农业信息技术课程教学规范.pdf
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1、1 农业信息技术课程教学规范 、本课程的地位与作用 农业信息技术是以农业科学的基本理论为基础,以农业生产活动信 息为对象,以信息技术为支撑,进行农业信息采集、处理、分析、存储、 传输等具有明确时空尺度和定位含义的农业信息管理与决策,以揭示和 把握农业生产活动信息的变化规律。其主要包括以农业遥感、地理信息 系统和全球定位系统为核心的空间信息处理技术以及数据库、人工智能、 模拟模型、虚拟现实、网络技术等电子信息处理技术。农业信息技术是 农学(农业信息技术)专业必修的一门重要的专业选修课(学位课)。 、本课程的教学目标 通过本课程的教学,总的目的和要求是使学生: (1)了解农业信息技术的基本内涵、主
2、要研究内容及发展趋势。 (2)了解农业数据库、农业模拟模型、虚拟农业及管理信息系统、 决策支持系统、专家系统、农业信息服务系统的概念、特征与功能及研 制过程与方法。 (3)了解精确农业的概念与特征、支持技术及实施过程,重点掌握 遥感、地理信息系统、全球定位系统、机器视觉技术农业应用的原理与 方法。 (4)理解农业信息技术是重要的专业选修课,是对计算机基础、程 序设计语言、软件工程以及耕作、栽培、遗传育种等农学类先修课程的 一个综合与提升。 2 (5) 理解农业信息技术是一门实践性很强的硬技术,通过实验教学, 使学生掌握农业信息系统的程序设计、模型构建、开发实现的基本方法 和基本技能,培养学生发
3、现问题、分析问题与解决问题的能力。 、本课程的教学基本要求和内容 第一章农业信息学基础(制定人:高辉) 1.1 教学基本要求 (1)了解农业信息学的发展背景与形成过程,掌握农业信息学的定义、 内涵与基本特征; (2)知晓农业信息学研究的关键技术; (3)了解农业信息学的地位与作用。 1.2 教学基本内容 第一节 农业信息学的形成 信息的定义;农业信息学的形成;数字农业的定义。 知识点: 1、信息是客观实体运动状态和运动过程的抽象描述; 2、信息、物质和能量已成为共同构成客观世界的三大要素; 3、微型计算机和互联网的广泛应用,以及遥感、地理信息系统、全 球定位系统和管理信息系统、 决策支持系统、
4、专家系统等 nS技术的发展, 为农业生产管理的现代化和信息化提供了新的方法和手段,也为农业产 业的技术改造和提高注入了新的活力。农业信息技术正是在信息科学和 农业科学不断发展的推动下建立起来的新兴交叉学科领域。 4、数字农业是用数字化技术,按人类需要的目标,对农业所涉及的 3 对象和全过程进行数字化表达、设计、控制、管理,是数字地球理论与 知识在农业上的应用。 第二节 农业信息学的定义、内涵与特征 农业信息学的定义;农业信息学的内涵;农业信息学的基本特征。 知识点: 1、定义:以农业科学的基本理论为基础,以农业生产活动信息为对 象,以信息技术为支撑;进行农业信息采集、处理、分析、存储、传输 等
5、具有明确时空尺度和定位含义的农业信息管理与决策,研究和解决农 业生产活动信息变化规律的科学。 2、内涵: (1)理论基础:包括农业信息的结构、性质、分类及其表达,农业 信息的传输机制与信息流的形成机理,农业信息的管理与调控技术等。 (2)技术体系:包括农业信息获取、信息处理、信息模拟、信息控 制四个主要方面。 (3)应用系统:基于数据库的农业生产信息管理系统、基于3S 技 术的农业空间信息系统、基于模型的农业生产决策支持系统、基于人工 智能的农业管理专家系统、基于关键技术集成的精确农作管理系统等。 3、基本特征:系统化、模型化、知识化、智能化、可视化、网络化 等。 第三节 农业信息学研究的关键
