现代农业信息技术复习资料
注：所有答案都在科学出版社出版《农业信息技术》（李军主编）一书上，请自己看书总结。
一、名词解释
1.信息技术:是指获取、处理、传递、存储、使用信息的技术，是能够扩展人们的信息功能的技术。
2.信息采集技术:信息采集技术指能有效地扩展人类感觉器官的感知域、灵敏度、分辨力和作用范围的技术，包括传感、测量、识别和遥感遥测技术等，但目前广泛使用的主要是传感技术、遥测技术、遥感技术和全球卫星定位技术等。
3.信息传递技术:信息传递技术也称通信技术，是传导神经网络功能的延伸，包括数字程控交换技术，综合业务数字通信网、光纤通讯、数字移动通信、卫星通讯、信息高速公路等，用于迅速、准确、有效地传递信息。
4.信息处理技术:信息处理技术就是应用计算机硬件、软件及数字传输网，对信息进行文字、图形、特征识别，信息与交换码之间的转换，信息的整理、加工、生成，以及利用数据库、知识库实现信息存储和积累的技术。
5.信息控制技术:信息控制技术的功能是根据输入的指令信息（决策信息）对外部事物的运动状态和方式实施干预，是效应器官功能的扩展延伸。主要包括显现技术、人机接口技术、遥控技术、自动控制技术、机器人技术等。
6.农业信息技术：农业信息技术是指利用信息技术对农业生产、经营管理、战略决策过程中的自然、经济和社会信息进行采集、存贮、传递、处理和分析，为农业研究者、生产者、经营者和管理者提供资料查询、技术咨询、辅助决策和自动调控等多项服务的技术的总称。
7.农田气候：农田气候一般指距农田地面几米内的空间气候，是各种动物、植物和微 生物赖以生存的空间气候。
8.设施农业：设施农业是指在采用各种材料建成的、具有一定的温度和其它环境因子调控设施的半封闭式空间里进行农业生产的方法，分为设施栽培和设施养殖两大类。
9.遥感技术：遥感技术是一种获取地球表层各类地物信息、测量与判定目标地物性质或特性的综合性探测技术，已广泛应用于资源与环境调查与监测、军事应用、城市规划等多个领域。
10.遥感图像处理：是在计算机系统支持下对遥感图像加工的各种技术方法的统称。
11.高光谱遥感：是指将遥感成像技术和光谱分析技术结合，利用几百乃至上千个小于10nm电磁波波段从地表目标物体获取连续光谱曲线，从而形成图像和光谱合一的高精度遥感方法。
12.地理信息系统：是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，实现空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。
13.地理信息：是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，实现空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。
14.地理数据：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称，是各种地理特征和现象间关系的符号化表示
15.数字地图：是指与传统的地图相区别的、在GIS 中以数据库形式保存的地理信息。
16.作物生长模型：其全称为作物生长模拟模型（Crop Growth Simulation Model），简称为 作物模型（Crop Model），是指能定量地和动态地描述作物生长、发育和产量形成的过程及
其对环境反应的计算机模拟程序。
17.虚拟现实：是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，以仿真的方式生成三维逼真的虚拟环境，使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备，便可以进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。
