《智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與裝備》課件-第10章 農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)

第十章農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)機(jī)電工程學(xué)院務(wù)本崇實(shí)修德精業(yè)目錄Content農(nóng)業(yè)信息技術(shù)基本概念農(nóng)業(yè)信息處理關(guān)鍵技術(shù)農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)體系框架農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)01020304農(nóng)業(yè)信息技術(shù)基本概念Basicprincipleandclassificationoftransformer10.1農(nóng)業(yè)信息處理基本概念標(biāo)題

農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是指利用信息技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)決策過(guò)程中的自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、傳遞、處理和分析，為農(nóng)業(yè)研究者、生產(chǎn)者、經(jīng)營(yíng)者和管理者提供資料查詢、技術(shù)咨詢、輔助決策和自動(dòng)調(diào)控等多項(xiàng)服務(wù)的技術(shù)總稱。農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)按其智能化程度的高低，可分為基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)和智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)兩大類。①基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)

主要指涉農(nóng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立及與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、遙感、GIS、GPS、多媒體技術(shù)等的結(jié)合，其主要功能是提供動(dòng)態(tài)信息以幫助決策，智能化程度低，主要包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)搜索、數(shù)據(jù)加密等技術(shù)。②智能農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)主要是運(yùn)用信息技術(shù)，人工智能技術(shù)、匯集農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)、經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，以農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬模型、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)模型、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)及農(nóng)業(yè)綜合模型為基礎(chǔ)和核心所形成的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理決策支持系統(tǒng)，其主要功能是進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的預(yù)測(cè)預(yù)警、智能控制、診斷推理等，智能化程度高.農(nóng)業(yè)信息處理關(guān)鍵技術(shù)Basicprincipleandclassificationoftransformer10.2農(nóng)業(yè)信息處理關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)題

農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)主要涉及基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)，如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)搜索技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等，以及智能農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)，如預(yù)測(cè)預(yù)警、診斷推理、智能控制等。農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)科技的結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)信息有效傳遞、分析轉(zhuǎn)換、智能應(yīng)用的重要手段。農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中占有非常重要的地位，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化的關(guān)鍵。10.2.1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)監(jiān)控和管理，會(huì)產(chǎn)生海量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。如果不能及時(shí)地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和組織，提供便捷的查詢、統(tǒng)計(jì)和分析利用，就會(huì)造成極大的浪費(fèi)。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)解決了計(jì)算機(jī)信息處理過(guò)程中大量數(shù)據(jù)有效地組織和存儲(chǔ)的問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、保障數(shù)據(jù)安全以及高效地檢索數(shù)據(jù)的重要工具。1.數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)是按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)組織、存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)，是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理與信息管理系統(tǒng)的一個(gè)核心技術(shù)。它研究如何組織和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如何高效地獲取和處理數(shù)據(jù)。通過(guò)研究數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)、設(shè)計(jì)、管理，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和理解。10.2農(nóng)業(yè)信息處理關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)題

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)研究和管理的對(duì)象是數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)所涉及的具體內(nèi)容主要包括：通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一組織和管理，按照指定的結(jié)構(gòu)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)；利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)設(shè)計(jì)出能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行添加、修改、刪除、處理、分析、理解、報(bào)表和打印等多種功能的數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用系統(tǒng)。