6、技术 农业数据库技术;农业信息监测技术;农业空间信息管理技术;农 业系统模拟技术;农业人工智能技术;农业管理决策技术;农业信息服 4 务技术。 第四节 农业信息学的作用与应用 农业信息学的作用;农业信息学的应用。 第二章农业数据库及管理信息系统(制定人:孙成明) 2.1 教学基本要求 (1)了解农业数据库及农业管理信息系统的特征,掌握农业数据库及农 业管理信息系统的概念; (2)了解农业数据库及管理信息系统的研制过程以及其在农业上的应 用。 2.2 教学基本内容 第一节 农业数据库的概念与特征 农业数据库的概念;数据库的结构;农业数据库系统的特征。 知识点: 1、农业数据库:是一种有组织地动态
7、地存储、管理、重复利用、分 析预测一系列有密切联系的农业方面的数据集合的计算机系统。 2、数据库的三级模式结构:外模式、模式和内模式。 第二节 农业管理信息系统的概念与特征 管理系统信息系统的概念;管理信息系统的特征;农业管理信息系 统的特征。 知识点: 1、管理信息系统:是由人和计算机设备或其他信息处理手段组成并 用于管理信息的系统,是一门管理科学、信息科学、系统科学与计算机 5 技术相结合的综合性学科。 2、农业管理信息系统特征:农业管理信息系统是收集和加工农业系 统管理过程中的有关信息、为管理决策过程提供帮助的信息处理系统, 可根据管理目的而建立,在数据支持下进行与农业相关的事务处理、信
8、 息服务和辅助管理决策。 第三节 农业数据库系统及管理信息系统的研制与应用 农业数据库的研制及其应用;农业管理信息系统的研制及其应用。 第三章农业专家系统(制定人:孙成明) 3.1 教学基本要求 (1)了解专家系统的概念,熟悉农业专家系统的概念; (2)了解农业专家系统的特征、结构与功能; (3)了解农业专家系统的研制过程及其应用。 3.2 教学基本内容 第一节 农业专家系统的概念、特征与功能 专家系统及农业专家系统的概念;农业专家系统的特征;农业专家 系统的结构与功能。 知识点: 1、农业专家系统:农业专家系统是一个拥有大量权威农业专家的经 验、资料、数据与成果构成的知识库,并能利用其知识,
9、模拟农业专家 解决问题的思维方法进行判断、推理,以求得解决农业生产问题结论的 智能程序系统。 2、农业专家系统的特征: 6 (1)农业专家系统具有显示表达的大量领域专门知识 (2)能进行符号处理 (3)具有智能性 (4)能对推理过程的解释 (5)包括知识库、数据库、模型库,涵盖了农业专家解决实际问题 所需的基本信息。 (6)人机界面友好。大多数农业专家系统采用了多媒体技术和可视 化技术,界面友好,操作简单、易于广大农业生产用户使用。 第二节 农业专家系统的研制与应用 知识获取与表达;知识库与模型库的构建;系统的调试与修改;农 业专家系统的应用。 第四章农业模拟模型(制定人:孙成明) 4.1 教
10、学基本要求 (1)了解农业模拟模型的概念、特征与功能; (2)了解农业系统的等级性和水平; (3)熟悉农业系统模拟的原理与技术; (4)了解农业模拟模型基本算法及农业模拟模型的研制步骤; (5)了解农业模拟模型的应用及其与其它技术的耦合。 4.2 教学基本内容 第一节 农业模拟模型的概念、特征与功能 农业模拟模型的概念和类型;农业模拟模型的特征;农业模拟模型 的作用与功能。 7 知识点: 1、农业模拟模型 (Simulation Model):着重利用系统分析方法和计 算机模拟技术,对农业系统中的生物与非生物过程及其与环境和技术的 动态关系进行定量描述和预测。 2、模拟模型的类型 (1)经验