18.虚拟农业：是以农业领域研究对象(农作物、畜、禽、鱼、农产品市场、资源高效利用等)为核心，采用先进信息技术手段，实现以计算机为平台的研究对象与环境因子交互作用，以品种改良、环境改造、环境适应、增产等为目的技术系统，其成果应接受实践的检验。
19.人工智能：是指研究人类智能活动的规律，利用计算机构造一个人工系统来模拟人类思考问题，使计算机具有人类智能行为，以实现人类脑力劳动自动化的技术。
20.专家系统：就是一种在相关领域中具有与人类专家同等解决问题能力的智能程序系统，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的复杂问题。
21.精确农业：是指精细、准确的农业。
22.农业机器人：农业机器人是一种以农产品为操作对象、兼有人类部分信息感知和四肢行动功能、可重复编程的柔性自动化或半自动化设备。能够部分模拟人类智能的农业机器人则成为智能型农业机器人。
二、填空题
1.信息技术是指以微电子技术、计算机技术和通信技术为主要手段开发和利用信息资源的高技术群。
2.现代传感技术包括传感器技术、雷达技术、遥测技术和传感器技术。
3.数字地球概念是美国前副总统戈尔提出来的。
4.农业信息技术包括农业数据库与管理信息系统、地理信息系统、农业遥感监测、全球定位系统、农业决策支持系统、农业专家系统、作物模拟模型、农业信息网络、农业智能控制技术等。
5.常用传感器有热敏传感器、光敏传感器、湿敏传感器、压力传感器、位移传感器、电化学传感器和生物传感器等。
6.数据管理技术经历了人工管理、文件系统和数据库系统三个阶段。
7.两实体间的联系可分为一对一联系、一对多联系、多对多联系。
8.常用的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型。
9.按遥感平台高度可将遥感技术分为地面遥感、航空遥感和航天遥感。
10.农业灾害监测包括旱灾遥感监测、水灾遥感监测和火灾遥感监测。
11.虚拟农业主要包括虚拟植物、虚拟动物、虚拟细胞、虚拟仪器、虚拟农田、虚拟农场等。
三、简答题
1.什么是广义数字农业？
答：广义的“数字农业”，即农业信息化，是指运用数字地球技术实现农业要素(生物要素、 环境要素、技术要素、社会经济要素等)和农业过程(生产、管理、储运、流通等)的数字化、 网络化、自动化以及智能化，形成数字驱动的农业生产管理体系。它是对农业各个子系统(种 植业、养殖业、水产业、林业)的各种过程(生物、环境、经济)全面实现数字化的农业。要 求在农业的各个部门(生产、科研、教育、行政、加工、流通、服务等)全面的实现数字化与 网络化管理。
2.什么是狭义数字农业？
答：狭义的“数字农业”，即精确农业或精细农业，是指将遥感、地理信息系统、全球定
位系统、计算机技术、通讯和网络技术、自动化技术等高新技术与地理学、农学、生态学、 植物生理学、土壤学等基础学科有机地结合起来，在农业生产过程中对农作物、土壤从宏观 到微观的进行实时监测，以实现对农作物生长、发育状况、病虫害、水肥状况以及相应的环 境进行定期信息获取，生成动态空间信息系统，对农业生产中的现象、过程进行模拟，达到 合理利用农业资源，降低生产成本，改善生态环境，提高农作物产品和质量的目的高新技术 系统。
3.数字农业有哪些主要内容？
答：数字农业技术的内容主要包括农业要素(生物要素、环境要素、技术要素、社会经济要 素)的数字信息化、农业过程的数字信息化(数字化实施，数字化设计)，农业管理的数字信 息化。其本质是把信息技术作为发展农业生产力的重要要素，将工业可控生产和计算机辅助 设计的思想引入农业，通过计算机、空间信息技术、网络通讯、电子工程技术与农业机械的 融合，实现对农业的生产、农产品加工、储运、流通与市场配送、信息服务以及农业资源环 境等整个领域进行数字化设计、可视化表达和智能化控制，使农业按照人类的需求目标发展。