目前，有許多數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品，如Oracle、Sybase、Infomix、SQLServer、MySQL和FoxPro等，它們以各自特有的功能，在數(shù)據(jù)庫(kù)市場(chǎng)上占有一席之地。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)選擇數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面∶數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的性能分析、對(duì)分布式應(yīng)用的支持、并行處理能力、并發(fā)控制功能、數(shù)據(jù)安全性等。2.農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)目前，全世界建立了4個(gè)大型的農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，即聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)（AGRIS）、國(guó)際食物信息數(shù)據(jù)庫(kù)（IFIS）、美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)聯(lián)機(jī)存取數(shù)據(jù)庫(kù)（AGRICO2LA）、國(guó)際農(nóng)業(yè)與生物科學(xué)中心數(shù)據(jù)庫(kù)（ABID）。我國(guó)除引進(jìn)了以上世界大型數(shù)據(jù)庫(kù)外，自己建立了100多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。10.2農(nóng)業(yè)信息處理關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)題10.2.2數(shù)據(jù)搜索技術(shù)1.搜索引擎分類搜索引擎按照原理和工作方式可分為3種∶全文搜索引擎、目錄搜索引擎和元搜索引擎B目錄搜索引擎按目錄分類的網(wǎng)站鏈接列表。該類搜索引擎通常由人工參與，所以信息質(zhì)量高，但是人工維護(hù)量大，能提供的信息量少，更新不及時(shí)。用戶可以通過(guò)關(guān)鍵詞檢索，也可以直接依靠分類目錄找到需要的信息。C元搜索引擎元搜索引擎不具有自己的網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，接受用戶查詢請(qǐng)求后，由元搜索引擎負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換處理后提交給多個(gè)預(yù)先選定的獨(dú)立搜索引擎，并將從各獨(dú)立搜索引擎返回的所有查詢結(jié)果，集中起來(lái)處理后再返回給用戶。A全文搜索引擎全文搜索引擎是名副其實(shí)的搜索引擎，也是搜索引擎的主流。Google、百度10.2農(nóng)業(yè)信息處理關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)題10.2.3云計(jì)算技術(shù)云計(jì)算（CloudComputing）是借助于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算模式。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展、終端數(shù)量的增長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生非常龐大的數(shù)據(jù)流，這時(shí)就需要一個(gè)非常強(qiáng)大的信息處理中心。傳統(tǒng)的信息處理中心是難以滿足這種計(jì)算需求的，在應(yīng)用層就需要引入云計(jì)算中心處理海量信息，進(jìn)行輔助決策。01把軟件作為一種服務(wù)來(lái)提供。應(yīng)用軟件統(tǒng)一部署在自己的服務(wù)器上，通過(guò)瀏覽器向客戶提供軟件的模式。SaaS吸收了網(wǎng)格與并行計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)，打破了傳統(tǒng)軟件本地安裝模式，由服務(wù)提供商維護(hù)和管理軟件。目前GogleApps和ZohoOffice等都屬于這類服務(wù)。軟件即服務(wù)（SaaSSoftwareasaService)02把開(kāi)發(fā)環(huán)境作為一種服務(wù)來(lái)提供。這是一種分布式平臺(tái)服務(wù)，廠商提供開(kāi)發(fā)環(huán)境、服務(wù)器平臺(tái)、硬件資源等服務(wù)給客戶，用戶在其平臺(tái)基礎(chǔ)上定制開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序并通過(guò)其服務(wù)器和互聯(lián)網(wǎng)傳遞給其他客戶。PaaS能夠給企業(yè)或個(gè)人提供研發(fā)的中間件平臺(tái)，提供應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用服務(wù)器、試驗(yàn)、托管及應(yīng)用服務(wù)。平臺(tái)即服務(wù)（PaaSPlatformasaService）03企業(yè)將由多臺(tái)服務(wù)器組成的"云端"基礎(chǔ)設(shè)施，作為計(jì)量服務(wù)提供給客戶。內(nèi)存、I/O設(shè)備、存儲(chǔ)和計(jì)算能力被整合成一個(gè)虛擬的資源池，為整個(gè)業(yè)界提供所需要的存儲(chǔ)資源和虛擬化服務(wù)器等服務(wù)。laaS的優(yōu)點(diǎn)是大大降低了用戶在硬件上的開(kāi)銷。AmazonEC2、BlueCloud等均是該類的代表產(chǎn)品?；A(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（laaSInfrastructureasaService）10.2農(nóng)業(yè)信息處理關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)題10.2.4農(nóng)業(yè)預(yù)測(cè)預(yù)警依據(jù)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)采集的海量數(shù)據(jù)和作物資料，根據(jù)農(nóng)業(yè)預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)，對(duì)農(nóng)業(yè)研究對(duì)象未來(lái)發(fā)展的可能性進(jìn)行推測(cè)和估計(jì)，對(duì)生態(tài)環(huán)境可能出現(xiàn)不利于農(nóng)作物或養(yǎng)殖對(duì)象正常生長(zhǎng)的極端情景時(shí)進(jìn)行提前警示，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)預(yù)測(cè)預(yù)警，是農(nóng)業(yè)信息處理、智能處理的重要應(yīng)用，農(nóng)業(yè)預(yù)測(cè)預(yù)警是調(diào)節(jié)控制生態(tài)環(huán)境的前提和基礎(chǔ)。