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《华东师范大学》 2007年
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基于空间信息技术的数字农业研究

麻清源  
【摘要】: 在上海市农业现代化进程中,上海市政府决定把现代农业园区建设作为重要抓手。通过政府引导,企业化运作,使现代农业园区成为农业科技创新的基地、农业高新技术转化的基地、利用外资和先进技术的基地、先进农业装备推广的基地。论文是在《数字农业示范基地空间信息管理平台开发》项目工作基础上完成的。该项目是上海市科学技术委员会2003年度第一批重大科研攻关课题“数字农业若干关键技术”中的01子课题,课题编号为:03DZ19301,于2006年9月完成。 数字农业就是用数字化技术,在现代农业理论(农业与农业生态理论、农业工程技术理论、农业经济与农业管理理论)、现代管理方法的支持下,按人类需要的目标对农业所涉及的对象和全过程进行数字化表达、设计、控制、管理,其本质是把信息技术作为农业生产力重要要素,将工业可控生产和计算机辅助设计的思想引入农业,通过计算机技术、空间信息技术、网络通讯、电子工程技术与农业机械技术的融合,在数字水平上对农业生产管理、经营、流通、服务以及农业资源环境等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。 通过大量国内外文献调研,追溯“数字农业”概念的根源,研究了“数字农业”与“精准农业”等概念的联系和区别,明确了“数字农业”概念、内涵和外延,提出了数字农业理论、技术体系框架,为数字农业研究奠定扎实且合理的基础。 论文基于空间信息技术,结合经典统计学方法、地统计学、多元统计分析、农业供养模型、决策支持模型,进行了数字农业地理信息系统空间分析与建模,分析了农业土壤养分的空间变异与空间分布特征,建设了库存最优化分析、番茄病虫害专家知识系统、变量推荐施肥、农业生产多要素多元回归分析等决策支持模块。 基于Geodatabase数据模型构建了数字农业数据库,将数字农业园区分为50个图层进行管理。在此基础上,根据中枢神经控制模型的框架结构,基于COM GIS、Web GIS,以及农业园区实际需要,建设了数字农业空间信息管理平台和数字农业决策支持系统。 在论文的研究工作中,得出以下结论与创新: (1)基于Geodatabase数据模型的农业空间数据库建设 基于Geodatabase数据模型,以及数字农业园区生产实践的需要,根据数据图元、要素、属性及关系类数据之间的关系,用UML类图表示图层之间的逻辑关系。将数字农业园区的空间数据共分为50个图层,为其它的数字农业空间数据库建设提供借鉴。 (2)构建了基于GIS的变量推荐施肥农业模型 对传统施肥模型“某肥料需要量=(目标产量下作物总吸收量-土壤当季供应量)/(肥料的养料含量当季利用率)”进行扩展,与GIS、GPS结合,构建变量推荐施肥模型。利用农工商现代农业园区的碱解氮、速效磷、有效钾数据,用Kriging插值方法进行内插,对比半变异函数模型的拟合结果,使用拟合最优的模型进行Kriging插值,生成土壤养分空间分布图。根据目标产量下作物生长的吸收养分模型、以及基于土壤养分空间分布的土壤供养模型,确定田间任意一点施肥量,也可以划分小区域进行指导施肥。 (3)不同采样间距情况下的土壤特性空间相关性与空间变异 分别采用了三种不同间距在园区进行规则采样,分别是:①57.7m;②横向(东西方向)57.7m×2,纵向(南北方向)57.7m;③57.7m×2。研究结果表明,在不同间距采样情况下,土壤养分具有纵向(南北方向)分布趋势,与园区内田块方向一致;各种土壤特性在不同采样间距情况下空间相关性强度排序基本一致,其中当间距为57.7米时,土壤特性空间相关性强度排序为SOM>P>N>PH>SALT>K;但在采样间距增大情况下,空间分布的纵向趋势逐渐降低,空间变异程度越来越小,当以57.7m×2为间距采样时,空间变异较小,已不适用于小区域变量推荐施肥。 (4)数字农业决策支持系统的建设与开发 基于变量推荐施肥模型、“报童问题”、多元回归分析、前向推理等方法构建了变量推荐施肥图的生成方法、库存最优化分析模型、粮食产量预测分析、番茄病虫害专家知识系统等决策支持模型,通过网络平台集成各决策支持模型,实现了数字农业决策支持系统,用户可通过互联网使用该系统指导农业生产。 (5)基于Web服务的权限控制方法 基于Web服务的权限控制方法是涉及一种网络权限控制与管理的机制级实现模块,该机制通过数据库、Web Service、客户端技术,以及用户交互界面协作建立起来的方便、安全、易扩展的网络用户权限管理与控制的应用系统。Web Service作为后台服务用于登录验证及权限管理功能,以及负责和数据库的通讯,采用JSF技术作为Web Service的调用客户端,降低了开发、维护和扩展的难度,并且提供良好的用户交互界面。Web Service可提供一套用以管理权限和用户权限验证的接口,这些接口能被VB、VC、JAVA等多种语言编写的各种应用调用,包括网络应用程序和桌面应用程序,另一方面,可调用这些接口的设备也是多样的,从PC到Mobile device都是可行的。 论文共分为八章,第一章主要综述了数字农业研究的背景和意义、数字农业国内外现状、拟解决的问题、主要研究内容和创新点;第二章详细地论述了数字农业概念、数字农业理论体系、数字农业技术体系与研究方法;第三章简要介绍了研究的关键技术与研究方法;第四章针对数字农业数据库建设的问题,简要介绍了数字农业数据的获取方法,以及数据库建设;第五章主要利用GIS、经典统计和地统计学等方法对土壤养分进行了空间分析与建模,建设了变量推荐施肥、库存最优化分析和专家知识系统等模型;第六章和第七章是在前面研究的基础上,建设了数字农业空间信息管理平台和数字农业决策支持系统;第八章为结论与展望。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:F327

