基于模型的智慧農(nóng)業(yè)平臺的構建

　　摘要：為進一步深化與促進農(nóng)業(yè)模型發(fā)展，闡述了模型的重要性及基于模型的智慧農(nóng)業(yè)平臺的需求，并以鐘模型為例，提出了基于模型的智慧農(nóng)業(yè)平臺近期、中期和遠景構建目標，以期充分發(fā)揮模型在物聯(lián)網(wǎng)和智慧農(nóng)業(yè)中的重要作用，為多學科模型融合及基于模型的智慧農(nóng)業(yè)平臺構建提供參考。

　　關鍵詞：智慧農(nóng)業(yè)；物聯(lián)網(wǎng)；農(nóng)業(yè)模型；模型平臺；鐘模型

　　近年來，對信息農(nóng)業(yè)的表述發(fā)生了幾輪更新，產(chǎn)生了數(shù)字農(nóng)業(yè)、精確農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)等多種提法¨‘41。但不論是數(shù)字、信息、精確還是智慧等，都包括了信息的獲取、傳輸、處理、分析和反饋這幾個環(huán)節(jié)¨“1。信息的獲取和傳輸是為了對信息進行分析利用和反饋，反饋又以分析為前提。獲取、傳遞和反饋都是上述“各種”農(nóng)業(yè)的重要組成部分，但都無法代替分析。模型就具有分析農(nóng)業(yè)信息的作用。以智慧農(nóng)業(yè)為例，在物聯(lián)網(wǎng)框架下，可以通過各種傳感器獲取信息o”；可以基于多種協(xié)議通過各種網(wǎng)絡傳遞信息餑1；還可以通過移動智能終端、無人機舊。…、機器人n“12o等設備反饋信息并實施調控。用人工方式處理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的信息，既只能是經(jīng)驗性的，又將是繁重、低效而容易出錯；而利用農(nóng)業(yè)模型，不僅增強了機理性，而且使海量信息經(jīng)過篩選、提煉、分析，最終有序地傳送給智能設備高效地執(zhí)行。因此，模型是賦予物聯(lián)網(wǎng)以智慧和靈魂的有效方式，是上述“各種”農(nóng)業(yè)的核心。

　　1智慧農(nóng)業(yè)的需求

　　以作物生產(chǎn)為例，信息獲取中需要監(jiān)測模型等；信息傳輸過程中需要傳輸模型等；信息分析過程中需要生長模型等；反饋過程中需要優(yōu)化模型、調控模型等。以往這些模型往往各自分散。近年來，很多學者嘗試模型與模型的耦合，提出了優(yōu)化決策系統(tǒng)、知識模型和功能一結構模型等，也出現(xiàn)了模型和遙感、GIS等技術耦合的嘗試。DSSAT(decisionsupponsystemforagmtechrIolo移砸msfer)㈣、APSIM(a畫clllturalproductionsystemssimlll砒or)¨“、0RYzA2000¨糾等主流模型系統(tǒng)具備許多新特性，如生理生態(tài)過程的選擇性模擬、多作物多模型聯(lián)合模擬、重復運行(聊枷s)和情景分析、多平臺版本、并行計算和高性能計算、3s及物聯(lián)網(wǎng)接口等。但這些發(fā)展都局限在某些模型之間或模型和少數(shù)技術之間，沒有深層次改變模型的運行、輸出以及和其他模型及技術的耦合方式。因此，需要一個以現(xiàn)代軟件工程技術構建的、開放的、多模型、多技術耦合協(xié)同工作的“基于模型的智慧農(nóng)業(yè)平臺”。

　　2基于模型的智慧農(nóng)業(yè)平臺建設目標(以鐘模型為例)

　　“鐘模型”和CCSODS(cropcultivationalsimulation—opIi111ization—decisionmakingsystem)系統(tǒng)是我國最早的作物模型系統(tǒng)¨叫之一，早在20世紀90年代就發(fā)表推廣并引起國內外廣泛關注。但要適應智慧農(nóng)業(yè)對模型系統(tǒng)越來越高的要求，就需要將現(xiàn)有模型調整和擴充，將現(xiàn)有系統(tǒng)升級和重構，實現(xiàn)模塊化、組件化、綜合化、開放化基于模型的智慧農(nóng)業(yè)平臺。調整是指在充分領會作物栽培模擬優(yōu)化思路的前提下，對模型結構進行微調，使之既符合作物生長固有規(guī)律，又可滿足不同使用情景和人員、不同模擬尺度和精度等要求；擴充不僅指對作物類型和品種、環(huán)境條件、栽培管理措施等的增加，還包括了增加經(jīng)濟、動物、安全等方面模型，以適應宏觀尺度模擬；升級和重構是指用現(xiàn)代程序設計語言升級系統(tǒng)，用現(xiàn)代程序設計方法重構系統(tǒng)框架，使之具有較高兼容性、擴展性、可重用性和執(zhí)行效率。在此基礎上，將不同模擬過程封裝為模塊，將不同功能制作成組件，綜合其他類型的農(nóng)業(yè)模型，并為信息獲取、傳輸和反饋提供高效安全接口，最終形成一個基于模型的智慧農(nóng)業(yè)平臺。

　　3結論與討論

　　隨著農(nóng)業(yè)信息學不斷發(fā)展，智慧農(nóng)業(yè)概念的提出和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設的不斷提速，對模型模擬的精度、范圍以及不同模型及技術之間的協(xié)作程度提出了更高要求。未來，基于模型的智慧農(nóng)業(yè)平臺或將成為模型開發(fā)和運用的新形式。他將以農(nóng)業(yè)模型學研究為基礎，向微觀和宏觀2個方向不斷拓展模型模擬的生物、地理、時間尺度；以現(xiàn)代軟件工程技術為依托，不斷優(yōu)化模型算法，將各種模型和技術融合為一個高效協(xié)同工作整體；以大數(shù)據(jù)處理、云計算技術為信息處理手段，不斷提高數(shù)據(jù)分析能力；以物聯(lián)網(wǎng)技術為載體，不斷多樣化信息獲取和反饋渠道，提供高效優(yōu)質的各種服務，基于模型的智慧農(nóng)業(yè)平臺設想見圖4。應當指出，基于模型的智慧農(nóng)業(yè)平臺還處于設想階段，其中多個方向已有較深入研究，但整個平臺構建涉及多學科深層次的專業(yè)知識，需要各專業(yè)科學家共同不懈努力。

　　參考文獻：

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《基于模型的智慧農(nóng)業(yè)平臺的構建》

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