10.2.5農(nóng)業(yè)智能控制農(nóng)業(yè)智能控制是在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中給定的約束條件下，將人工智能、控制論、系統(tǒng)論、運(yùn)籌學(xué)和信息論等多種學(xué)科綜合與集成的新興的交叉前沿學(xué)科，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中給定的約束條件下，使給定的被控系統(tǒng)性能指標(biāo)取得最大化或最小化的控制，從而使自動(dòng)控制達(dá)到更高級(jí)的階段。10.2.6農(nóng)業(yè)智能決策農(nóng)業(yè)智能決策是智能決策支持系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用，技術(shù)思想的核心是按需實(shí)施、定位調(diào)控，即"處方農(nóng)作"，其目標(biāo)是建立精確農(nóng)業(yè)智能決策技術(shù)體系，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、管理人員、科技人員提供智能化、精確化和形象直觀化的農(nóng)業(yè)信息服務(wù)。它綜合了人工智能（A1）、商務(wù)智能（B1）、決策支持系統(tǒng)（DSS）、農(nóng)業(yè)知識(shí)管理系統(tǒng)（AKMS）、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)（AES）以及農(nóng)業(yè)管理信息系統(tǒng)（AMIS）中的知識(shí)、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)流程等內(nèi)容。通過(guò)模型庫(kù)、方法庫(kù)、專家?guī)斓冗M(jìn)行分析、推理，幫助解決復(fù)雜決策問(wèn)題的農(nóng)業(yè)輔助決策支持系統(tǒng)。10.2農(nóng)業(yè)信息處理關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)題10.2.7農(nóng)業(yè)診斷推理農(nóng)業(yè)診斷是指農(nóng)業(yè)專家根據(jù)診斷對(duì)象所表現(xiàn)出的特征信息，采用一定的診斷方法對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，以判定客體是否處于健康狀態(tài)，找出相應(yīng)原因并提出改變狀態(tài)或預(yù)防發(fā)生的辦法，從而對(duì)客體狀態(tài)做出合乎客觀實(shí)際結(jié)論的過(guò)程。農(nóng)業(yè)診斷對(duì)象是由生活在大自然環(huán)境中的植物（或者動(dòng)物）構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)，主要包括畜禽、水產(chǎn)品、農(nóng)作物、果樹(shù)等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)物。植物（動(dòng)物）直接或間接受到周圍環(huán)境的影響，另外還受自然環(huán)境、人為因素的影響。因此，在診斷中要重視環(huán)境對(duì)植物體（動(dòng)物體）本身的影響，避免割斷聯(lián)系的、靜態(tài)的認(rèn)識(shí)和分析方法上的缺陷。10.2.8農(nóng)業(yè)視覺(jué)信息處理農(nóng)業(yè)視覺(jué)信息是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中眾多信息的一種，是利用相機(jī)等圖像采集設(shè)備獲取的農(nóng)業(yè)場(chǎng)景圖像，如水果品質(zhì)檢測(cè)圖像、棉花異性纖維檢測(cè)圖像、魚(yú)病診斷圖像等。農(nóng)業(yè)視覺(jué)處理是指利用圖像處理技術(shù)對(duì)采集的農(nóng)業(yè)場(chǎng)景圖像進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)場(chǎng)景中的目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和理解的過(guò)程。通過(guò)對(duì)采集的農(nóng)業(yè)視覺(jué)信息進(jìn)行增強(qiáng)，得到易于后續(xù)圖像處理的圖像;通過(guò)對(duì)增強(qiáng)后的圖像進(jìn)行分割，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與背景的分離，得到目標(biāo)圖像;通過(guò)對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行特征提取，得到關(guān)于目標(biāo)的顏色、形狀、紋理等特征;通過(guò)構(gòu)造恰當(dāng)?shù)姆诸惼?，利用得到的特征向量，?shí)現(xiàn)目標(biāo)的分類。農(nóng)業(yè)視覺(jué)信息處理系統(tǒng)則通過(guò)構(gòu)建相應(yīng)的圖像采集子系統(tǒng)、圖像處理子系統(tǒng)、圖像分析子系統(tǒng)、反饋?zhàn)酉到y(tǒng)等實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)視覺(jué)信息的綜合利用。Basicprincipleandclassificationoftransformer農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)體系框架10.3農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)體系框架1.數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理。數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)信息、種養(yǎng)殖信息、種養(yǎng)殖環(huán)境信息、模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)等。由于數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的大量信息，這為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的查詢、檢索、分析和決策咨詢等奠定了基礎(chǔ)。為了實(shí)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的監(jiān)測(cè)、診斷、評(píng)估、預(yù)測(cè)和規(guī)劃等功能，必須根據(jù)信息農(nóng)業(yè)的需要研制與開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)專業(yè)模型，并建立模型庫(kù)，而且還要實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)庫(kù)、屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和專業(yè)模型庫(kù)的鏈接，并對(duì)所需確定和解決的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理問(wèn)題做出科學(xué)合理的決策與實(shí)施。農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用主要分為三個(gè)層次，即數(shù)據(jù)層、支撐層和應(yīng)用服務(wù)層。10.3農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)體系框架2.農(nóng)業(yè)應(yīng)用支撐

