農(nóng)業(yè)模型課件

第五講農(nóng)業(yè)模型1ppt課件.第五講農(nóng)業(yè)模型1ppt課件.主要內(nèi)容數(shù)字農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)模型農(nóng)業(yè)模型研究發(fā)展過(guò)程農(nóng)業(yè)模型的基本方法作物模擬模型農(nóng)業(yè)模型應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)2ppt課件.主要內(nèi)容數(shù)字農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)模型2ppt課件.主要內(nèi)容數(shù)字農(nóng)業(yè)模型與模型化模型的類(lèi)型數(shù)學(xué)模型農(nóng)業(yè)模型及其特點(diǎn)農(nóng)業(yè)模型學(xué)第一部分?jǐn)?shù)字農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)模型

3ppt課件.主要內(nèi)容數(shù)字農(nóng)業(yè)3ppt課件.1.數(shù)字農(nóng)業(yè)定義當(dāng)代信息技術(shù)迅速發(fā)展，并在農(nóng)業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。到20世紀(jì)末，國(guó)際上形成了“數(shù)字農(nóng)業(yè)”的概念。它預(yù)示著21世紀(jì)的農(nóng)業(yè)將呈現(xiàn)出一個(gè)以數(shù)字化為特征的嶄新局面。參照“數(shù)字地球”、“數(shù)字戰(zhàn)爭(zhēng)”等含義，并考慮到農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)，數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)該包括以下三個(gè)內(nèi)容：（1）數(shù)字農(nóng)業(yè)要求對(duì)農(nóng)業(yè)的各個(gè)方面（包括種植業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)業(yè)、林業(yè)等）的各個(gè)要素與過(guò)程（生物的、環(huán)境的、經(jīng)濟(jì)的）全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，也就是說(shuō)各種農(nóng)業(yè)的各種要素與過(guò)程都要應(yīng)用二進(jìn)制的數(shù)字（0，1）以及由二進(jìn)制數(shù)字建成的數(shù)學(xué)模型或計(jì)算機(jī)模型來(lái)表達(dá)。（2）數(shù)字農(nóng)業(yè)要求各種農(nóng)業(yè)信息技術(shù)最廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。（3）數(shù)字農(nóng)業(yè)要求在農(nóng)業(yè)的各個(gè)部門(mén)（生產(chǎn)、科研、教育、行政、流通、服務(wù)等）全面地實(shí)施數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化的管理。

一、數(shù)字農(nóng)業(yè)4ppt課件.1.數(shù)字農(nóng)業(yè)定義一、數(shù)字農(nóng)業(yè)4ppt課件.2.農(nóng)業(yè)過(guò)程的全面數(shù)字化與農(nóng)業(yè)模型

以上分析可知，農(nóng)業(yè)數(shù)學(xué)模型與農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)模型的研究與建立，應(yīng)該說(shuō)是“數(shù)字農(nóng)業(yè)”的前提。各種農(nóng)業(yè)要素的數(shù)字化各種農(nóng)業(yè)基本過(guò)程的數(shù)字化-農(nóng)業(yè)數(shù)學(xué)模型各種農(nóng)業(yè)的決策過(guò)程的數(shù)字化-農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)模型5ppt課件.2.農(nóng)業(yè)過(guò)程的全面數(shù)字化與農(nóng)業(yè)模型

以上分析可知，農(nóng)3.農(nóng)業(yè)模型是農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的基礎(chǔ)6ppt課件.3.農(nóng)業(yè)模型是農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的基礎(chǔ)6ppt課件.模型是模仿客觀事物的一種物體。對(duì)客觀事物構(gòu)建模型的過(guò)程就成為“模型化”（Modeling）,也稱為“模擬”（Simulation）。二、模型與模型化7ppt課件.模型是模仿客觀事物的一種物體。二、模型與模型化7直觀模型：只要求與客觀事物的外觀相似，不涉及事物的內(nèi)在機(jī)理。思維模型：人們通過(guò)對(duì)同類(lèi)的客觀事物的反復(fù)接觸，從而在頭腦中形成的對(duì)同類(lèi)事物的共同特征與內(nèi)在規(guī)律的了解。物理模型：這類(lèi)模型要求以某種物理實(shí)體反映客觀事物的某些物理性能與內(nèi)在機(jī)理。如飛機(jī)模型、地震模擬裝置等。圖形或符號(hào)模型：這類(lèi)模型用圖形或特定的符號(hào)來(lái)表示客觀事物的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與性能。如：機(jī)器結(jié)構(gòu)圖、工程設(shè)計(jì)圖、電路圖等。數(shù)學(xué)模型計(jì)算機(jī)模型三、模型的類(lèi)型8ppt課件.直觀模型：只要求與客觀事物的外觀相似，不涉及事物的內(nèi)在機(jī)理。建立數(shù)學(xué)模型往往是模型化的核心步驟。數(shù)學(xué)模型具有以下特征：1）現(xiàn)實(shí)性2）抽象性3）邏輯性4）目的性5）廣泛性四、數(shù)學(xué)模型9ppt課件.四、數(shù)學(xué)模型9ppt課件.建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型一般需要以下步驟：

1）建模準(zhǔn)備

2）模型假設(shè)

3）模型構(gòu)建

4）模型檢驗(yàn)

5）模型應(yīng)用10ppt課件.建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型一般需要以下步驟：10ppt課件.數(shù)學(xué)模型的類(lèi)型1）按數(shù)學(xué)方法來(lái)分類(lèi)初等數(shù)學(xué)模型微分法模型微分方程模型變分法模型圖論模型2）按模型中事物發(fā)生機(jī)率分G.確定性模型H.隨機(jī)性模型3）按模型中事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類(lèi)I.連續(xù)性模型J.離散性模型11ppt課件.數(shù)學(xué)模型的類(lèi)型11ppt課件.四、農(nóng)業(yè)模型1.概念12ppt課件.四、農(nóng)業(yè)模型1.概念12ppt課件.2.農(nóng)業(yè)模型的類(lèi)型

按不同的功能特征以及建模的目的和方法大致可以分為以下幾種類(lèi)型：

1、經(jīng)驗(yàn)(Experiential)模型和機(jī)理(Mechanistial)模型

前者建立在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，較少涉及機(jī)理性，偏重于模型的預(yù)測(cè)性和應(yīng)用性；后者對(duì)內(nèi)在機(jī)理有較好的闡釋，強(qiáng)調(diào)模型的解釋性和研究性。

2、描述性(Descriptive)模型和解釋性(Explainatory)模型

前者以簡(jiǎn)單的方式描述一個(gè)系統(tǒng)的行為，而對(duì)引起行為的機(jī)理，模型較少或根本不予以反映，描述性模型可以通過(guò)測(cè)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出來(lái)，其建立相對(duì)比較簡(jiǎn)捷（圖1）；13ppt課件.2.農(nóng)業(yè)模型的類(lèi)型13ppt課件.

后者由引起系統(tǒng)行為的機(jī)理和過(guò)程的定量描述所組成，這些描述即為科學(xué)理論和假設(shè)的清晰表達(dá)，模型是通過(guò)綜合整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)理和過(guò)程描述來(lái)建立的。為了建立解釋性模型，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，并分別對(duì)它的過(guò)程和機(jī)理進(jìn)行定量化表達(dá)（圖2）。圖1表明真實(shí)世界的現(xiàn)象如何引入到描述性模型中的圖示

模型化現(xiàn)象

真實(shí)現(xiàn)象

描述性模型

計(jì)算

描述

14ppt課件.后者由引起系統(tǒng)行為的機(jī)理和過(guò)程的定量描述所組成，這些圖2表明真實(shí)觀察值如何被分析和綜合引入解釋性模型來(lái)模擬系統(tǒng)行為的圖示

解釋性模型

系統(tǒng)

模擬

描述，

分析

模型化現(xiàn)象

真實(shí)現(xiàn)象

過(guò)程

過(guò)程

過(guò)程

過(guò)程

過(guò)程

過(guò)程

模型

構(gòu)建

15ppt課件.圖2表明真實(shí)觀察值如何被分析和綜合引入解釋性模型來(lái)模擬系統(tǒng)3、統(tǒng)計(jì)(Statistical)模型和過(guò)程(Process)模型

前者是一種最常使用的模型，主要通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重回歸來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的表現(xiàn)，其解釋性較差，并且局限于試驗(yàn)資料所在地特定的大氣、土壤條件和品種類(lèi)型，難以推廣到不同的環(huán)境條件和品種類(lèi)型；后者用于定量描述生物與非生物的一些基本過(guò)程，具有較好的機(jī)理性和解釋性，適用于不同的環(huán)境條件和生產(chǎn)系統(tǒng)。4、應(yīng)用(Application)模型和研究(Research)模型

前者主要傾向于應(yīng)用推廣，因而具有便于使用、較粗放和應(yīng)用方向比較單一的特點(diǎn)；后者主要用于科研，對(duì)其機(jī)理性要求較高，因而具有操作復(fù)雜、參數(shù)較多、靈敏度高的特點(diǎn)。16ppt課件.3、統(tǒng)計(jì)(Statistical)模型和過(guò)程(Process

但總體上，所有農(nóng)業(yè)模型從更微觀的層次看都可認(rèn)為是經(jīng)驗(yàn)性模型，而從更宏觀的層次看又都是機(jī)理性模型。因此，任何一個(gè)模擬模型都體現(xiàn)了經(jīng)驗(yàn)性和機(jī)理性的相對(duì)平衡和協(xié)調(diào)。如果按不同的學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行分類(lèi)，農(nóng)業(yè)模型大概有作物生長(zhǎng)模型，動(dòng)物生長(zhǎng)模型，農(nóng)業(yè)氣象模型，土壤水肥模型，種植制度模型，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力模型，耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，病蟲(chóng)害預(yù)測(cè)模型等不同方面。其中，農(nóng)作系統(tǒng)模擬模型的研究具有較好的代表性和先進(jìn)性，目前國(guó)際上公認(rèn)較為優(yōu)秀且應(yīng)用廣泛的作物生長(zhǎng)模擬模型有美國(guó)的CERES系列模型和荷蘭的SUCROS模型等。17ppt課件.但總體上，所有農(nóng)業(yè)模型從更微觀的層次看都可認(rèn)為是經(jīng)驗(yàn)