11、(Experiential)模型和机理 (Mechanistial)模型; (2)描述性 (Descriptive)模型和解释性 (Explainatory)模型; (3)统计 (Statistical)模型和过程 (Process) 模型; (4)应用 (Application)模型和研究 (Research) 模型。 第二节 农业系统的等级性和水平 农业生产系统的等级性;农业生产系统的水平和过程。 第三节 农业系统模拟的原理与技术 系统分析方法;机理性与经验性的关系;模拟研究的尺度;支持研 究;析因方法与系数化;遗传参数;模型开发环境与工具;构件化程序 设计;农业生长系统的表示方法。 知识
12、点: 1、模拟模型的结构成分 第一亚系统为作物的阶段发育与物候期,主要是有关以温光反应为 基础的茎顶端发育阶段以及以外部形态特征变化为标志的生育时期。 第二亚系统为作物植株的形态发生与器官建成过程,包括根系、叶 片、茎杆、小穗、小花、籽粒等器官发生与形成的规律、数量与质量等。 第三亚系统为植株的光能利用与同化物生产,包括叶片和冠层的光 8 合作用、呼吸作用、碳水化合物积累及生物量的计算等。 第四亚系统为不同器官间的物质分配与利用,包括同化物分配系数 或分配指数和分配量的实时变化、器官的生长和大小、产量和品质的决 定等。 第五亚系统为土壤植物大气水分关系,包括土壤水分的移动、 吸收、蒸发蒸腾、植
13、物组织的水分平衡等。 第六亚系统为土壤养分( 氮素)动态与植株利用,包括主要养分元素 在土壤中的转化、根系吸收、体内分配和利用等。 第四节 农业模拟模型的研制步骤 模型选择与系统定义;资料获取与算法构建;模块设计与模型实现; 模型检验与改进。 第五节 农业模拟模型基本算法构建 作物阶段发育的模拟;作物器官建成的模拟;物质生产与积累的模 拟;同化物分配与产品形成的模拟;作物养分效应的模拟;作物水分效 应的模拟。 第六节 农业模拟模型的应用 农业模拟模型的应用领域;模拟模型与其它技术的耦合。 知识点: 1、模拟模型的应用主要有以下4 个方面:教学、研究、管理、评估。 2、模拟模型与其它技术的耦合:
14、 (1)与专家系统或知识模型的结合; (2)与 RS技术的结合; 9 (3)与 GIS的结合; (4)与全球定位系统的结合; (5)与可视化技术及虚拟现实技术的结合; (6)与组件技术的结合; (7)与网络技术的结合。 第五章虚拟植物与虚拟农业(制定人:孙成明) 5.1 教学基本要求 (1)了解虚拟植物的概念与意义; (2)了解虚拟植物的构建方法; (3)了解虚拟现实与虚拟农业。 5.2 教学基本内容 第一节 虚拟植物的概念与意义 虚拟植物的概念与特征;虚拟植物的意义。 知识点: 1、虚拟植物:所谓虚拟植物,就是应用计算机模拟植物在三维空间 中的生长发育状况。 第二节 虚拟植物的构建方法 植物
15、的芽与分枝的关系;植物的枝条与分枝类型;数据的采集;植 物拓扑结构的模拟;植物器官形态的模拟;可视化;结构功能模型。 第三节 虚拟现实与虚拟农业 虚拟现实的基本概念;虚拟农业的应用。 知识点: 10 1、虚拟现实:实际上是可视化的高层次的功能。它通过提供一个由 计算机生成的虚拟环境以及交互手段,让人们可以“沉浸”其中,使可 视化的结果更为生动、感受更加逼真,还可对虚拟环境中的三维物体进 行交互操作。 2、从概念上来讲,任何一个虚拟现实系统都包括三个特性:这就是 沉浸性、交互性和想像性。 第六章农业机器视觉技术(制定人:高辉) 6.1 教学基本要求 (1)了解机器视觉的基本原理、农业视觉图像的获
16、取、特征的提取与模 式识别方法与步骤; (2)了解机器视觉技术农业应用的领域。 6.2 教学基本内容 第一节 机器视觉的基本原理 基于灰度法的机器视觉系统的组成:机器视觉系统的核心。 知识点: 1、基于灰度法的机器视觉系统的组成包括光路系统、摄像机、量化 存储单元、模块库、专用高速图像处理单元、监视单元等大模块。 2、机器视觉系统的核心是专用高速图像处理单元,把存入存储单元 的大量离散的数字化信息与模板库信息进行比较处理,并快速得出结论。 其影响因素包括微处理器、图像处理算法软件及技巧、电子显微系统等。 第二节 农业视觉图像的获取 图像获取的定义;图像获取的步骤;图像采集部件;图像预处理的 1