4.数字农业的本质和核心是什么？
答：其本质是把信息技术作为发展农业生产力的重要要素，将工业可控生产和计算机辅助 设计的思想引入农业，通过计算机、空间信息技术、网络通讯、电子工程技术与农业机械的 融合，实现对农业的生产、农产品加工、储运、流通与市场配送、信息服务以及农业资源环 境等整个领域进行数字化设计、可视化表达和智能化控制，使农业按照人类的需求目标发展。 数字农业的核心，一是数字化统一处理农业问题，二是最大限度地开发农业信息资源， 三是农业信息的集成与共享。
5.数据采集管理系统包括哪些基本功能？
答：数据采集管理系统具有如下基本功能：（1）时钟功能。时钟是系统自动运行的中枢， 系统定时采集、分时操作都按时钟的节拍进行。（2）信息采集功能。可为定时采集、实时 采集；单项采集、多项采集。（3）数据处理功能。包括数据预处理和数据二次处理，前者 指数字滤波、A/D 转换、标度转换、线性化处理等，后者指数据运算、数据变换、图形处 理等。（4）数据存储功能。可以存储实时采集的数据和历史数据。（5）控制功能。可以实 现现场环境的调控，实现生产管理自动化。（6）自诊断功能。能实现系统超限报警、状态 自检、自动复位等自诊断功能。（7）信息输出功能。能方便地与外界交换信息，如图形显 示、报表打印、硬拷贝等。目前，数据采集管理系统可分为集中数据采集处理系统、集散 型数据采集管理系统、分布式数据采集与管理网络等，分别适宜于小型、中型和大型系统 的数据采集与管理。
6.农田气候中主要采集哪些信息？
答：（1）土壤热通量信息采集（2）空气温度信息采集（3）空气湿度信息采集（4）太阳辐射信息采集。（5）日照时数信息采集。（6）风速与风向信息采集。（7）降雨信息采集。（8）气压信息采集。（9）蒸发信息采集。
完成空气温度、空气湿度、光辐射、地面风速以及土壤热通量等气候信息的采集。
7.与传统地面调查方法相比，遥感技术有什么特点？
答：与传统地面调查方法相比，遥感技术具有以下特点：
（1）综合性。遥感技术包含遥感信息的接收、记录、传输和处理等多个技术环节，涉 及电磁学、机电仪器制造学、信息技术和图象识别技术等多学科内容。
（2）宏观性。遥感技术侧重于大范围、大尺度获取地面以及一定深度的自然资源和生 态环境的信息，为自然资源和生态环境管理和决策部门提供服务。
（3）时效性。不同类型的遥感卫星能够短期内周期性地重复收集大气、海洋和陆地动 态变化信息，提高了观测的时效性，对天气预报、火灾、水灾等灾情监测十分重要。
（4）经济性。与传统的人工调查方法相比，遥感技术是一项投入相对小、综合效益大 的技术。美国陆地卫星的经济投入与取得的效益比为1：80。
（5）客观性。遥感获得的地物电磁波特性可以客观和真实地反映地质、地貌、土壤、 植被、水文等特征，可以较大程度地排除人为干扰。
（6）局限性。遥感技术所利用的电磁波仅是其中的几个波段范围，尚有许多谱段的资 源有待进一步开发。此外，遥感成像的空间分辨率和光谱分辨率也有待于进一步提高。
8.遥感估产的主要内容有哪些？
答：估算播种面积、监测作物长势、预测农作物的产量是农业生产管理的重要内容。遥感估 产具有宏观、动态、快速、准确等优点，可以在短时间内连续获取大范围农作物产量信息， 是农业遥感监测的重点领域。
9.地理信息系统的主要功能有哪些？
答：GIS 的最大特点就是能进行空间操作，即对空间数据进行存储、管理、分析和更新。现 实当中，经济、社会、人口、自然资源、环境等方面的大量信息，绝大多数都带有空间位置 的属性。因此，GIS 可以扩展到非常广泛的应用范围，如气象预测、灾害预报、城市规划、 土地利用管理、环境评价与管理、生态研究、人口统计研究等。
10.作物生长模型有什么优点？
答：作物生长模型有如下优点：①系统性：
能对作物的生理过程和生态环境系统进行系统的全面的分析与描述；②动态性：逐时或逐日 118