農(nóng)業(yè)模型的特征過(guò)程模型的特征較理想的農(nóng)業(yè)過(guò)程模擬模型應(yīng)具有以下8個(gè)特征。其中，動(dòng)態(tài)性和預(yù)測(cè)性是農(nóng)業(yè)模擬模型最顯著和最重要的特征。1、系統(tǒng)性對(duì)生物與非生物全過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)、全面的分析與描述。2、動(dòng)態(tài)性包括受環(huán)境因子和內(nèi)在特性驅(qū)動(dòng)的各個(gè)狀態(tài)變量的時(shí)間過(guò)程變化及不同生育過(guò)程間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。18ppt課件.農(nóng)業(yè)模型的特征18ppt課件.3、機(jī)理性在經(jīng)驗(yàn)性或描述性的基礎(chǔ)上，通過(guò)進(jìn)行深入的支持研究，模擬較為全面的系統(tǒng)等級(jí)水平，并將其進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而提供對(duì)主要生理過(guò)程的理解或解釋。4、預(yù)測(cè)性通過(guò)正確建立模型的主要驅(qū)動(dòng)變量及其與狀態(tài)變量的動(dòng)態(tài)關(guān)系，對(duì)系統(tǒng)行為提供可靠的定量預(yù)測(cè)。5、通用性原則上適用于任何地點(diǎn)、時(shí)間和品種等條件。6、便用性可為非專家操作應(yīng)用，可利用一般的氣候、土壤及品種資料。19ppt課件.3、機(jī)理性19ppt課件.7、靈活性可容易地進(jìn)行修改和擴(kuò)充以及與其它系統(tǒng)相耦合。8、研究性除了應(yīng)用性以外，還可用于不同領(lǐng)域的模擬研究工作，從而避免實(shí)物研究中干擾因素多、周期長(zhǎng)、費(fèi)用高等的不足。20ppt課件.7、靈活性20ppt課件.與動(dòng)態(tài)分析的比較

動(dòng)態(tài)分析的主要研究?jī)?nèi)容是不同時(shí)段系統(tǒng)的整體輸出結(jié)果，而未涉及系統(tǒng)內(nèi)不同成分的變化過(guò)程及其機(jī)理關(guān)系，具有簡(jiǎn)單描述性和間斷性的特點(diǎn)。

模擬模型研究的主要對(duì)象是生物與非生物系統(tǒng)的過(guò)程及過(guò)程間的相互關(guān)系，因而具有規(guī)律上的解釋性以及連續(xù)的時(shí)空變化特征。例如，在植物生長(zhǎng)分析研究中，主要目標(biāo)是描述不同時(shí)間葉面積及作物生長(zhǎng)速率等生長(zhǎng)狀態(tài)的變化特征，通過(guò)定期測(cè)定葉面積和干物重就可以計(jì)算獲得不同的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)曲線（圖3）。但在植物生長(zhǎng)模擬研究中，必須能解析影響葉面積和生長(zhǎng)速率變化的生理過(guò)程及機(jī)理關(guān)系。21ppt課件.與動(dòng)態(tài)分析的比較21ppt課件.圖1作物植株葉面積、生物量及生長(zhǎng)速率隨時(shí)間過(guò)程的變化動(dòng)態(tài)

0

1

2

3

4

5

6

7

20

40

60

80

100

0

5

10

15

0

10

20

30

40

0

輻射

截獲

綠色葉面積指數(shù)

太陽(yáng)輻射截獲率(%)

累積干物重(kgha-1)

作物生長(zhǎng)速率(gm-2d-1)

凈光合作用速率(gm-2d-1)

出苗后的天數(shù)(days)

開(kāi)花

LAL

20

40

60

80

100

120

干物重

生長(zhǎng)速率

凈光合作用速率

22ppt課件.圖1作物植株葉面積、生物量及生長(zhǎng)速率隨時(shí)間過(guò)程的變化動(dòng)態(tài)

與統(tǒng)計(jì)模型的比較

1、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)一般只對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的最終結(jié)果（如產(chǎn)量）進(jìn)行比較，而不揭示結(jié)果（產(chǎn)量）形成的機(jī)理性過(guò)程及因果關(guān)系。而農(nóng)業(yè)模擬模型完全可以揭示生物生長(zhǎng)與生產(chǎn)過(guò)程及其動(dòng)態(tài)關(guān)系，幫助人們更好地理解生物生長(zhǎng)和生產(chǎn)的機(jī)制與結(jié)果。

2、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)一般只能考慮與結(jié)果（如產(chǎn)量）有關(guān)的少數(shù)技術(shù)措施（如品種、肥料、密度等），而客觀上影響生物生長(zhǎng)和生產(chǎn)的因子往往很多，無(wú)法用農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)的方法綜合研究和分析。而模擬模型可以對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析和合成，同時(shí)考慮許多因子的作用，并可進(jìn)行大量的計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)。

3、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)的研究結(jié)果具有明顯的地域性和季節(jié)性，且局限于特定的生物品種、土壤類(lèi)型和氣候條件，很難應(yīng)用于不同地區(qū)、時(shí)間和生產(chǎn)系統(tǒng)。而模擬模型同時(shí)受外部環(huán)境和內(nèi)在特征所驅(qū)動(dòng)，因而具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性和靈活性，可以應(yīng)用于不同的地點(diǎn)、時(shí)間和生產(chǎn)系統(tǒng)。

23ppt課件.與統(tǒng)計(jì)模型的比較1、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)一般只對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的

農(nóng)業(yè)模型的作用與功能

模擬模型的意義農(nóng)業(yè)模擬模型最重要的意義是對(duì)整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的知識(shí)進(jìn)行綜合，并量化機(jī)理性過(guò)程及其相互關(guān)系，即綜合知識(shí)和量化關(guān)系。模擬模型是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理和計(jì)算功能，對(duì)不同的生物與非生物過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)分析和合成，其實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于所研究系統(tǒng)的最新知識(shí)的積累和綜合。同時(shí)，模擬研究在理解生物與非生物過(guò)程及其變量間關(guān)系的基礎(chǔ)上，進(jìn)行量化分析和數(shù)理模擬，從而促進(jìn)了對(duì)生物與非生物規(guī)律由定性描述向定量分析的轉(zhuǎn)化過(guò)程，深化了對(duì)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)過(guò)程的定量化認(rèn)識(shí)和數(shù)字化表達(dá)。24ppt課件.農(nóng)業(yè)模型的作用與功能模擬模型的意義24ppt課件.

模擬模型的功能成功的農(nóng)業(yè)模擬模型之所以受到科學(xué)家的肯定和重視，是因?yàn)槟M模型具有其他研究手段不可替代的功能：理解、預(yù)測(cè)、調(diào)控。模擬模型能夠幫助人們理解和認(rèn)識(shí)生物與非生物過(guò)程的基本規(guī)律和量化關(guān)系，并對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為和最后表現(xiàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而輔助進(jìn)行對(duì)生物生長(zhǎng)和生產(chǎn)系統(tǒng)的適時(shí)合理調(diào)控，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、生態(tài)、安全的可持續(xù)發(fā)展。25ppt課件.模擬模型的功能25ppt課件.

研究農(nóng)業(yè)模型的理論體系、方法體系，及其與其它各種科學(xué)的關(guān)系，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響以及在農(nóng)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中的研究進(jìn)展的科學(xué)。五、農(nóng)業(yè)模型學(xué)26ppt課件.研究農(nóng)業(yè)模型的理論體系、方法體系，及其與其第二部分農(nóng)業(yè)模型研究的發(fā)展過(guò)程農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型的研究進(jìn)展農(nóng)業(yè)系統(tǒng)各組分的模擬研究現(xiàn)狀作物模擬模型的研究進(jìn)展

27ppt課件.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型的研究進(jìn)展27ppt課件.

★國(guó)際上：30年代開(kāi)始；主要內(nèi)容涉及人口增長(zhǎng)、資源利用、作物生產(chǎn)、畜禽飼養(yǎng)、病蟲(chóng)預(yù)測(cè)和環(huán)境控制?！镏袊?guó)發(fā)展情況80年代中期開(kāi)始，以江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)院為代表，江西農(nóng)業(yè)大學(xué)、中棉所、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、河南農(nóng)科院、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)等相繼開(kāi)展了這一方面的研究或示范。

一、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型的研究進(jìn)展28ppt課件.★國(guó)際上：30年代開(kāi)始；主要內(nèi)容涉及人口增長(zhǎng)、資源利用、★農(nóng)業(yè)生物的模擬（60年代中后期開(kāi)始）這是農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬發(fā)展最快，成績(jī)最顯著的領(lǐng)域?！镛r(nóng)業(yè)環(huán)境的模擬主要包括氣象因子的生成（已有固定的模型）、有效積溫的統(tǒng)計(jì)；氣溫與地溫關(guān)系的預(yù)測(cè)等。

二、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)各組分的模擬研究現(xiàn)狀29ppt課件.★農(nóng)業(yè)生物的模擬（60年代中后期開(kāi)始）這是農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬發(fā)★農(nóng)業(yè)技術(shù)的模擬主要包括農(nóng)作物種植日期、種植（飼養(yǎng)）密度、肥料用量、灌溉用量與時(shí)間確定等。這是一個(gè)相對(duì)薄弱的領(lǐng)域。有待進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的量性研究?！镛r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)因素的模擬包括農(nóng)業(yè)再生產(chǎn)的投入與產(chǎn)出關(guān)系。

S＝A?a?Lb1?Cb2?Kb3?Tb4

其中，b1至b4為彈性系數(shù)（即邊際產(chǎn)量與平均產(chǎn)量的比值）；A為耕地面積；a為常數(shù)；C為流動(dòng)性生產(chǎn)資料、K為固定生產(chǎn)資料對(duì)產(chǎn)投比的貢獻(xiàn)；T為教育或科技投入的影響。二、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)各組分的模擬研究現(xiàn)狀30ppt課件.★農(nóng)業(yè)技術(shù)的模擬主要包括農(nóng)作物種植日期、種植（飼養(yǎng)）密計(jì)算機(jī)科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展，促進(jìn)了作物模型研究的發(fā)展。荷蘭、美國(guó)、前蘇聯(lián)、加拿大、澳大利亞、日本等均有不少研究。近年來(lái)我國(guó)也進(jìn)行了一些研究。其中美國(guó)和荷蘭是目前作物生長(zhǎng)模型研究比較集中的二個(gè)國(guó)家。就研究作物而言，各國(guó)主要集中在禾谷類(lèi)、豆科、塊根類(lèi)、棉花、牧草等十幾種作物。