17、1 类型。 知识点: 1、定义:就是图像的数字化过程, 即将图像采集到计算机中的过程, 主要涉及成像及模数转换技术。 2、步骤:图像采集、图像预处理。 3、图像采集部件:摄像机和视频图像采集卡、图像扫描仪、数码摄 像机 4、图像预处理的类型:图像增强处理、几何变换处理、图像复原处 理。 第三节 视觉图像特征的提取 视觉图像特征提取的步骤;图像特征的定义;纹理、纹理分析的定 义及构成纹理特征的要素;良好的图像特征应具有的特点。 知识点: 1、步骤:特征表示、特征提取、特征优化。 2、图像特征的定义:指图像的原始特性或属性,如颜色、纹理、亮 度、灰度、大小、外形轮廓、频谱特性、直方图、矩等。 3、
18、纹理的定义:指图像像素灰度或颜色的某种变化,而且这种变化 是与空间统计相关的。 4、纹理分析的定义:指通过一定的图像处理技术抽取出纹理特征, 从而获得纹理的定量或定型描述的处理过程。 5、构成纹理特征的要素: 一是纹理基元, 二是纹理基元的排列组合。 6、良好的图像特征应具有:可区分性、可靠性、独立性、数量少。 12 第四节 视觉信息的模式识别 模式识别方法;模式识别步骤。 知识点: 1、模式识别方法:统计模式识别、模糊识别法、神经网络识别方法 2、模式识别步骤:特征提取、特征选择、学习和训练、分类识别 第五节 农业机器视觉技术的应用 监测与评价;检测;农业视觉机器人;农业资源调查与评估 第七
19、章农业遥感技术(制定人:谭昌伟) 7.1 教学基本要求 (1)了解遥感技术的基本概念、特征与作用; (2)了解农业遥感原理、方法及其在农情预测中的应用动态; (3)了解常用的遥感光谱参量及其衍生参量; (4)掌握利用地物光谱特征区分不同地物的方法。 7.2 教学基本内容 第一节 农业遥感的定义、作用、发展动态 农业遥感的概念、作用及其特征;农业遥感的发展动态。 知识点: 1、概念:遥感( Remote Sensing)是指从远距离,不实际接触物体, 而是通过对物体发出的电磁波的测量获得信息,进而综合运用物理原理、 数学方法和地学规律进行分析研究的一门新兴探测科学技术。农业遥感 就是将现代遥感技
20、术与农业科学相结合,而应用于农业生产领域的一门 新兴前沿技术。 13 2、作用:(一)科学效益:研究试验阶段、提高制图精度,具有地 物特征的光谱,识别能力强;地面信息丰富,有利于遥感技术在农业科 学研究中的应用,标志着农业科学的一场革命;(二)经济效益:省时、 省力,提高工效,将为农业生产注入新的技术,创造新的生产力。 3、特征: (1)间接性:覆盖范围大、宏观。航空相片、卫星影像; (2)光谱特性:探测波段从紫外-可见光 - 红外- 微波; (3)时相特性: 周期成像,利于动态监测; (4)信息数据齐全:单色成像、多波段成像。 第二节 农业遥感原理 电磁波与电磁波谱;光谱特征的概念;地物光谱
21、特征类型;彩色合 成原理;农学机理的概念;常用的遥感光谱参量。 知识点: 1、光谱特征的概念:物质在电磁波相互作用下,由于电子跃迁,原 子,分子振动与转动等复杂作用,会在某些特定的波长位置形成反映物 质成份和结构信息的光谱吸收和反射特征。 2、光谱特征的类型:(1)地物反射波谱特征;(2)地物发射波谱特 征; (3)地物透射波谱特征;(4)地物吸收波谱特征。 3、彩色合成原理:(1)加色法:以三基色(红、绿、蓝)中的两种 以上色光按一定比例混合,产生其他色彩的方法;(2)减色法:从白光 中减去其中一种或两种基色光而产生色彩的方法。 4、农学机理的概念:是指绿色植被的叶绿素含量、施肥量及叶面积
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