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　　电子计算机在农业中的应用

　　dianzi jisuanji zai nongye zhong de yingyong
　　电子计算机在农业中的应用
　　computer applied in agriculture

　　促进农业生产管理科学化、农业生产过程控制自动化和农业科研、农业教育现代化的重要手段。电子计算机分为电子数字计算机和电子模拟计算机两大类，一般系指电子数字计算机，主要由硬件和软件两部分组成。使用者通过软件向计算机输入信息，计算机在软件控制下自动加工输入的信息，最后输出处理结果。计算机在农业中的应用，早在1946年世界上第一台计算机问世后不久就有报道，近20年来发展更快。当代计算机的特点是运算速度快、精确度高、贮存能力强，具有记忆、判断、推理等人工智能，常被称之为“电脑”。因而在被应用到农业领域以后，对于进行农业的规划和决策、资源的普查和监测、病虫害和产量的预测预报、农业信息与情报资料的管理,以及农业的科学研究与教学等,都已发挥很大作用。电子计算机在中国农业中的应用始于70年代初期,但80年代才获得了较好的发展条件。现在,应用的领域从种植业、畜牧业逐渐扩大到渔业、林业，从教学、科研逐渐扩大到生产管理，应用的途径从科学计算逐渐深入到信息处理、模拟试验和实时控制，均已取得初步成果。
　　迄今电子计算机在农业中应用的途径，主要有以下几个方面。
　　数值运算 主要包括科学计算和数值试验。
　　科学计算 现在计算机的运算速度一般在每秒几十万次至千万次，巨型机可达每秒亿次以上。计算的位数也不断增加，常用的32位计算机能精确到有效数字十几位。因此农业中用计算机进行繁杂的和时间性强的计算有显著效益。问题复杂、计算量大、精度要求高的计算和农业工程设计，科学研究工作中经常需要进行的代数与矩阵运算、微分与积分运算，或复杂的统计分析（如回归分析、聚类分析、变量分析、时序分析）和最佳选择等，用计算机就可大大节省时间。时间性强的计算如气象预报、病虫害预报等往往需要收集大量观测数据，运用数学模型进行计算。过去一个地方 3小时的气象变化,需用6万人才能使计算的结果赶上天气的变化，而今天用小型计算机做4天的天气预报,只有几十分钟。为了进行这些计算，现代计算机多配有功能很强的科学与工程计算应用程序，在农业研究中广泛应用的这类程序包括 GENSTAT、NAG Library和SAS等。另外，应用单位还可结合自己需要编写专用的计算机程序，使用时只须按要求输入必要的参数，就会给出计算结果。
　　数值试验 即通过电子计算机计算进行方案的设计、分析和比较,从许多设计中选取最佳方案,求得以较低的成本，获得较大的效益。已广泛地应用于农业工程、企业经营管理和科学研究工作中。突出的例子是用计算机指导制订畜禽饲料配方：根据饲料的库存量、畜禽对各种营养物质的需要量，以及市场价格变动等条件，将有关数据输入计算机，再提出一些约束条件，如规定某种饲料或添加剂的用量范围、高价或缺档饲料的控制量等，计算机即可给出多种混合饲料的配方，并能选出最佳配方。此外，计算机也被用于选择最佳施肥方案、作物种植方案和生产管理方案。由于数值试验需要采用线性规划、整数规划、动态规划等方法，功能较强的计算机都配有进行这些计算的程序，便于使用。
　　信息处理 用计算机处理的信息包括数字、文字、图象模式和声音信号。声音处理尚在研究之中，数字－文字资料和图象模式的处理已得到广泛应用。
　　数据处理 多指数字和数字－文字型资料处理,又称数据综合分析。在生产实践、科学研究和经济活动中获得的各种统计数据和实验数据，一般无需进行复杂的数学运算，但要求处理的数量
　　大、速度快，符合贮存、检索、编辑等多种目的。农业中用计算机进行数据处理的主要有：①环境和资源信息，包括水土资源信息、气象资源信息、动植物资源信息等。多属具有相对稳定性的基础资料，是编制农业区划规划、制订生产计划的重要信息来源。有的国家建立的计算机数据库或数据处理系统，可以贮存和管理多达数十万份的作物品种资源信息。依靠联机检索网络，育种工作者可以在全国各地通过计算机终端随时向数据库输送新品种的信息，查找到自己需要的作物品种和向世界各地发放品种资源情报。此外，计算机的数字国土信息系统和土地资源管理或地理信息系统等对于提供有关农业自然资源的数据、情报也有重要作用。②生产和经济活动信息。是活跃的动态信息，计算机数据库可以帮助准确、及时地掌握这些信息，为农业决策服务。中国从1983年起已着手建立全国县级统计资料和农村调查资料数据库。③科技情报资料。据联合国粮农组织1981年的统计，全世界每年平均产生的农业新资料多达25万份。为了提高这些资料的利用率，一些国家利用大型计算机建立了许多独立的科技信息中心，或由多台计算机构成的情报信息网络进行资料管理工作。这些网络有的是一个国家范围内的,有的是国家间的,通过网络向全国各地或有关国家提供农业科技资料。联合国粮农组织的农业科学技术情报网（简称AGRIS）有107个成员国,计算机处理中心设在维也纳,另在东南亚、欧洲共同体设有 4个分中心。中国农业科技情报的计算机管理，也正在试验研究中。
