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基于模型的花生和甘薯管理决策支持系统的构建与应用

文献类型： 获奖成果

作者：

获奖名称： 山东省科技进步奖

获奖等级： 二等奖

关键词： 花生;甘;构建;系统;管理决策;支持;管理;甘薯;决策;模型;模;支持系统;决策支持系统;花;决策支持

第一完成单位： 山东省农业科学院科技信息工程技术研究中心

获奖时间： 2011

摘要： 　　本成果主要来源于以下三个课题的研究： 　　1、国家科技支撑计划项目：花生优质安全栽培管理决策支持的研究，课题合同号：2006BAD21B04-20，起止时间：2008-2010。 　　2、山东省农业科学院高技术自主创新基金项目：基于知识模型的甘薯栽培管理决策支持系统，课题合同号：2006YCX035，起止时间：2007-2009。 　　3、山东省农业科学院博士科研启动基金项目：甘薯地上部三维动态模拟与虚拟生长研究，课题合同号：2007YBS010，起止时间：2007-2010。 　　立项背景：花生和甘薯是山东省主要的经济作物，花生同时也是重要的油料作物，提高产量、增加效益对保障我国食用油脂安全、增加农民收入意义重大。目前花生和甘薯生产中，品种混杂退化、密度整体不足、施肥比例不当、地下病虫害严重等问题突出，导致产量提高缓慢，投入产出比低，极大影响了花生和甘薯生产的经济效益。 　　农业生产系统受气象条件、土壤特性、品种性状、技术措施等综合因素的影响，具有显著的时空变异性、经验性及较低的定量性和规范性，使得农业生产管理专家难以综合考虑多因子互作、预测作物生产趋势、量化栽培管理技术，这也是目前限制我国农业生产实现突破性发展的主要障碍因素之一。基于模型的作物生产管理决策支持系统，能够提供农业生产过程相关的动态预测（作物生育及病虫危害等）和精准的管理方案，提高生产技术的时效性和精准性，加快由传统种植向现代化数字农业的升级换代，代表了农业生产发展的方向。目前，小麦、玉米、油菜等大田作物决策系统已有报道，而花生和甘薯决策系统，特别是基于模型的管理决策支持系统未见报道。为此，本项目以提升花生、甘薯综合生产能力为目标，以提高产量、增加效益为落脚点，以现代农业信息技术为手段，针对花生和甘薯生产中存在的主要问题，在土壤-作物-大气系统框架内，选取有代表性的品种，在山东花生和甘薯主产区，开展了基于模型的花生和甘薯管理决策支持系统研究开发与应用。 　　本项目属于农业信息技术研究领域。 　　针对目前花生和甘薯生产上存在品种混杂退化、密度整体不足、施肥比例不当、地下病虫害严重等问题，以提升花生、甘薯综合生产能力为目标，以现代农业信息技术为手段，在大量单项技术试验、野外数据采集整理的基础上，综合运用系统分析、计算机模拟、知识工程和空间数据分析等现代数据处理方法，研发出相关的集成数据库、专家知识库、生长模拟模型、栽培管理知识模型及生产管理模块群，并以此为基础，建立了基于模型的花生和甘薯管理决策支持系统。在临沂等9市区推广应用，取得了显著的社会、经济和生态效益。 　　（一）创建了花生和甘薯生长模拟模型 　　项目首先将获取的资料进行科学筛选和分类，并按照统一格式进行整理、加工，经权威专家审核后录入系统，构建了花生和甘薯的基础数据库，为建立生长模拟模型做支撑，为决策系统提供数据能力和资料能力。然后，以花生和甘薯生育指标、环境因子、技术措施之间的定量化动态关系为主线，利用系统分析方法和计算机模拟技术，定量化描述了花生和甘薯生长环境因子与产量、生长性状指标与产量的关系。并依据GREENLAB植物功能-结构模型的原理，基于植株生长单元的划分及空间结构形态特征分析，创建了花生和甘薯生长模拟模型。 　　（二）率先研制出花生和甘薯栽培管理知识模型 　　通过对花生和甘薯栽培研究成果及专家知识归纳总结，采用概念－事实－规则三级层次的知识构造体系，利用关系数据库构造知识库。利用知识工程技术对花生和甘薯生长模型中各因子之间的关系进行解析、提炼和综合，并借助系统分析原理和数学建模技术，研制出花生、甘薯栽培管理知识模型，并将知识模型与定量遥感技术相融合，实现了知识模型生长指标的动态修订和校正，提高了预测的准确性和可靠性。 　　（三）研发了基于模型的花生和甘薯管理决策支持系统 　　针对花生和甘薯生产的实际状况，研制开发出春花生高产栽培生产管理模块、出口花生优质栽培模块、花生计算施肥与精准栽培模块、花生生理病害诊断与矫正模块、花生主要病虫草害识别与防治模块、小麦花生两熟制双高产栽培管理模块以及甘薯生产管理模块等模块群。在集成生长模拟模型、知识模型及生产管理模块群基础上，利用软件工程及系统集成方法，研发了基于模型的花生和甘薯管理决策支持系统。该系统定量化描述了生态环境和农艺措施与花生、甘薯生长发育及产量、品质形成的内在关系和机制，实现了花生、甘薯生长动态预测与专家管理决策的有机结合。对促进我国农业由传统、粗放、经验型向现代、精准、智能型转变，提高农业产能和决策效率等方面具有重要意义。 　　项目技术在山东花生和甘薯主产区累计推广631.05万亩，年经济效益3.87亿元，累计经济效益11.6亿元。获得发明专利1项，计算机软件著作权14项，省级地方标准3项，发表学术论文16篇，编著出版著作2部。鉴定委员会认为，该成果研究技术路线科学先进，总体达到国际先进水平，在花生知识模型与定量遥感融合技术等方面居国际领先。 　　

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