三、作物模擬模型的研究進(jìn)展31ppt課件.計(jì)算機(jī)科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展，促進(jìn)了作物模型研究的發(fā)展。作物模擬模型的研究進(jìn)展

縱觀作物生長(zhǎng)模擬模型研究的發(fā)展過(guò)程，可將其大致分為以下五個(gè)階段：第一：思想萌芽階段（1940年前）。作物生長(zhǎng)模擬模型的思想主要源于積溫學(xué)說(shuō)和生長(zhǎng)分析法。第二：經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ碗A段（1941－1960）。伴隨著農(nóng)業(yè)氣象學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的發(fā)展，作物生長(zhǎng)模擬模型研究主要集中于依據(jù)積溫學(xué)說(shuō)思想，利用氣象資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法建立作物生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型。

三、作物模擬模型的研究進(jìn)展32ppt課件.作物模擬模型的研究進(jìn)展縱觀作物生長(zhǎng)模擬模型研究的發(fā)展過(guò)程，模擬模型的研究進(jìn)展

第三：機(jī)理模型階段（1961－1980）自60年代以來(lái)，以美國(guó)、荷蘭、(前)蘇聯(lián)、英國(guó)等為代表，作了大量有關(guān)作物機(jī)理模擬模型的研究工作，涉及十多種常見(jiàn)作物，研究?jī)?nèi)容包括光合作用、作物冠層結(jié)構(gòu)、呼吸作用、蒸騰、干物質(zhì)積累與分配、養(yǎng)分吸收、水分利用、根系生長(zhǎng)、器官生長(zhǎng)發(fā)育等。主要研究成果有:Сиротенко模型，ELCROS，SPAM，SIMCOT、SIMCOT-II。特別是deWit和Duncan等提出了植被冠層截光的幾何模型和生理模型。

三、作物模擬模型的研究進(jìn)展33ppt課件.模擬模型的研究進(jìn)展第三：機(jī)理模型階段（1961－1980）模擬模型的研究進(jìn)展

第四：應(yīng)用模型階段（1980－1990）作物模型研究方向由強(qiáng)調(diào)作物生長(zhǎng)過(guò)程的理論表達(dá)，轉(zhuǎn)向側(cè)重于實(shí)際應(yīng)用。最有代表性的如CERES

(Crop-EnvironmentResourceSynthesis)系列作物模型和GOSSYM/COMAX系統(tǒng)。這些模型已被廣泛應(yīng)用于不同環(huán)境條件下的作物估產(chǎn)，干旱評(píng)價(jià)，作物品種培育等。在氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響評(píng)價(jià)中，用的最多的是CERES模型。

三、作物模擬模型的研究進(jìn)展34ppt課件.模擬模型的研究進(jìn)展第四：應(yīng)用模型階段（1980－1990）模擬模型的研究進(jìn)展第五：綜合模型階段（1990年至今）進(jìn)入20世紀(jì)90年代，伴隨著隨著社會(huì)需求的增多和人工智能知識(shí)工程技術(shù)方法的發(fā)展與應(yīng)用，作物生長(zhǎng)模型向著應(yīng)用多元化方向發(fā)展。遙感RS和地理信息系統(tǒng)GIS等新技術(shù)手段的崛起，為作物生長(zhǎng)模型的應(yīng)用和發(fā)展提供了廣闊的前景。通過(guò)與GIS技術(shù)的結(jié)合，可以擴(kuò)大作物模型的應(yīng)用范圍。因?yàn)镚IS技術(shù)不僅可以定量表征區(qū)域環(huán)境特性，而且能夠揭示生產(chǎn)力的區(qū)域分布特征、以及存在的問(wèn)題，從而通過(guò)與作物模型的結(jié)合，評(píng)估不同管理情景下的生產(chǎn)力，為農(nóng)業(yè)管理或區(qū)域規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

三、作物模擬模型的研究進(jìn)展35ppt課件.模擬模型的研究進(jìn)展第五：綜合模型階段（1990年至今）（1）荷蘭學(xué)派—強(qiáng)調(diào)生物的機(jī)理性和共性問(wèn)題（2）美國(guó)學(xué)派—強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的整體性和應(yīng)用性（3）中國(guó)學(xué)派—強(qiáng)調(diào)生物機(jī)理性和應(yīng)用性

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型的學(xué)派36ppt課件.（1）荷蘭學(xué)派—強(qiáng)調(diào)生物的機(jī)理性和共性問(wèn)題農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型（1）美國(guó)的GOSSYM/COMAX系統(tǒng)（2）中國(guó)的CCSODS系統(tǒng)

兩個(gè)典型模型系統(tǒng)分析37ppt課件.（1）美國(guó)的GOSSYM/COMAX系統(tǒng)兩個(gè)典型模型系

COMAX/GOSSYM棉花生產(chǎn)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架

38ppt課件.COMAX/GOSSYM棉花生產(chǎn)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架38p氣象資料、土壤環(huán)境、品種參數(shù)與技術(shù)措施水分與養(yǎng)分平衡養(yǎng)分虧缺因子冠層輻射與吸收階段發(fā)育光合作用(葉片與冠層)呼吸作用(維持與生長(zhǎng)呼吸)同化物的積累與分配器官生長(zhǎng)產(chǎn)量形成品質(zhì)形成水分虧缺因子小麥生長(zhǎng)模型流程圖39ppt課件.氣象資料、土壤環(huán)境、品種參數(shù)與技術(shù)措施水分與養(yǎng)分冠層輻射與吸主要內(nèi)容第三部分農(nóng)業(yè)模型的基本方法農(nóng)業(yè)模型目的性的確定農(nóng)業(yè)模型技術(shù)路線的確定農(nóng)業(yè)模型的總體結(jié)構(gòu)農(nóng)業(yè)模型的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言選擇農(nóng)業(yè)模型的數(shù)學(xué)模型農(nóng)業(yè)模型中的核心模塊農(nóng)業(yè)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)農(nóng)業(yè)模型的輸入與輸出農(nóng)業(yè)模型的核實(shí)、較準(zhǔn)與檢驗(yàn)40ppt課件.主要內(nèi)容農(nóng)業(yè)模型目的性的確定40ppt課件.1.農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的等級(jí)性和水平

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的等級(jí)性根據(jù)系統(tǒng)分析的原理，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)一般可分解成區(qū)域、農(nóng)區(qū)、農(nóng)田生態(tài)、作物群落、群體、個(gè)體、器官、組織、細(xì)胞等不同層次或等級(jí)，如圖所示。在這些不同的系統(tǒng)層面上，可以構(gòu)建出不同尺度和不同內(nèi)容的計(jì)算機(jī)模擬模型。

一、農(nóng)業(yè)模型目的性的確定41ppt課件.1.農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的等級(jí)性和水平農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的等級(jí)性一、農(nóng)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的等級(jí)性

區(qū)域

“世界”

農(nóng)區(qū)

農(nóng)田生態(tài)

植株個(gè)體

植株組成成分

(根、莖、葉等)

微觀組成成分

（氣孔、細(xì)胞、生化通道等）

管

理

\

研

究

42ppt課件.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的等級(jí)性區(qū)域“世界”農(nóng)區(qū)農(nóng)田生態(tài)建模目的包括如下：應(yīng)用制定宏觀農(nóng)業(yè)決策應(yīng)用于決定微觀農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用于揭示農(nóng)業(yè)過(guò)程機(jī)理性的研究應(yīng)用于農(nóng)業(yè)預(yù)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)分析43ppt課件.建模目的包括如下：應(yīng)用制定宏觀農(nóng)業(yè)決策應(yīng)用于決定微觀農(nóng)業(yè)技術(shù)主要的農(nóng)業(yè)模型技術(shù)路線有以下幾種：1.農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)模擬2.農(nóng)業(yè)模擬與專家系統(tǒng)相結(jié)合3.農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)4.農(nóng)業(yè)數(shù)學(xué)規(guī)劃5.農(nóng)業(yè)模擬與數(shù)學(xué)規(guī)劃相結(jié)合6.農(nóng)業(yè)模擬模型與優(yōu)化模型相結(jié)合7.農(nóng)業(yè)模擬、優(yōu)化與決策相結(jié)合8.農(nóng)業(yè)模擬、優(yōu)化與專家經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合9.農(nóng)業(yè)模擬與GIS相結(jié)合10.農(nóng)業(yè)模擬與遙感圖像相結(jié)合11.農(nóng)業(yè)模擬與GPS相結(jié)合

二、農(nóng)業(yè)模型技術(shù)路線的確定44ppt課件.主要的農(nóng)業(yè)模型技術(shù)路線有以下幾種：二、農(nóng)業(yè)模型技術(shù)路線的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可用系統(tǒng)的成分、系統(tǒng)的界面和系統(tǒng)的環(huán)境來(lái)簡(jiǎn)化描述。其中，系統(tǒng)成分主要包括系統(tǒng)內(nèi)部的作物和土壤；系統(tǒng)環(huán)境指系統(tǒng)的外部因素，包括氣象條件等系統(tǒng)輸入以及蒸發(fā)蒸騰及生物量等系統(tǒng)的輸出；系統(tǒng)界面是系統(tǒng)的內(nèi)在成分與系統(tǒng)環(huán)境之間的抽象的分界線。

三、農(nóng)業(yè)模型的總體結(jié)構(gòu)1.農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)45ppt課件.農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可用系統(tǒng)的成分、系統(tǒng)的界面和系統(tǒng)的環(huán)境來(lái)簡(jiǎn)化描述。其系統(tǒng)的主要成分、系統(tǒng)的界面和系統(tǒng)的環(huán)境作物土壤輸出輸入溫度、降水，太陽(yáng)輻射系統(tǒng)成分系統(tǒng)邊界46ppt課件.系統(tǒng)的主要成分、系統(tǒng)的界面和系統(tǒng)的環(huán)境作物土壤輸出輸入溫度、2.模型結(jié)構(gòu)輸入u模塊輸出u1.基本模型單元圖用戶數(shù)據(jù)庫(kù)輸入模塊輸出u2.單輸入-單模塊-單輸出模型結(jié)構(gòu)用戶數(shù)據(jù)庫(kù)