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 于海洋;刘艳梅;董燕生;杨小冬;任东;关强;;基于空间信息的农作物苗情监测系统[J];农业现代化研究;2013年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 谢蓉;农业经济运行动态监测系统研究与构建[D];华东师范大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 刘涛;基于WebGIS省级耕地质量管理信息系统的设计与实现[D];四川农业大学;2011年
2 陈晓勇;基于WebGIS的农业信息网络查询系统设计与实现[D];西北大学;2010年
3 王莉莉;内蒙古农业病虫害诊断决策系统的开发与实现[D];内蒙古师范大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 黄绍文;土壤养分空间变异与分区管理技术研究[D];中国农业科学院;2001年
2 张伟;数字农业空间信息管理平台开发研究[D];华东师范大学;2004年
3 许红卫;田间土壤养分与作物产量的时空变异及其相关性研究[D];浙江大学;2004年
4 刘杏梅;基于GIS和地统计学的不同尺度水稻田土壤养分时空变异及其机理研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘婷婷;基于Web GIS的作物布局群决策支持系统的实现途径研究[D];南京农业大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨玉建;朱建华;尚明华;封文杰;;精准农业关键技术及其发展前景[J];山东农业科学;2006年06期
2 张玉华;王秀峰;张民;王连新;史庆华;魏珉;杨凤娟;;不同养分配比控释掺混肥对番茄生长及产量的影响[J];山东农业科学;2009年03期
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4 刘勇;;黄土高原植被群落演替规律和演替中土壤理化特性变化研究进展[J];山东农业科学;2010年06期
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7 宋朝玉;高峻岭;张继余;李振清;;青岛市夏玉米减氮减磷、增钾增密栽培技术体系的建立[J];山东农业科学;2011年12期
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9 刘润田,唐明斋,刘雪磊;棕壤中花生磷肥适宜用量参数研究[J];山东农业科学;1998年03期
10 刘光栋,杨力,宋国菡,泉维洁,卢桂菊,韩秀香,邵良栋;镁钙营养对肥城桃品质影响及合理用量的研究[J];山东农业科学;1998年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 李旸;汪泉;刘建中;严小燕;;基于哑铃型农业信息化模型的数字农业技术与方法研究[A];现代农业理论与实践——安徽现代农业博士科技论坛论文集[C];2007年
3 李录久;刘荣乐;金继运;;精准农业及其发展应用前景[A];现代农业理论与实践——安徽现代农业博士科技论坛论文集[C];2007年
4 张凤荣;;加快农村土地综合整治 促进城乡统筹发展[A];科学发展:社会管理与社会和谐——2011学术前沿论丛(上)[C];2011年
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6 邓方;陈杰;陈文颉;朱琳;;元胞自动机及其在兵力推演中的建模与仿真[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 王春生;吴敏;曹卫华;;基于集成预测模型与专家推理策略的铅锌烧结配料优化方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 魏红英;黄石旺;;混沌理论的前沿性及其对公共行政的贡献[A];地方政府发展研究(第三辑)[C];2008年
9 赵德勇;刘建国;;基于复杂性科学的综合集成研讨厅研究现状与发展[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
10 张波;罗锡文;;ICT在精细农业中的应用与展望[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 包丽华;控释肥高分子残膜的降解动态及对土壤生物学效应的影响研究[D];山东农业大学;2010年
