设计、模拟预测、因苗动态调控、策略分析、精确油作、生产力分析与评价、病虫草害管理、智能学习、信息管理和系统帮助等功能。以江苏省部分县市为案例区,对系统进行了初步的测试与应用,表明该系统可以为油菜种植户、农业推广和科技人员提供数字化和科学化的油菜栽培管理与决策咨询。
As the main components of agricultural information technology, crop simulation model, crop management expert system and GIS play important roles in agricultural informatization. Under the guides of system engineering theory, integrated with agriculture, ecology, environmental, and statistical sciences, GIS, and computer sciences, we built a database including spatial and attribute data. Rape eco-adaptability evaluation model has been constructed by gathering and analyzing the characters of agricultural data, combining with optimal utilization agriculture natural resource as the starting point, in the overall rape climate adaptability, the soil suitability as well as the comprehensive adaptability foundation. Through integrating the WebGIS, growth simulation model and rape management knowledge model, the synthetic rape farming decision support system is developed, which provides a technology platform for modernization and informationization of agriculture production management.
Take optimal utilization agriculture natural resource as the goal, in the foundation of widely collection data and consulting document, through analysis and refining other crops existing research results, reference the partition method of rape growth stage through the PDT, the rape eco-adaptability evaluation model was constructed by system engineering theory and mathematical modeling. The model includes the rape climate adaptability, the soil suitability and the comprehensive adaptability modules. The module of rape climate adaptability covers the factors of light, temperature and water which influence rape growth, using the relative weight method to reduce the weight, dynamically calculating the rape climate adaptability. The model of the soil suitability comprehensively considers the factors of soil texture, organic matter, pH, salinity and slope which affect rape growth as climate module. On the basis, using the residual distribution weight method to determine the weight of all factors, constructed the comprehensive adaptability model.
On the basis of the existing foundation, the digital rape farming system was developed using the principle of software engineering and multi-layer architecture design through integrating WebGIS, as a spatial information management platform, with the rape growth simulation model and management knowledge model. This decision support system takes cultivar genetic characteristics, basic climate elements, soil physical and chemical properties and farming condition as input parameters; it realized the functions as system management, ecological adaption evaluation, cultivation strategy design, prediction, dynamical regulation of plant, strategy anlysis, precise cultivation, productivity evaluation, management of disease-pest-weed, intelligent study, information management and system help, etc. Some sites in Jiangsu province are chosen as case studies, the results showed that the system can provide digital and scientific decision support in rapeseed cultivation for the rapeseed farmers, agricultural extension user and researchers.
引文
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