輸入u

輸出u

輸入u

輸出u

輸入u

輸出u3.多輸入-多模塊-多輸出模型結(jié)構(gòu)47ppt課件.2.模型結(jié)構(gòu)輸入u模塊輸出u1.基本模型單元圖用戶硬件環(huán)境軟件環(huán)境編程工具

VisualC；VisualBasic；Delphi；Java；ASP；VisualC#.net等數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)

SQLServer；Oracle；Foxpro/AccessforWindows等瀏覽器

Netscape；IE等

目前，模型算法的編寫(xiě)采用較多的是Fortran、VC++、VisualC#.net等編程語(yǔ)言，界面設(shè)計(jì)采用較多的是VisualBasic（VB）、Delphi、ASP、VisualC#.net等，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)一般采用SQLServer、Oracle、Foxpro/Access等進(jìn)行設(shè)計(jì)。

四、農(nóng)業(yè)模型的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言選擇48ppt課件.硬件環(huán)境四、農(nóng)業(yè)模型的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言選擇48ppt課件.資料獲取與算法構(gòu)建資料獲取大概有3個(gè)方面的來(lái)源。一是自己已有的工作積累或文獻(xiàn)資料，其中文獻(xiàn)資料主要包括國(guó)內(nèi)外在相關(guān)領(lǐng)域所取得的科研成果、出版的專著與教材、科技期刊及學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表的論文等，以及各地的土壤志、品種志、氣象資料等。二是通過(guò)合作途徑，可以從同行科學(xué)家那里獲取相關(guān)資料。三是必須通過(guò)補(bǔ)充試驗(yàn)或支持研究，圍繞某個(gè)方面獲得全新的資料。其中，文獻(xiàn)資料主要用于模型的構(gòu)建；合作途徑所獲得的資料主要用于模型參數(shù)的確定及系統(tǒng)的測(cè)試；補(bǔ)充試驗(yàn)或支持研究一部分用于模型的構(gòu)建，另一部分用于模型參數(shù)的確定及系統(tǒng)的測(cè)試。在資料獲取的基礎(chǔ)上，即可進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，構(gòu)建算法方程。對(duì)于一些暫時(shí)無(wú)法獲得的資料或難以量化的過(guò)程，必須采用黑箱模擬的方法，借助于邏輯性的合理假設(shè)和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，得出描述系統(tǒng)過(guò)程的理論方程。應(yīng)當(dāng)指出的是，黑箱模擬運(yùn)用的程度，完全取決于對(duì)系統(tǒng)的正確理解和可靠把握。如果信心不足，則盡量減少黑箱模擬。

五、農(nóng)業(yè)模型的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建49ppt課件.資料獲取與算法構(gòu)建五、農(nóng)業(yè)模型的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建49ppt課

模塊設(shè)計(jì)與模型實(shí)現(xiàn)

首先要選擇恰當(dāng)?shù)木幊陶Z(yǔ)言來(lái)組織系統(tǒng)，包括模擬算法編程語(yǔ)言和界面編程語(yǔ)言。目前應(yīng)用比較廣泛的模擬算法編程語(yǔ)言主要有VisualFortran和VisualC++。模塊設(shè)計(jì)與編程須注意幾個(gè)問(wèn)題。（1）將主程序和亞程序設(shè)置成合理的模塊化結(jié)構(gòu)，（2）突出模塊的可讀性與解釋性，以及可改性與靈活性，（3）表現(xiàn)友好的人機(jī)界面和可操作性，（4）將模型的運(yùn)行時(shí)間降低到最少。此外，模型的實(shí)現(xiàn)還須研究模型的輸入輸出內(nèi)容和形式。模型的輸入資料要求容易、可獲取，特別是天氣、土壤、作物遺傳資料等。對(duì)于輸入誤差大的資料，要盡量少用。模型的輸出結(jié)果要求直觀、綜合、易分析比較。一般采用表格和圖形兩種主要形式。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，作物模型的圖象輸出、可視化虛擬生長(zhǎng)、多媒體技術(shù)等會(huì)得到成功的應(yīng)用。50ppt課件.模塊設(shè)計(jì)與模型實(shí)現(xiàn)首先要選擇恰當(dāng)?shù)木幊陶Z(yǔ)言來(lái)組織系地理信息數(shù)據(jù)土壤資料數(shù)據(jù)氣象資料數(shù)據(jù)品種資料數(shù)據(jù)病蟲(chóng)情數(shù)據(jù)圖形、圖象信息數(shù)據(jù)

六、農(nóng)業(yè)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)51ppt課件.地理信息數(shù)據(jù)六、農(nóng)業(yè)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)51ppt課件.地理信息數(shù)據(jù)主要指用戶的基本地理信息，包括行政區(qū)域、緯度（度-分）、經(jīng)度（度-分）、海拔（m）、地形地貌等有關(guān)地理空間信息。52ppt課件.地理信息數(shù)據(jù)52ppt課件.

土壤資料數(shù)據(jù)主要包括土壤類(lèi)型，土層深度（CM）、土壤質(zhì)地名稱、土壤容重、總孔隙度、酸堿度、土壤含水量、田間持水量、土壤萎蔫含水量以及地形地勢(shì)；土壤養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)（%）、全氮（%）、C/N（%）

、全磷（%）、全鉀（%）、速效氮（mg/kg）、速效磷（mg/kg）、速效鉀（mg/kg）及其它主要營(yíng)養(yǎng)元素的含量。53ppt課件.土壤資料數(shù)據(jù)53ppt課件.氣象資料數(shù)據(jù)包括日照時(shí)數(shù)（小時(shí)），日平均濕度和日最高、最低溫度（℃），空氣相對(duì)濕度（％），風(fēng)速（米／秒），日降水量（毫米），實(shí)際水汽壓，年均溫度（℃），年降水量（mm），無(wú)霜期（天），≥10℃積溫，干燥度等。

54ppt課件.氣象資料數(shù)據(jù)54ppt課件.品種資料主要包括品種來(lái)源，植物學(xué)特征：株高（cm）、葉片數(shù)、株型、百（千）粒重（g）；品質(zhì)特性：蛋白質(zhì)含量（％）、脂肪含量（％）等；生物學(xué)特征：生育期天數(shù)（從出苗到成熟的天數(shù)）；生育特性：葉面積系數(shù)（LAI）、光合勢(shì)（LAD）（m2．d/hm2）；抗逆性：抗病性、抗倒伏性、抗寒性、抗旱性等；栽培要點(diǎn)：如播期、種植密度、施肥量等，生態(tài)適應(yīng)性以及產(chǎn)量水平（kg/hm2）和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)等。55ppt課件.品種資料55ppt課件.管理措施包括小麥生產(chǎn)中管理措施的種類(lèi)、時(shí)間、強(qiáng)度等資料，如；播種期、播種量、施肥時(shí)間與施肥量、灌溉日期與灌溉量、成熟及收獲期管理等。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本條件如農(nóng)用動(dòng)力、化肥投入、灌排條件、勞力、播種面積、種植方式、單產(chǎn)水平、農(nóng)藥和農(nóng)膜使用量及費(fèi)用、植保器械等。

56ppt課件.管理措施56ppt課件.圖形、圖象有時(shí)為了系統(tǒng)運(yùn)行方便，常將一些圖形、圖像數(shù)據(jù)，如行政區(qū)域圖、養(yǎng)分含量分布、病蟲(chóng)草害的圖片等單獨(dú)存放，供系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)隨時(shí)調(diào)用。試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)由于小麥生長(zhǎng)環(huán)境復(fù)雜，一些高產(chǎn)技術(shù)措施、原理還需通過(guò)試驗(yàn)不斷探索、改進(jìn)、大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是對(duì)專家知識(shí)的補(bǔ)充完善，包括田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)和人工模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)。57ppt課件.圖形、圖象57ppt課件.

數(shù)據(jù)庫(kù)的建立根據(jù)具體農(nóng)業(yè)模型應(yīng)用范圍和特點(diǎn)，依據(jù)上述數(shù)據(jù)庫(kù)框架格式，收集、整理數(shù)據(jù)資料，在此基礎(chǔ)上建立該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。主要步驟包括：制定數(shù)據(jù)收集的方案；設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)表；

選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，SQLSever,Access,Foxpro；

通過(guò)實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、文獻(xiàn)查閱和購(gòu)買(mǎi)等多種方式收集有關(guān)數(shù)據(jù)；

進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和分類(lèi)，并輸入數(shù)據(jù)庫(kù)；

對(duì)入庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)檢驗(yàn)和校對(duì)，確保數(shù)據(jù)源的準(zhǔn)確、無(wú)誤；

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，如數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)規(guī)范化、數(shù)據(jù)單位一律使用公制等；

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸并，減少數(shù)據(jù)冗余；補(bǔ)充、完善數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)。

58ppt課件.數(shù)據(jù)庫(kù)的建立58ppt課件.1.農(nóng)業(yè)模型的輸入模型的輸入資料以最少為原則，既可容易獲得，又可簡(jiǎn)化模擬運(yùn)算。例如，作物生長(zhǎng)模型的輸入資料，總體上可分為氣象、土壤、品種、管理四大類(lèi)。

農(nóng)業(yè)模型的輸入主要有三種方式:

1)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)

2)用戶在幾個(gè)項(xiàng)目中作出選擇

3)用戶直接輸入

七、農(nóng)業(yè)模型的輸入與輸出59ppt課件.1.農(nóng)業(yè)模型的輸入七、農(nóng)業(yè)模型的輸入與輸出59ppt課件2.農(nóng)業(yè)模型的輸出用戶對(duì)模型真正需求，是其輸出部分。農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)模型的輸出可以有多種形式：（1）文字；（2）數(shù)字；（3）日期；（4）一般表格；（5）電子表格；（6）曲線圖；（7）直方圖；（8）圓盤(pán)圖；（9）動(dòng)態(tài)圖；（10）照片；（11）地圖；（12）聲音；（13）多媒體；（14）網(wǎng)頁(yè)；（15）其它。60ppt課件.2.農(nóng)業(yè)模型的輸出用戶對(duì)模型真正需求，是其輸出部分。60pp61ppt課件.61ppt課件.62ppt課件.62ppt課件.不同生育期玉米群體可視化(馬韞韜，2003)63ppt課件.不同生育期玉米群體可視化(馬韞韜，2003)63ppt課件.根系構(gòu)型模型(張吳平，2004)64ppt課件.根系構(gòu)型模型(張吳平，2004)64ppt課件.1）農(nóng)業(yè)模型中完全不引入專家與用戶經(jīng)驗(yàn)；2）農(nóng)業(yè)模型完全依靠專家經(jīng)驗(yàn)；3）以模擬與優(yōu)化等機(jī)理模型為基礎(chǔ)，必要時(shí)引入專家與用戶經(jīng)驗(yàn)。