2 杨莉;基于可持续发展的我国电源结构优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王劲松;复杂系统脆性理论及其在电力系统风险分析中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 赵金宪;复杂系统脆性理论在煤矿生产系统脆性风险评价中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 屈会娟;砂姜黑土区小麦玉米轮作秸秆全量还田对冬小麦的生理生态效应[D];安徽农业大学;2010年
6 沈学善;砂姜黑土区小麦玉米一年两熟秸秆全量还田对夏玉米生育及产量影响研究[D];安徽农业大学;2010年
7 石云龙;基于CAS理论的地震紧急救援系统模型构建与模拟仿真[D];中国地质大学(北京);2010年
8 罗新宁;基于SPAD的棉花氮素营养诊断及氮营养特性研究[D];新疆农业大学;2010年
9 陶有德;可修复模型的系统分析[D];北京信息控制研究所;2010年
10 于群;电力系统大停电的自组织临界特性研究[D];中国电力科学研究院;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 樊俊;Nutrivant叶面肥对油菜和小白菜产量品质的影响[D];华中农业大学;2010年
2 柴彦君;鄂北岗地不同品种冬小麦氮效率差异性的研究[D];华中农业大学;2010年
3 张国峰;基于移动GIS的施肥推介系统研究与开发[D];华中农业大学;2010年
4 孙亮;基于开源框架的高校职工住房管理信息系统的设计与实现[D];华中农业大学;2010年
5 辛欣;多尺度农业资源空间数据库的建设[D];华中农业大学;2010年
6 李承力;丹江口库区作物轮作系统生产力和养分流失特征及麦套稻施肥研究[D];华中农业大学;2010年
7 田晓堃;三峡库区两种森林中土壤细菌与环境因子的空间分布关系[D];华中农业大学;2010年
8 王国宾;面向对象的公路空间数据库系统研究[D];郑州大学;2010年
9 张庆富;控释肥硫膜对土壤酸碱平衡和氧化还原平衡体系及作物生长的影响[D];山东农业大学;2010年
10 颜晓;缓控释肥养分释放率快速测定及在田间土壤中释放率的相关性研究[D];山东农业大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘乃森;刘福霞;;人工神经网络及其在植物保护中的应用[J];安徽农业科学;2006年23期
2 宿秀艳;;GIS技术在数字农业中的应用[J];安徽农业科学;2007年09期
3 明德廷;;基于Web的农业气象信息系统的开发及应用[J];安徽农业科学;2010年09期
4 傅兆敏;胡金宝;;地理信息系统概述[J];重庆工学院学报;2006年02期
5 任金铜;;基于ArcGIS Server的赣州市旅游信息系统设计[J];测绘标准化;2009年03期
6 彭涛;刘德儿;仇菊香;;基于ArcGIS Server的公路养护信息发布系统的研究与开发[J];测绘标准化;2009年03期
7 任美睿,朱春晓,郭龙江,张真子;空间数据库系统的数据模型、存储方法及实现策略[J];测绘工程;2005年01期
8 张富;张丽娟;梁军;张书亮;;社会经济统计地理信息系统元数据库的设计及应用[J];测绘科学;2007年02期
9 杜红悦;刘先林;宫辉力;;基于ArcSDE的空间数据综合管理系统设计与实现[J];测绘科学;2009年05期
10 徐爱民,吕志平,李建;基于J2EE开发平台的LBS系统研究[J];测绘通报;2004年03期
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 记者 杨斌鹄 实习生 徐诗如;[N];西安日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 苏为华;多指标综合评价理论与方法问题研究[D];厦门大学;2000年
2 赵元凤;中国农产品市场信息系统研究[D];中国农业科学院;2003年
3 邝继双;基于GIS组件的农田空间信息管理系统的开发研究[D];中国农业大学;2003年
4 单吉堃;从有机认证制度看中国有机农业发展[D];中国社会科学院研究生院;2003年
5 梁艳平;基于GIS的统计信息分析与辅助决策研究[D];中南大学;2003年
6 梁勇;数字农业框架体系和田块建模研究[D];山东科技大学;2004年
7 田有国;基于GIS的全国耕地质量评价方法及应用[D];华中农业大学;2004年
8 聂艳;耕地质量评价的模型方法与信息系统集成及应用研究[D];华中农业大学;2005年
9 杨万江;安全农产品生产经济效益研究[D];浙江大学;2006年
10 孙平安;吉林西部农业生态环境数字信息系统研究[D];吉林大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 殷向宏;内蒙古经济地理信息系统的开发与实现[D];内蒙古师范大学;2011年
2 王丘;农业信息资源开发与利用研究[D];安徽农业大学;2001年
3 高宁;基于BP神经网络的农作物虫情预测预报及其MATLAB实现[D];安徽农业大学;2003年
4 刘新生;种植业经济效益及其评价指标体系研究[D];西北农林科技大学;2003年
5 赵晓锋;WTO框架下关中地区无公害农产品出口基地建设研究[D];西北农林科技大学;2004年
6 郭仁松;区域土壤模型库的建立与应用研究[D];华中农业大学;2004年