的描述各种生理生态过程和状态的动态变化；③机制性：能对主要的生理过程进行较为真实 的机制性描述；④预测性：能在给定条件下对作物系统的未来发展动态进行定量描述；⑤通 用性：适用于任何地点、时间和作物品种，不受地区、时间、作物品种和栽培技术的限制。
11.农业专家系统研究的必要性是什么？
答：农业专家系统可应用于农业的各个领域，如作物栽培、植物保护、配方施肥、农业经济效益分析、市场销售管理等。例如，病虫草害防治专家系统是针对作物不同时期出现的各种症状和不同环境条件，诊断可能出现的病虫草灾害，提出有效的防治方法。栽培管理专家系统是在各个作物的不同生育期，根据不同的生态条件，进行科学的农事安排，其中包括栽培、施肥、灌水、植物保护等。栽培部分包括品种选择、种子准备、整地、播种、田间管理与收获，优化它们之间及其与产量之间的关系；施肥部分主要是优化肥料与产量的关系，水分管理部分主要是合理灌排，优化水分与产量的关系；植保部分主要是病虫草害的预测和控制。
12.农业专家系统有什么特点？
答：专家系统一般具有如下一些基本特征：
（1）具有专家水平的专门知识。专家系统具有高质量的、专家级的专门知识，能像 人类专家那样解决具体问题，针对性强。
（2）能进行有效的推理。专家系统对问题的求解过程是一个思维和推理过程，能根据 用户提供的已知事实，通过运用掌握的知识，进行有效的推理，以实现对问题的求解。
（3）具有获取知识的能力。学习获得知识的基本手段。机器学习是指机器能够自动获 取新的事实及新的推理算法，是计算机具有智能行为的根本途径和主要标志。
（4）具有灵活性。专家系统都采用了知识库与推理机相分离的构造原则，彼此既有联 系，又相互独立，便于不同类型问题求解、知识库修改完善和开发专家系统工具。
（5）具有透明性。专家系统通过解释机构向用户解释自身行为动机及得出某些答案的
推理过程，便于用户理解系统处理问题的过程及使用的知识和方法，提高用户对系统的可信 程度。
（6）具有交互性。专家系统需要与领域专家或知识工程师进行对话以获取知识，也需
要通过与用户对话以索取求解问题时所需的已知事实以及回答用户的询问。
（7）具有实用性。专家系统是根据领域问题的实际需求开发的，具有实用性。专家系 统已经被用于多种领域中，取得了巨大的经济效益及社会效益。
（8）具有一定的复杂性及难度。专家系统真实模拟人类求解问题的思维过程，其 复杂性和难度较大，如不确定性知识的表示、不确定性的传递算法、匹配算法等等。
13.精确农业的技术思想核心是什么？
答：它充分体现了因地制宜、科学管理的思想理念，充分利用信息获取手段，分析作物营养状况、土壤供肥能力和病虫害的空间和时间变化量来进行耕作和田间管理决策，能够因地制宜地进行水肥等农业资源投入，一反传统农业大面积、大群体平均投入的资源浪费型作法，既保证了作物生产潜力的充分发挥，又避免了过量施用化肥、农药造成的生产成本增加、农田水土环境污染和农产品品质下降的严重后果，在减少投入的情况下增加（或维持）产量、提高品质、降低成本、节约资源、减少污染、保护生态，以求农业生产的最佳效果和最低代价。
14.精确农业的技术体系是什么？
答：从实施环节上看，精确农业包括农田环境及作物长势监测、针对性投入决策生成和决 策实施三个环节，而每个环节又由若干关键支撑技术组成，形成了复杂的精确农业技术体系。
四、论述题
1.简述现代信息技术的内容。
答：现代信息技术是指20 世纪70 年代以来，随着微电子技术、计算机技术和通信技术的 发展，围绕着信息的产生、收集、存储、处理、检索和传递，形成的一个全新的、用以开发 和利用信息资源的高技术群，包括微电子技术、新型元器件技术、通信技术、计算机技术、 各类软件及系统集成技术、光盘技术、传感技术、机器人技术、高清晰度电视技术等等，其 中以微电子技术、计算机技术、软件技术、通信技术为主导。
2.简述数字地球的含义？与传统信息系统相比，数字地球有什么特点？