農(nóng)業(yè)模擬模型與知識(shí)管理模型相結(jié)合

七、農(nóng)業(yè)模型與專家經(jīng)驗(yàn)65ppt課件.1）農(nóng)業(yè)模型中完全不引入專家與用戶經(jīng)驗(yàn)；七、農(nóng)業(yè)模型與專1.農(nóng)業(yè)模型的核實(shí)

模型的核實(shí)主要是消除模型中的各種錯(cuò)誤。建模中往往出現(xiàn)以下錯(cuò)誤：1）程序連接中的錯(cuò)誤2）數(shù)學(xué)模型的錯(cuò)誤3）變量名稱的錯(cuò)誤4）零除的錯(cuò)誤5）數(shù)據(jù)庫(kù)連接的錯(cuò)誤6）控件應(yīng)用中的錯(cuò)誤

八、農(nóng)業(yè)模型的核實(shí)、校準(zhǔn)與檢驗(yàn)66ppt課件.1.農(nóng)業(yè)模型的核實(shí)八、農(nóng)業(yè)模型的核實(shí)、校準(zhǔn)與檢驗(yàn)66pp2.農(nóng)業(yè)模型的校準(zhǔn)模型的校準(zhǔn)主要是檢查模型的可靠性。

1）數(shù)學(xué)模型的可靠性

2）模型參數(shù)的可靠性67ppt課件.2.農(nóng)業(yè)模型的校準(zhǔn)模型的校準(zhǔn)主要是檢查模型的可靠性。67pp3.農(nóng)業(yè)模型的檢驗(yàn)檢驗(yàn)是指決定模型是否適用于模型研制以外的完全獨(dú)立的資料，是多年、多點(diǎn)、多試驗(yàn)觀測(cè)值與模擬值的比較?？刹捎萌缦路椒ǎ阂皇菍⒛M結(jié)果與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行回歸分析，但模擬值與觀測(cè)值的顯著相關(guān)不足以證明模型的可靠性和預(yù)測(cè)性，因?yàn)楫?dāng)模型的模擬結(jié)果與觀測(cè)值都顯著相關(guān)時(shí)，二者之間的差異有可能變化很大；二是將實(shí)際結(jié)果與模擬結(jié)果按同一時(shí)間坐標(biāo)繪1:1圖進(jìn)行比較（見(jiàn)圖13）；三是檢驗(yàn)?zāi)M與實(shí)際值的平均誤差。其中模擬值與實(shí)際值的平均誤差可以通過(guò)以下一些統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算得到：68ppt課件.3.農(nóng)業(yè)模型的檢驗(yàn)檢驗(yàn)是指決定模型是否適用于模型研制以外的完

模型模擬值與觀察值之間的1:1作圖

9

0

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觀測(cè)值

模擬值

69ppt課件.模型模擬值與觀察值之間的1:1作圖90110（1）平均離差（MeanDeviation，MD）

即預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之差總和的平均值。

MD＝（ΣERRi）/nERRi＝Y(jié)i－Xi其中，n為為樣本數(shù)；Yi和Xi為第i次的模擬值和實(shí)測(cè)值。（2）平均預(yù)測(cè)誤差（MeanPredictionError，MPE）

即預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之差絕對(duì)值總和的平均值，反映模型的精度。MPE=(Σ|DERi|)/n（3）預(yù)測(cè)均方法（MeanSquareErrorofPrediction，MSEP）

即預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之差平方總和的平均值，是比較模型間精確度較好的指標(biāo)。

MSEP=（ΣERRi）2/n（4）均方差根（RootMeanSquareError，RMSE）

即預(yù)測(cè)均方差的開(kāi)平方，能更直觀地反映模擬值與實(shí)測(cè)值的誤差。

70ppt課件.（1）平均離差（MeanDeviation，MD）7（5）擬合指數(shù)（AgreeementIndex，AI）

即1減去預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之差的絕對(duì)值除以實(shí)際值，反映模擬符合程度，AI＝l時(shí)誤差最小。AI＝l－|Yi－Xi|/Xi（6）偏斜度（Bias）即模擬值與實(shí)際值無(wú)截距回歸方程斜率與1的偏差，表示通過(guò)原點(diǎn)的擬合直線與1：1線的偏斜程度（％）。BIAS＝100·（b0-1）式中b0為模擬值與實(shí)際值之間的0截距直線回歸方程（截距α＝0）的斜率。（7）直接比較單個(gè)模擬值的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差

絕對(duì)誤差：ERRi＝Y(jié)i－Xi

相對(duì)誤差：RE＝ERRi/Xi71ppt課件.（5）擬合指數(shù)（AgreeementIndex，AI）水稻品種9325不同N處理地上部干重的觀測(cè)值與模擬值的比較72ppt課件.水稻品種9325不同N處理地上部干重的觀測(cè)值與模擬值的比較7水稻不同類(lèi)型品種主要生育期模擬天數(shù)與觀測(cè)天數(shù)的比較

73ppt課件.水稻不同類(lèi)型品種主要生育期模擬天數(shù)與觀測(cè)天數(shù)的比較73pp主要內(nèi)容作物模擬R/WCSODS的技術(shù)路線R/WCSODS的主要數(shù)學(xué)模型

第四部分作物模擬模型74ppt課件.主要內(nèi)容作物模擬74ppt課件.Curry：作物模擬應(yīng)盡可能用數(shù)學(xué)公式描述作物的動(dòng)態(tài)過(guò)程，以替代用黑箱方法和專家系統(tǒng)方法進(jìn)行的最優(yōu)估計(jì)。Sinclair：作物模擬是借助于計(jì)算機(jī)手段，對(duì)作物各種生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行綜合的數(shù)學(xué)模型。Montieth：作物模擬是通過(guò)給定一系列生物系數(shù)和相應(yīng)的環(huán)境變量，用來(lái)模擬、預(yù)測(cè)作物的生長(zhǎng)、發(fā)育和產(chǎn)量的定量模擬系統(tǒng)。高亮之：作物模擬是從系統(tǒng)科學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，將作物生產(chǎn)看成是一個(gè)由作物、環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)四要素構(gòu)成的整體，不僅可以通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型或子模型對(duì)作物過(guò)程及其與環(huán)境之間的復(fù)雜關(guān)系進(jìn)行動(dòng)態(tài)描述，還可以兼收并蓄相關(guān)學(xué)科的理論和實(shí)驗(yàn)成就，這些模型或子模型經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)、反饋和修改，“裝配”在一起，最終可形成在計(jì)算機(jī)上模擬作物生產(chǎn)全過(guò)程的大型軟件系統(tǒng)。作物模擬是指用數(shù)學(xué)概念和方法表達(dá)作物生長(zhǎng)過(guò)程。1.什么是作物模擬？75ppt課件.Curry：作物模擬應(yīng)盡可能用數(shù)學(xué)公式描述作物的動(dòng)態(tài)過(guò)程，以2.R/WCSODS的技術(shù)路線小麥生理生態(tài)理論田間試驗(yàn)小麥模擬模型小麥栽培優(yōu)化模型當(dāng)?shù)匦←湆＜抑R(shí)小麥栽培常年決策小麥栽培當(dāng)年決策氣候變化影響評(píng)價(jià)小麥模擬WCSODS76ppt課件.2.R/WCSODS的技術(shù)路線小麥生理生態(tài)理論

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的水平和過(guò)程

對(duì)于特定層面的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，不同環(huán)境下影響生物與非生物過(guò)程的限制因素不盡相同，模擬研究的生態(tài)范圍和系統(tǒng)覆蓋面也有所不同。以作物生產(chǎn)系統(tǒng)為例，根據(jù)生態(tài)限制因子對(duì)作物生理過(guò)程和生產(chǎn)系統(tǒng)的影響進(jìn)行分類(lèi)，按照產(chǎn)量遞減的順序，可以把作物生產(chǎn)系統(tǒng)分為五個(gè)水平。77ppt課件.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的水平和過(guò)程77ppt課件.光溫潛力即使在最優(yōu)栽培條件下，作物生長(zhǎng)系統(tǒng)通常也要受到光照和溫度的制約，因此溫光條件是任何作物模型的最基本驅(qū)動(dòng)因子或驅(qū)動(dòng)變量。如果作物具有豐富的水分和營(yíng)養(yǎng)條件，則作物的生長(zhǎng)速率只取決于當(dāng)時(shí)的作物狀態(tài)和當(dāng)時(shí)的天氣狀況，尤其是輻射與溫度。這是作物發(fā)揮“潛在生長(zhǎng)速率”所產(chǎn)生的“潛在產(chǎn)量”。在第一生產(chǎn)水平，輻射強(qiáng)度、光能截取和利用效率是研究生長(zhǎng)速率的關(guān)鍵因子。圖5指出了在第一生產(chǎn)水平下模型基本要素之間的關(guān)系。78ppt課件.光溫潛力78ppt課件.

第一生產(chǎn)水平的系統(tǒng)關(guān)系圖

溫度

光照

光合效率

速率

光合作用

葉面積

發(fā)育時(shí)期

莖葉生物量

儲(chǔ)存物

分配

生長(zhǎng)

根生物量

轉(zhuǎn)換效率

維持

光溫為驅(qū)動(dòng)變量，光合效率是常數(shù)，矩形代表數(shù)量（狀態(tài)變量），閥符號(hào)代表流速（速率變量），圓形代表輔助變量。下面劃線的表示驅(qū)動(dòng)變量和其它外界變量；實(shí)線表示物質(zhì)流，虛線表示信息流。79ppt課件.第一生產(chǎn)水平的系統(tǒng)關(guān)系圖溫度

水分限制氮素調(diào)控磷鉀等養(yǎng)分的調(diào)控病蟲(chóng)草害等生物災(zāi)害的影響80ppt課件.水分限制80ppt課件.