農(nóng)業(yè)應(yīng)用支撐是組織實(shí)施信息農(nóng)業(yè)的技術(shù)核心體系，一般包括∶①農(nóng)業(yè)預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)面、長(zhǎng)勢(shì)及災(zāi)害發(fā)生的檢測(cè)，農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、分析與評(píng)估;②農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)與估產(chǎn)信息系統(tǒng)，包括小麥、水稻等主要糧食作物和果樹(shù)、棉花等主要經(jīng)濟(jì)作物的長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)和農(nóng)業(yè)作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)等;③動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育的模擬系統(tǒng)，動(dòng)植物生長(zhǎng)環(huán)境的模擬等;④農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)銷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括各類農(nóng)產(chǎn)品的市場(chǎng)信息及其不同區(qū)域間的平衡預(yù)測(cè);⑤農(nóng)業(yè)智能決策等系統(tǒng)。3.農(nóng)業(yè)信息應(yīng)用農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)廣泛地應(yīng)用于大田種植、設(shè)施園藝、畜禽養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，涵蓋了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的各個(gè)方面，為用戶提供農(nóng)業(yè)作業(yè)的優(yōu)化精準(zhǔn)、自動(dòng)控制、預(yù)測(cè)預(yù)警、管理與決策、電子商務(wù)等服務(wù)。Basicprincipleandclassificationoftransformer農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)10.4農(nóng)業(yè)信息處理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)集成化。數(shù)據(jù)庫(kù)、人工智能、遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)等技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日趨成熟，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)信息資源及信息技術(shù)的綜合開(kāi)發(fā)利用需求卻日趨迫切，單項(xiàng)信息技術(shù)往往不能滿足需要。因此，多種信息技術(shù)的結(jié)合與集成越來(lái)越引起人們的普遍關(guān)注。目前較流行的是GIS與作物模型技術(shù)、遙感與GIS技術(shù)、決策支持系統(tǒng)與專家系統(tǒng)的集成以及作物模型、專家系統(tǒng)、信息系統(tǒng)三者的結(jié)合等。專業(yè)化。即針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的某一種具體作物，或某一項(xiàng)具體農(nóng)藝措施，建立計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)以進(jìn)行生產(chǎn)管理。如美國(guó)研制成功的棉花集成管