所谓数字地球，可以理解为对真实地球及其相关现象统一的数字化重现和认识，是以地 球为对象，以地理坐标为依据，以计算机技术、多媒体技术和大规模存贮技术为基础，以宽 带网络为纽带，由海量地球信息组成的多分辨率、多尺度、多时空、并能用多维空间描述的 虚拟地球。“数字地球”的核心是基于遥感、地理信息系统、全球定位系统、宽带网络、仿 真与虚拟技术的全球信息化，是一个以计算机、海量地球信息与通信网络为主体的、具有数 字化、网络化、智能化和可视化特征的全球性综合信息系统。
作为一个超巨大的海量信息系统，与其它传统信息系统相比，数字地球具有如下特点：
（1）数字地球具有空间性、数字性和整体性，三者融合形成了与其它信息系统的根本区别。
（2）数字地球的数据具有无边无缝的分布式数据层结构，包括多源、多比例尺、多分辨率、 历史和现时的、矢量格式和栅格格式的海量数据。（3）数字地球具有迅速充实、联网的地理 数据库。（4）数字地球以图像、图形、文本报告等形式提供服务。（5）数字地球采用开放平
台、构件技术、动态互操作等最先进的技术方案。（6）任何用户都可以在宽带网上根据自己 的权限实时查询和调用数字地球中的信息，运用具有传感器功能的特制数据手套，还可以对 数字地球进行各类可视化操作。（7）数字地球的服务对象覆盖整个社会层面，无论政府机关 还是科教、生产单位，无论专业技术人员还是普通老百姓，都可以找到自己所需要的信息。
3.遥感技术在农业上有哪些应用？
农业遥感技术的发展趋势表现为多传感器、高分辨率、多时相、广应用，由遥感估产到 品质监测，由生长特征到生理参数，由空中遥感到空间遥感和地面遥感结合，重点是提高农 情信息无损获取的有效性、精确度及诊断调控的数字化和指导性。管理决策系统的研制则需 要综合过程模型的动态预测功能，管理模型的优化决策功能，遥感技术的实时监测功能， GIS 的空间信息管理功能，进一步结合农作生态区划与生产力分析技术以及数据仓库和网络 通讯技术等，建立综合性、定量化和智能化的数字农作技术平台和应用系统，以实现农作系 统监测、预测、设计、管理、控制的数字化、精确化、可视化、网络化，从而提升农业生产 系统的综合管理水平和核心生产力，带动农业的信息化和现代化。
4.简述地理信息系统的构成。
完整的GIS 主要由四个部分构成，即硬件系统、软件系统、地理空间数据和人员。
1.硬件系统构成：GIS 硬件系统构成一般包括计算机与一些外围设备，主要实现地理空间数据输入、存储、处理和输出等。
2、软件系统：软件系统指GIS 运行所必需的各种程序，通常包括： (1)计算机系统软件。通常包括操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、库程序以及各种维护使用手册、程序说明等。
3、三、地理空间数据：1.信息与数据2.地理信息与地理数据3.地理空间数据
4系统开发、管理和使用人员：人是GIS 中的重要构成因素，GIS 不同于一幅地图，而是一个动态的地理模型，仅有系
统软硬件和数据还构不成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更 新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策 服务。、
5.地理信息系统在农业上有哪些应用？
GIS 在农业上的应用主要分四个层次：
（1）作为农业资源调查的工具。主要特点是建立农业资源地理数据库，实现空间数据 库的浏览、检索等，利用GIS 绘制农业资源分布图和产生正规的报表。
（2）作为农业资源分析的工具。GIS 以不限于制图和空间数据库的简单查询，而是以
图形及数据的重新处理等分析工作为特征，用于各种目标的分析和重新导出新的信息，产生 专题地图和进行地图数据的叠加分析等。
（3）作为农业生产管理的工具。主要在于建立各种模型和拟订各种决策方案，直接用 于农业生产。