在上述生產(chǎn)水平的基礎(chǔ)上，荷蘭科學(xué)家進(jìn)一步提出了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)分類(lèi)的修訂方法。這種方法的核心是將作物生長(zhǎng)狀況分為潛在的生長(zhǎng)、可獲得的生長(zhǎng)、實(shí)際生長(zhǎng)三大類(lèi)。

1.5510tonha-1

CO2

太陽(yáng)輻射

溫度

作物特性

潛在產(chǎn)量

可獲得產(chǎn)量

實(shí)際產(chǎn)量

水分

營(yíng)養(yǎng)

（氮、磷、鉀）

雜草

病害

蟲(chóng)害

污染

限制因子

減產(chǎn)因子

決定因子

保護(hù)措施

生產(chǎn)水平

減產(chǎn)因子81ppt課件.在上述生產(chǎn)水平的基礎(chǔ)上，荷蘭科學(xué)家進(jìn)一步提出作物模型的結(jié)構(gòu)成分任何一個(gè)模擬模型均可以根據(jù)其自身的特性分解成相互關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)成分。例如整個(gè)作物生育及其環(huán)境系統(tǒng)一般可分解成六個(gè)相互關(guān)聯(lián)的亞系統(tǒng)。第一亞系統(tǒng)為作物的階段發(fā)育與物候期，主要是有關(guān)以溫光反應(yīng)為基礎(chǔ)的莖頂端發(fā)育階段以及以外部形態(tài)特征變化為標(biāo)志的生育時(shí)期，如小麥的小穗分化期、小花分化期等，以及分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期等。第二亞系統(tǒng)為作物植株的形態(tài)發(fā)生與器官建成過(guò)程，包括根系、葉片、莖桿、小穗、小花、籽粒等器官發(fā)生與形成的規(guī)律、數(shù)量與質(zhì)量等。第三亞系統(tǒng)為植株的光能利用與同化物生產(chǎn)，包括葉片和冠層的光合作用、呼吸作用、碳水化合物積累及生物量的計(jì)算等。第四亞系統(tǒng)為不同器官間的物質(zhì)分配與利用，包括同化物分配系數(shù)或分配指數(shù)和分配量的實(shí)時(shí)變化、器官的生長(zhǎng)和大小、產(chǎn)量和品質(zhì)的決定等。第五亞系統(tǒng)為土壤－植物－大氣水分關(guān)系，包括土壤水分的移動(dòng)、吸收、蒸發(fā)蒸騰、植物組織的水分平衡等。第六亞系統(tǒng)為土壤養(yǎng)分(氮素)動(dòng)態(tài)與植株利用，包括主要養(yǎng)分元素在土壤中的轉(zhuǎn)化、根系吸收、體內(nèi)分配和利用等。82ppt課件.作物模型的結(jié)構(gòu)成分82ppt課件.

第一至第四亞系統(tǒng)為作物生長(zhǎng)模型的基礎(chǔ)成分，且不同作物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程有很大的區(qū)別，其中溫光條件為貫穿于各亞系統(tǒng)的主導(dǎo)因子，直接作用于不同的生理過(guò)程，作物基因型差異則是系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)在動(dòng)力。因此，第一至第四亞系統(tǒng)的研究被認(rèn)為是作物生長(zhǎng)模擬研究的重點(diǎn)。第五和第六亞系統(tǒng)受氣候和土壤環(huán)境因子影響較大，且通過(guò)土壤與根系過(guò)程間接地作用于作物的生育過(guò)程，同時(shí)在很大程度上受到技術(shù)措施的調(diào)控，故需作為并行的亞系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行模擬。以上各結(jié)構(gòu)成分通過(guò)物質(zhì)和信息的交流聯(lián)成一個(gè)作物生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)，例如小麥生長(zhǎng)模擬模型的結(jié)構(gòu)框架見(jiàn)圖。83ppt課件.第一至第四亞系統(tǒng)為作物生長(zhǎng)模型的基礎(chǔ)成分，且不同作物

小麥生長(zhǎng)模擬模型的結(jié)構(gòu)框架

光合作用

同化物庫(kù)

穗

生長(zhǎng)呼吸

莖鞘

葉片

維持呼吸

生物量

根

生理發(fā)育

時(shí)間

每日生理

效應(yīng)

土壤養(yǎng)分平衡

土壤水分平衡

干物質(zhì)分配

葉面積指數(shù)

發(fā)育進(jìn)程

氣象資料、土壤特性、品種參數(shù)、技術(shù)措施

84ppt課件.小麥生長(zhǎng)模擬模型的結(jié)構(gòu)框架光合作用同化物庫(kù)穗生長(zhǎng)呼3.R/WCSODS的主要數(shù)學(xué)模型85ppt課件.3.R/WCSODS的主要數(shù)學(xué)模型85ppt課件.氣象數(shù)據(jù)生成1逐日氣溫和日照時(shí)數(shù)

其中：

RND(t)+0.7(i=1,2,3)CTi=1.0(i=1,2,3)且CTi(t)>1.15RND(t)+0.5(i=4)

86ppt課件.氣象數(shù)據(jù)生成86ppt課件.2常年逐日總輻射模型

Q(t)=Qo(t)·(a+b·St/DL)

3逐日日長(zhǎng)模型

DL=2cos-1(-tanφ·tanδ)15δ＝23.5sin［360()］研究中，鄭州取a=0.17,b=0.52；鶴壁a=0.18,b=0.50。87ppt課件.87ppt課件.

0≤-4℃VE=(+4)/7-4℃﹤≤3℃13℃﹤≤7℃（半冬性）

(18-)/117℃﹤＜18℃0≥18℃/50℃﹤≤5℃VE=15℃﹤≤18℃（弱春性）

(30-)/1218℃﹤＜30℃0≥30℃

88ppt課件.089ppt課件.89ppt課件.式中：PHDi

是第i天的群體光合量；TF是溫度訂正因子，是日平均溫度Ti的函數(shù)；NF是N肥訂正因子；Qi是第i天的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度；α是群體反射率；0.47是太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成光合有效輻射的系數(shù)；LAIi是葉面積指數(shù)，Di

為日長(zhǎng)；A、B是光合作用參數(shù)，隨品種和生育期而變；E是群體消光系數(shù)。Qi

可按下式計(jì)算:Qi＝TQi/Di這里，TQi是第i天的太陽(yáng)輻射總量。90ppt課件.式中：PHDi是第i天的群體光合量；TF是溫度訂正因子，91ppt課件.91ppt課件.92ppt課件.92ppt課件.93ppt課件.93ppt課件.94ppt課件.94ppt課件.NPDi=PGDi-REDi

RG=0.03*PGDiDMi=0.68×0.82×NPDi

干物重模型95ppt課件.NPDi=PGDi-REDiRG=0.03*PGDi小麥LAI模型

SLAi=SLAmax-（SLAmax-SLAmin）*EXP（-D*i）表

主要生育階段光合產(chǎn)物向葉和穗轉(zhuǎn)移的分配系數(shù)

器官拔節(jié)抽穗成熟

葉0.460.130.00

穗——0.311.2896ppt課件.小麥LAI模型SLAi=SLAmax-（SLAmax-SL3.3適宜LAI動(dòng)態(tài)指標(biāo)3.4小麥生長(zhǎng)是否追肥的判斷3.5小麥?zhǔn)┑砍踔档挠喺齆Iˊ=FG﹒NI

97ppt課件.3.3適宜LAI動(dòng)態(tài)指標(biāo)NIˊ=FG﹒NI97ppt課件98ppt課件.98ppt課件.99ppt課件.99ppt課件.

農(nóng)業(yè)模型的應(yīng)用領(lǐng)域模擬模型的應(yīng)用主要有以下4個(gè)方面：教學(xué)、研究、管理、評(píng)估。較理想的農(nóng)業(yè)模擬模型不僅具有良好的機(jī)理性和預(yù)測(cè)性，并且以其較強(qiáng)的通用性和靈活性而適用于不同的生態(tài)地區(qū)和各種層次的用戶。

模擬模型與其它技術(shù)的耦合與專家系統(tǒng)或知識(shí)模型的結(jié)合

作物生長(zhǎng)模擬模型與作物管理知識(shí)模型或?qū)＜蚁到y(tǒng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)播前的栽培方案設(shè)計(jì)和產(chǎn)中的動(dòng)態(tài)管理調(diào)控兩大決策支持，其技術(shù)原理如下：

第五部分農(nóng)業(yè)模型應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)100ppt課件.農(nóng)業(yè)模型的應(yīng)用領(lǐng)域100ppt課件.栽培方案設(shè)計(jì)流程圖

栽培方案（包括適宜品種、播期、基本苗和播種量、肥料運(yùn)籌和水分管理方案）

Y

Y

用戶要求的

產(chǎn)量和品質(zhì)目標(biāo)

知識(shí)模型

合理？

氣象、土壤及品種資料

生長(zhǎng)模擬模型

達(dá)到生產(chǎn)目標(biāo)？

N

N

栽培方案（包括適宜品種、播期、基本苗和播種量、肥料運(yùn)籌和水分管理方案）

101ppt課件.栽培方案設(shè)計(jì)流程圖栽培方案（包括適宜品種、播期、基本苗和播

與RS技術(shù)的結(jié)合

RS與作物生長(zhǎng)模擬模型的結(jié)合使RS的宏觀實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)功能與生長(zhǎng)模型的預(yù)測(cè)功能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

與GIS的結(jié)合模擬模型與GIS相結(jié)合，使得模型可以通過(guò)GIS獲取其運(yùn)行所需的天氣和土壤數(shù)據(jù)及管理數(shù)據(jù)等，而模型的結(jié)果又可通過(guò)GIS用地圖來(lái)進(jìn)行空間表達(dá)，非常便于進(jìn)行多地塊生產(chǎn)管理或提供宏觀管理決策支持。

與全球定位系統(tǒng)（GPS）的結(jié)合

GPS與模擬模型相結(jié)合，就可以通過(guò)GPS獲得定位數(shù)據(jù)進(jìn)行小范圍模擬，根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行定位施肥、灌溉、施藥和其他管理。102ppt課件.與RS技術(shù)的結(jié)合102ppt課件.與可視化技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合

在生長(zhǎng)模擬模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)建基于過(guò)程的形態(tài)發(fā)生模擬模型，并與可視化技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)可感知的預(yù)測(cè)和顯示植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程、群體景觀和產(chǎn)量形成等的計(jì)算機(jī)可視化環(huán)境，對(duì)于探索作物理想株型、優(yōu)化生長(zhǎng)調(diào)控措施、構(gòu)建植物形態(tài)及園林設(shè)計(jì)、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)等具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。與組件技術(shù)的結(jié)合

將農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬模型與組件技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)模擬模型組件，可以即插即用，便于模型的維護(hù)、修改和集成。103ppt課件.與可視化技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合103ppt課件.