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8 曹龙;基于神经网络的地质灾害预警GIS系统的设计与实现[D];西安电子科技大学;2005年
9 王万立;天津市无公害农产品生产状况及其可持续发展问题研究[D];中国农业大学;2005年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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2 李树强;李民赞;;基于车载近地遥感系统的冬小麦生育早期产量估测方法[J];农业工程学报;2014年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 刘涛;基于WebGIS省级耕地质量管理信息系统的设计与实现[D];四川农业大学;2011年
2 黄波;基于WebGIS的疏勒河灌区灌溉管理系统的设计与实现[D];华中科技大学;2011年
3 孙旗;基于Swing的居民健康档案管理系统的设计与实现[D];电子科技大学;2012年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 黄绍文;土壤养分空间变异与分区管理技术研究[D];中国农业科学院;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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6 冯立法;郝强;刘董梅;;GIS在油田信息化中的作用[A];中国石油石化数字管道信息化建设论坛暨燃气管网安全、经济、运营技术交流研讨会论文集[C];2009年
7 黄烈佳;张安录;;农地城市流转决策问题研究[A];管理科学与系统科学研究新进展——第8届全国青年管理科学与系统科学学术会议论文集[C];2005年
8 王明娜;秦大庸;严登华;;1980~2006年间GIS在我国水文水资源中的应用[A];中国水利学会第三届青年科技论坛论文集[C];2007年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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5 杜斌 范小洁;湖北省实施地理信息系统工程测绘管理规定[N];中国测绘报;2006年
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8 王强;德州建成警用地理信息系统[N];人民公安报;2007年
9 本报记者 孙靓;全国统计地理信息系统建设应用推广演示会召开[N];中国信息报;2010年
10 本报记者 陈江 本报实习生 陈倩;迈向GIS时代[N];广西日报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 麻清源;基于空间信息技术的数字农业研究[D];华东师范大学;2007年
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3 王晓峰;基于TMIS和TGIS比较的陕西旅游资源决策支持系统研究[D];陕西师范大学;2005年
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5 佟志军;草原火灾应急管理与决策支持集成研究[D];东北师范大学;2009年
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7 孙斌;基于GIS的办公自动化系统开发技术的研究和探讨[D];中国地质大学(北京);2005年
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9 夏敏;农地适宜性评价空间决策支持系统研究[D];南京农业大学;2007年
10 Pouran Behnia;伊朗中部Saghand-Chadormalu地区矿床勘查的地理空间数据建模[D];武汉大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨国洲;基于GIS的航管智能决策支持系统的研究与设计[D];重庆大学;2005年
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3 蒋娴;退耕还林工程技术决策支持系统研究[D];中国林业科学研究院;2006年
4 张勇荣;喀斯特石漠化综合防治空间决策支持系统的开发与应用[D];贵州师范大学;2008年
5 聂文华;滁州市抗旱决策支持系统设计[D];合肥工业大学;2007年
6 于思扬;基于GIS的遗传算法在水污染控制规划中的应用研究[D];东北师范大学;2007年
7 杜江;基于Web GIS的公共卫生安全监督控制决策支持系统的研究与设计[D];江苏大学;2005年
8 王伟;基于GIS的渭河流域水污染控制决策支持系统[D];西北工业大学;2007年
9 王志海;崇明岛生态建设决策支持系统模型库设计与实施方案[D];华东师范大学;2008年
10 陈蓉蓉;精确农作决策支持系统的研究[D];南京农业大学;2003年
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