（4）作为农业管理的辅助决策工具。主要利用了GIS 的模型功能和空间动态分析以及 预测能力，并与专家系统、决策支持系统及其它的现代技术（如RS 和GPS）有机结合，用 于农业生产的管理和辅助决策。
2.GIS 在农业中的应用领域
（1）利用GIS 进行农业区划。（2）利用GIS 进行土壤适宜性评价。（3）利用GIS 开展农业灾害预测与预防研究。（4）基于GIS 的作物种植适宜性评价。）农业资源的清查、核算、评估与监测。（6）农作物估产和监测。（7）农作物品质监测预报。（8）农业生态环境的监测和分析。（9）农业非点源污染的模拟评价和预测。(10)区域农业灌溉管理。（11）在精确农业
中的应用。（12）在农业领域其他方面的应用。
6.简述作物模拟研究中存在的问题及研究对策。
存在问题：40 多年来，作物生长模型研究和应用均已取得了重大进展，但总体上作物模拟研究仍处于发展初中期，作物模型仍处于不断修订和完善之中，还远未达到较为完善和成熟阶段。
研究对策：（1）深化对作物系统机理过程研究与描述。（2）作物生长模型与虚拟植物模型相结合。（3）作物生长模型与农业专家系统结合。（4）作物生长模型与3S 技术结合。（5）作物生长模型与大气环流模型GCM 相结合。（6）作物生长模型与因特网（Internet）结合。
7.简述专家系统的基本原理、基本结构和关键技术。
专家系统基本原理：
（1）它是一个智能程序；（2）它具有相关领域内大量的专家知识；（3）它能应用人工智能技术模拟人类专家求解问题的思维过程进行推理，解决相关领域内的困难问题，并且达到领域专家水平。把以上几点概括起来，所谓专家系统就是一种在相关领域中具有与人类专家同等解决问题能力的智能程序系统，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的复杂问题。
专家系统基本结构：
不同的专家系统，其功能与结构都不尽相同，但一般包括人机接口、推理机、知识库及其管理系统、数据库及其管理系统、知识获取机构、解释机构这六个部分；
专家系统关键技术：
知识是专家系统的核心，将人的知识转换为知识库能够表达和操作运用的知识表示技术则是专家系统的核心技术。
8.简述精确农业的关键支撑技术。
答：狭义的“数字农业”，即精确农业或精细农业，当前数字农作技术研究主要集中在农作信息管理技术、农作过程模拟技术、农作信息监测技术、农作管理决策技术和数字农作平台技术等方面。
1.农作信息管理技术
农作信息包括农作生产的宏观信息和微观信息两大类。宏观信息包括资源环境、种植业 结构、农作科技成果、生产设施与技术、产前产中产后动态等；微观信息包括农作生产的气 象条件、土壤特征、品种参数、管理技术、栽培知识、历史苗情与产量、生产资源与水平等。
2.农作过程模拟技术
农作过程模型主要是通过定量描述作物生长与生产系统内相关成分及过程的相互关系， 着重建立基于“作物－环境－技术”关系的系统动力学模型，从而动态预测农作系统的行为 和结果，具有系统学、动态性、机理性、预测性、应用性等特征。
3.农作信息监测技术
农作信息监测主要是通过光谱遥感、红外成像、机器视觉、图像处理等手段，对农田土 壤水分、土壤肥力、杂草、病虫害、作物苗情等农情状态进行实时无损监测和诊断，为农业 生产预测预报和管理决策提供基础信息。
4.农作管理决策技术
对获取的各种信息分析、处理和管理，是农业生产决策必不可少的环节。
5.数字农作平台技术
数字农作平台技术就是完成各个系统之间的集成技术，包括3S 技术的集成、知识系统 与模拟模型的集成、模拟系统与3S 技术的集成、形态模型和生长模型的集成等，最终将模 拟模型的预测功能、遥感技术的监测功能、专家系统的决策功能、信息系统的管理功能等融 合，从而对不同环境下的作物生长状况实时监测预测并提供优化管理决策，以取得最高的农
业产量、最低的生产成本和最佳的经济效益，并能改善资源利用和环境质量，实现农作生产 系统的优质、高产、高效、安全和持续发展。