與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合將模擬模型與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，形成網(wǎng)絡(luò)化的模擬模型系統(tǒng)，遠(yuǎn)程用戶通過(guò)輸入當(dāng)?shù)鼗旧a(chǎn)數(shù)據(jù)，就可以模擬農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，預(yù)測(cè)未來(lái)變化趨勢(shì)，獲得實(shí)時(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理方案和決策支持，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息的迅速傳遞，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的在線指導(dǎo)和科學(xué)決策，便于擴(kuò)大用戶和方便使用。104ppt課件.與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合104ppt課件.此課件下載可自行編輯修改，供參考！感謝您的支持，我們努力做得更好！此課件下載可自行編輯修改，供參考！第五講農(nóng)業(yè)模型106ppt課件.第五講農(nóng)業(yè)模型1ppt課件.主要內(nèi)容數(shù)字農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)模型農(nóng)業(yè)模型研究發(fā)展過(guò)程農(nóng)業(yè)模型的基本方法作物模擬模型農(nóng)業(yè)模型應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)107ppt課件.主要內(nèi)容數(shù)字農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)模型2ppt課件.主要內(nèi)容數(shù)字農(nóng)業(yè)模型與模型化模型的類(lèi)型數(shù)學(xué)模型農(nóng)業(yè)模型及其特點(diǎn)農(nóng)業(yè)模型學(xué)第一部分?jǐn)?shù)字農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)模型

108ppt課件.主要內(nèi)容數(shù)字農(nóng)業(yè)3ppt課件.1.數(shù)字農(nóng)業(yè)定義當(dāng)代信息技術(shù)迅速發(fā)展，并在農(nóng)業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。到20世紀(jì)末，國(guó)際上形成了“數(shù)字農(nóng)業(yè)”的概念。它預(yù)示著21世紀(jì)的農(nóng)業(yè)將呈現(xiàn)出一個(gè)以數(shù)字化為特征的嶄新局面。參照“數(shù)字地球”、“數(shù)字戰(zhàn)爭(zhēng)”等含義，并考慮到農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)，數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)該包括以下三個(gè)內(nèi)容：（1）數(shù)字農(nóng)業(yè)要求對(duì)農(nóng)業(yè)的各個(gè)方面（包括種植業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)業(yè)、林業(yè)等）的各個(gè)要素與過(guò)程（生物的、環(huán)境的、經(jīng)濟(jì)的）全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，也就是說(shuō)各種農(nóng)業(yè)的各種要素與過(guò)程都要應(yīng)用二進(jìn)制的數(shù)字（0，1）以及由二進(jìn)制數(shù)字建成的數(shù)學(xué)模型或計(jì)算機(jī)模型來(lái)表達(dá)。（2）數(shù)字農(nóng)業(yè)要求各種農(nóng)業(yè)信息技術(shù)最廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。（3）數(shù)字農(nóng)業(yè)要求在農(nóng)業(yè)的各個(gè)部門(mén)（生產(chǎn)、科研、教育、行政、流通、服務(wù)等）全面地實(shí)施數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化的管理。

一、數(shù)字農(nóng)業(yè)109ppt課件.1.數(shù)字農(nóng)業(yè)定義一、數(shù)字農(nóng)業(yè)4ppt課件.2.農(nóng)業(yè)過(guò)程的全面數(shù)字化與農(nóng)業(yè)模型

以上分析可知，農(nóng)業(yè)數(shù)學(xué)模型與農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)模型的研究與建立，應(yīng)該說(shuō)是“數(shù)字農(nóng)業(yè)”的前提。各種農(nóng)業(yè)要素的數(shù)字化各種農(nóng)業(yè)基本過(guò)程的數(shù)字化-農(nóng)業(yè)數(shù)學(xué)模型各種農(nóng)業(yè)的決策過(guò)程的數(shù)字化-農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)模型110ppt課件.2.農(nóng)業(yè)過(guò)程的全面數(shù)字化與農(nóng)業(yè)模型

以上分析可知，農(nóng)3.農(nóng)業(yè)模型是農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的基礎(chǔ)111ppt課件.3.農(nóng)業(yè)模型是農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的基礎(chǔ)6ppt課件.模型是模仿客觀事物的一種物體。對(duì)客觀事物構(gòu)建模型的過(guò)程就成為“模型化”（Modeling）,也稱為“模擬”（Simulation）。二、模型與模型化112ppt課件.模型是模仿客觀事物的一種物體。二、模型與模型化7直觀模型：只要求與客觀事物的外觀相似，不涉及事物的內(nèi)在機(jī)理。思維模型：人們通過(guò)對(duì)同類(lèi)的客觀事物的反復(fù)接觸，從而在頭腦中形成的對(duì)同類(lèi)事物的共同特征與內(nèi)在規(guī)律的了解。物理模型：這類(lèi)模型要求以某種物理實(shí)體反映客觀事物的某些物理性能與內(nèi)在機(jī)理。如飛機(jī)模型、地震模擬裝置等。圖形或符號(hào)模型：這類(lèi)模型用圖形或特定的符號(hào)來(lái)表示客觀事物的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與性能。如：機(jī)器結(jié)構(gòu)圖、工程設(shè)計(jì)圖、電路圖等。數(shù)學(xué)模型計(jì)算機(jī)模型三、模型的類(lèi)型113ppt課件.直觀模型：只要求與客觀事物的外觀相似，不涉及事物的內(nèi)在機(jī)理。建立數(shù)學(xué)模型往往是模型化的核心步驟。數(shù)學(xué)模型具有以下特征：1）現(xiàn)實(shí)性2）抽象性3）邏輯性4）目的性5）廣泛性四、數(shù)學(xué)模型114ppt課件.四、數(shù)學(xué)模型9ppt課件.建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型一般需要以下步驟：

1）建模準(zhǔn)備

2）模型假設(shè)

3）模型構(gòu)建

4）模型檢驗(yàn)

5）模型應(yīng)用115ppt課件.建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型一般需要以下步驟：10ppt課件.數(shù)學(xué)模型的類(lèi)型1）按數(shù)學(xué)方法來(lái)分類(lèi)初等數(shù)學(xué)模型微分法模型微分方程模型變分法模型圖論模型2）按模型中事物發(fā)生機(jī)率分G.確定性模型H.隨機(jī)性模型3）按模型中事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類(lèi)I.連續(xù)性模型J.離散性模型116ppt課件.數(shù)學(xué)模型的類(lèi)型11ppt課件.四、農(nóng)業(yè)模型1.概念117ppt課件.四、農(nóng)業(yè)模型1.概念12ppt課件.2.農(nóng)業(yè)模型的類(lèi)型

按不同的功能特征以及建模的目的和方法大致可以分為以下幾種類(lèi)型：

1、經(jīng)驗(yàn)(Experiential)模型和機(jī)理(Mechanistial)模型

前者建立在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，較少涉及機(jī)理性，偏重于模型的預(yù)測(cè)性和應(yīng)用性；后者對(duì)內(nèi)在機(jī)理有較好的闡釋，強(qiáng)調(diào)模型的解釋性和研究性。

2、描述性(Descriptive)模型和解釋性(Explainatory)模型

前者以簡(jiǎn)單的方式描述一個(gè)系統(tǒng)的行為，而對(duì)引起行為的機(jī)理，模型較少或根本不予以反映，描述性模型可以通過(guò)測(cè)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出來(lái)，其建立相對(duì)比較簡(jiǎn)捷（圖1）；118ppt課件.2.農(nóng)業(yè)模型的類(lèi)型13ppt課件.

后者由引起系統(tǒng)行為的機(jī)理和過(guò)程的定量描述所組成，這些描述即為科學(xué)理論和假設(shè)的清晰表達(dá)，模型是通過(guò)綜合整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)理和過(guò)程描述來(lái)建立的。為了建立解釋性模型，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，并分別對(duì)它的過(guò)程和機(jī)理進(jìn)行定量化表達(dá)（圖2）。圖1表明真實(shí)世界的現(xiàn)象如何引入到描述性模型中的圖示

模型化現(xiàn)象

真實(shí)現(xiàn)象

描述性模型

計(jì)算

描述

119ppt課件.后者由引起系統(tǒng)行為的機(jī)理和過(guò)程的定量描述所組成，這些圖2表明真實(shí)觀察值如何被分析和綜合引入解釋性模型來(lái)模擬系統(tǒng)行為的圖示

解釋性模型

系統(tǒng)

模擬

描述，

分析

模型化現(xiàn)象

真實(shí)現(xiàn)象

過(guò)程

過(guò)程

過(guò)程

過(guò)程

過(guò)程

過(guò)程

模型

構(gòu)建

120ppt課件.圖2表明真實(shí)觀察值如何被分析和綜合引入解釋性模型來(lái)模擬系統(tǒng)3、統(tǒng)計(jì)(Statistical)模型和過(guò)程(Process)模型

前者是一種最常使用的模型，主要通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重回歸來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的表現(xiàn)，其解釋性較差，并且局限于試驗(yàn)資料所在地特定的大氣、土壤條件和品種類(lèi)型，難以推廣到不同的環(huán)境條件和品種類(lèi)型；后者用于定量描述生物與非生物的一些基本過(guò)程，具有較好的機(jī)理性和解釋性，適用于不同的環(huán)境條件和生產(chǎn)系統(tǒng)。4、應(yīng)用(Application)模型和研究(Research)模型

前者主要傾向于應(yīng)用推廣，因而具有便于使用、較粗放和應(yīng)用方向比較單一的特點(diǎn)；后者主要用于科研，對(duì)其機(jī)理性要求較高，因而具有操作復(fù)雜、參數(shù)較多、靈敏度高的特點(diǎn)。121ppt課件.3、統(tǒng)計(jì)(Statistical)模型和過(guò)程(Process

但總體上，所有農(nóng)業(yè)模型從更微觀的層次看都可認(rèn)為是經(jīng)驗(yàn)性模型，而從更宏觀的層次看又都是機(jī)理性模型。因此，任何一個(gè)模擬模型都體現(xiàn)了經(jīng)驗(yàn)性和機(jī)理性的相對(duì)平衡和協(xié)調(diào)。如果按不同的學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行分類(lèi)，農(nóng)業(yè)模型大概有作物生長(zhǎng)模型，動(dòng)物生長(zhǎng)模型，農(nóng)業(yè)氣象模型，土壤水肥模型，種植制度模型，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力模型，耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，病蟲(chóng)害預(yù)測(cè)模型等不同方面。其中，農(nóng)作系統(tǒng)模擬模型的研究具有較好的代表性和先進(jìn)性，目前國(guó)際上公認(rèn)較為優(yōu)秀且應(yīng)用廣泛的作物生長(zhǎng)模擬模型有美國(guó)的CERES系列模型和荷蘭的SUCROS模型等。122ppt課件.但總體上，所有農(nóng)業(yè)模型從更微觀的層次看都可認(rèn)為是經(jīng)驗(yàn)

農(nóng)業(yè)模型的特征過(guò)程模型的特征較理想的農(nóng)業(yè)過(guò)程模擬模型應(yīng)具有以下8個(gè)特征。其中，動(dòng)態(tài)性和預(yù)測(cè)性是農(nóng)業(yè)模擬模型最顯著和最重要的特征。1、系統(tǒng)性對(duì)生物與非生物全過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)、全面的分析與描述。2、動(dòng)態(tài)性包括受環(huán)境因子和內(nèi)在特性驅(qū)動(dòng)的各個(gè)狀態(tài)變量的時(shí)間過(guò)程變化及不同生育過(guò)程間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。123ppt課件.農(nóng)業(yè)模型的特征18ppt課件.3、機(jī)理性在經(jīng)驗(yàn)性或描述性的基礎(chǔ)上，通過(guò)進(jìn)行深入的支持研究，模擬較為全面的系統(tǒng)等級(jí)水平，并將其進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而提供對(duì)主要生理過(guò)程的理解或解釋。4、預(yù)測(cè)性通過(guò)正確建立模型的主要驅(qū)動(dòng)變量及其與狀態(tài)變量的動(dòng)態(tài)關(guān)系，對(duì)系統(tǒng)行為提供可靠的定量預(yù)測(cè)。5、通用性原則上適用于任何地點(diǎn)、時(shí)間和品種等條件。6、便用性可為非專家操作應(yīng)用，可利用一般的氣候、土壤及品種資料。124ppt課件.3、機(jī)理性19ppt課件.7、靈活性可容易地進(jìn)行修改和擴(kuò)充以及與其它系統(tǒng)相耦合。8、研究性除了應(yīng)用性以外，還可用于不同領(lǐng)域的模擬研究工作，從而避免實(shí)物研究中干擾因素多、周期長(zhǎng)、費(fèi)用高等的不足。125ppt課件.7、靈活性20ppt課件.與動(dòng)態(tài)分析的比較

動(dòng)態(tài)分析的主要研究?jī)?nèi)容是不同時(shí)段系統(tǒng)的整體輸出結(jié)果，而未涉及系統(tǒng)內(nèi)不同成分的變化過(guò)程及其機(jī)理關(guān)系，具有簡(jiǎn)單描述性和間斷性的特點(diǎn)。

模擬模型研究的主要對(duì)象是生物與非生物系統(tǒng)的過(guò)程及過(guò)程間的相互關(guān)系，因而具有規(guī)律上的解釋性以及連續(xù)的時(shí)空變化特征。例如，在植物生長(zhǎng)分析研究中，主要目標(biāo)是描述不同時(shí)間葉面積及作物生長(zhǎng)速率等生長(zhǎng)狀態(tài)的變化特征，通過(guò)定期測(cè)定葉面積和干物重就可以計(jì)算獲得不同的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)曲線（圖3）。但在植物生長(zhǎng)模擬研究中，必須能解析影響葉面積和生長(zhǎng)速率變化的生理過(guò)程及機(jī)理關(guān)系。126ppt課件.與動(dòng)態(tài)分析的比較21ppt課件.圖1作物植株葉面積、生物量及生長(zhǎng)速率隨時(shí)間過(guò)程的變化動(dòng)態(tài)

0

1

2

3

4

5

6

7

20

40

60

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0

5

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15

0

10

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輻射

截獲

綠色葉面積指數(shù)

太陽(yáng)輻射截獲率(%)

累積干物重(kgha-1)

作物生長(zhǎng)速率(gm-2d-1)

凈光合作用速率(gm-2d-1)

出苗后的天數(shù)(days)

開(kāi)花

LAL

20

40

60

80

100

120

干物重

生長(zhǎng)速率

凈光合作用速率

127ppt課件.圖1作物植株葉面積、生物量及生長(zhǎng)速率隨時(shí)間過(guò)程的變化動(dòng)態(tài)

與統(tǒng)計(jì)模型的比較

1、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)一般只對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的最終結(jié)果（如產(chǎn)量）進(jìn)行比較，而不揭示結(jié)果（產(chǎn)量）形成的機(jī)理性過(guò)程及因果關(guān)系。而農(nóng)業(yè)模擬模型完全可以揭示生物生長(zhǎng)與生產(chǎn)過(guò)程及其動(dòng)態(tài)關(guān)系，幫助人們更好地理解生物生長(zhǎng)和生產(chǎn)的機(jī)制與結(jié)果。

2、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)一般只能考慮與結(jié)果（如產(chǎn)量）有關(guān)的少數(shù)技術(shù)措施（如品種、肥料、密度等），而客觀上影響生物生長(zhǎng)和生產(chǎn)的因子往往很多，無(wú)法用農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)的方法綜合研究和分析。而模擬模型可以對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析和合成，同時(shí)考慮許多因子的作用，并可進(jìn)行大量的計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)。

3、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)的研究結(jié)果具有明顯的地域性和季節(jié)性，且局限于特定的生物品種、土壤類(lèi)型和氣候條件，很難應(yīng)用于不同地區(qū)、時(shí)間和生產(chǎn)系統(tǒng)。而模擬模型同時(shí)受外部環(huán)境和內(nèi)在特征所驅(qū)動(dòng)，因而具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性和靈活性，可以應(yīng)用于不同的地點(diǎn)、時(shí)間和生產(chǎn)系統(tǒng)。

128ppt課件.與統(tǒng)計(jì)模型的比較1、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)一般只對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的

農(nóng)業(yè)模型的作用與功能

模擬模型的意義農(nóng)業(yè)模擬模型最重要的意義是對(duì)整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的知識(shí)進(jìn)行綜合，并量化機(jī)理性過(guò)程及其相互關(guān)系，即綜合知識(shí)和量化關(guān)系。模擬模型是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理和計(jì)算功能，對(duì)不同的生物與非生物過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)分析和合成，其實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于所研究系統(tǒng)的最新知識(shí)的積累和綜合。同時(shí)，模擬研究在理解生物與非生物過(guò)程及其變量間關(guān)系的基礎(chǔ)上，進(jìn)行量化分析和數(shù)理模擬，從而促進(jìn)了對(duì)生物與非生物規(guī)律由定性描述向定量分析的轉(zhuǎn)化過(guò)程，深化了對(duì)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)過(guò)程的定量化認(rèn)識(shí)和數(shù)字化表達(dá)。129ppt課件.農(nóng)業(yè)模型的作用與功能模擬模型的意義24ppt課件.

模擬模型的功能成功的農(nóng)業(yè)模擬模型之所以受到科學(xué)家的肯定和重視，是因?yàn)槟M模型具有其他研究手段不可替代的功能：理解、預(yù)測(cè)、調(diào)控。模擬模型能夠幫助人們理解和認(rèn)識(shí)生物與非生物過(guò)程的基本規(guī)律和量化關(guān)系，并對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為和最后表現(xiàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而輔助進(jìn)行對(duì)生物生長(zhǎng)和生產(chǎn)系統(tǒng)的適時(shí)合理調(diào)控，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、生態(tài)、安全的可持續(xù)發(fā)展。130ppt課件.模擬模型的功能25ppt課件.

研究農(nóng)業(yè)模型的理論體系、方法體系，及其與其它各種科學(xué)的關(guān)系，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響以及在農(nóng)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中的研究進(jìn)展的科學(xué)。五、農(nóng)業(yè)模型學(xué)131ppt課件.研究農(nóng)業(yè)模型的理論體系、方法體系，及其與其第二部分農(nóng)業(yè)模型研究的發(fā)展過(guò)程農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型的研究進(jìn)展農(nóng)業(yè)系統(tǒng)各組分的模擬研究現(xiàn)狀作物模擬模型的研究進(jìn)展

132ppt課件.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型的研究進(jìn)展27ppt課件.

★國(guó)際上：30年代開(kāi)始；主要內(nèi)容涉及人口增長(zhǎng)、資源利用、作物生產(chǎn)、畜禽飼養(yǎng)、病蟲(chóng)預(yù)測(cè)和環(huán)境控制?！镏袊?guó)發(fā)展情況80年代中期開(kāi)始，以江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)院為代表，江西農(nóng)業(yè)大學(xué)、中棉所、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、河南農(nóng)科院、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)等相繼開(kāi)展了這一方面的研究或示范。

一、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型的研究進(jìn)展133ppt課件.★國(guó)際上：30年代開(kāi)始；主要內(nèi)容涉及人口增長(zhǎng)、資源利用、★農(nóng)業(yè)生物的模擬（60年代中后期開(kāi)始）這是農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬發(fā)展最快，成績(jī)最顯著的領(lǐng)域?！镛r(nóng)業(yè)環(huán)境的模擬主要包括氣象因子的生成（已有固定的模型）、有效積溫的統(tǒng)計(jì)；氣溫與地溫關(guān)系的預(yù)測(cè)等。