　　图象信息处理 是一个复杂的模式识别过程。图形或照片首先由二维空间扫描装置进行图象加强和数字化转换成数字信号，输入到计算机；然后由计算机对数字化的图象进行数据压缩，抽取出反映该图象特征的特征量度;最后经过综合分析和比较,确定或判别出图象的类别。在农业上，可以利用这种方法处理飞机和卫星进行资源普查时拍下的照片，识别土地类型、植被情况、农作物生长及病虫害发生情况等。英国为进行本土24万平方公里面积的土地利用普查，过去每次动用几千人，工作时间长达 6年之久。而1976年利用遥感和计算机模式识别技术仅4个人9个月就已完成。此外，计算机图象处理技术还可用于分析染色体照片和脑电图等，帮助诊断畜禽疾病。
　　模拟试验 计算机模拟技术是研究系统的有力手段。系统在大小和复杂程度上可有差异。整个农业可以看成一个大系统，一个农场也可视为一个生产系统。用计算机对一个系统进行模拟研究一般包括下列程序：①对所研究的系统进行调查、分析，找出构成系统的各客体间的关系，经过数学抽象，建立代表这个系统的数学模型；②根据数学模型建立计算机模型，编写计算机程序；③输入运行这个系统的必要数据，执行计算机程序；④把先前从系统中获得的数据或通过必要的补充试验得到的数据和计算机程序结果进行比较，修改和确认所建立的计算机模拟模型；⑤利用已经确认的模型来研究这个真实系统的性能及系统中各主要因子之间的关系，找出管理和改善这个系统的办法。
　　农业是一个涉及多种因子的复杂系统。电子计算机模拟技术在农业和科学研究中的应用主要有以下几方面的作用：①对于时间长、费用高的试验，可帮助选定试验方案。如在作物和畜禽品种杂交后代遗传行为的研究中，研究者根据遗传学规律编写计算机程序，就能计算出杂交后代的遗传行为，包括后代的表现及遗传分离情况，从而大大节省试验的时间和材料。②对于因条件限制不能实地进行的试验，可用以预报结果。如根据作物产量和病虫害发生主要影响因子之间的关系，建立计算机模型，再根据预报时的实际情况输入相应数据，就可以预报作物产量或病虫害发生趋势。一些国家在预报水稻、柑橘的病虫害，描述害虫在田间迁移的行为，对不同种类害虫计算出相应的田间集中施药面积(陷井区)和时间等方面，已取得成功。中国也已开始计算机预报研究，所建立的小麦产量和气象因子关系模型、小麦条锈病日传染率预报模型、水稻稻瘟病和螟虫危害预报模型等，已在小范围内应用。③对于意义重大、但具有风险、不能轻率进行的研究，可用计算机进行预备性试验。如在农业经济研究和生产管理方面，建立电子计算机模型，模拟现行农业政策，可以分析主要农产品的供需关系以及它们的价格和产量平衡，帮助制订长期的战略性规划。如美国的“国家—区域农业规划系统”模型、印度尼西亚的土地安排模型、古巴糖业模型等，都属此类。中国也正在研究建立农场或县级生产管理优化模型和全国范围内的“发展粮食与经济作物战略模型”等，为制订农业发展战略服务。为适应计算机模拟技术而产生的各种专用的模拟语言，如GPSS、GASP、CSMP等，可使模拟程序的编写较之使用一般的算法语言更为方便。
　　实时控制 又称过程控制。即在生产和科学试验中，利用计算机及时检测和搜集系统中的主要参数，并按照预先规定的这些参数的某种标准状态或最佳值进行自动调节，实行控制自动化。实时控制在园艺栽培和畜禽饲养中的作用尤为显著。由于这方面的生产日趋集约化、工厂化，要求对温度、湿度、光照等环境条件和水分、养料的供给等能够自动控制和综合调节，许多生产单位常采用单板计算机或微型计算机来实现这一目的。方法是不断地将温室和畜舍中测得的各种参数输入计算机，由计算机将其与预先编制的程序所确定的理想值进行比较，不相符时即发出警报或调节信号,控制调节部件,自动进行通风、遮光、给水、给料等操作，以保证系统处于理想状态。另外，有些农机具如谷物风干机、拖拉机等也可用单板计算机实现自动控制，改善工作性能。科学研究中使用的大型精密仪器，如各种光谱仪、中子活化装置等，配备专用的微型计算机后可以自动收集和处理数据，也大大提高了使用效率。
　　辅助设计 设计图形本质上是由坐标系和点构成的。电子计算机能够贮存成千上万个点的数据，如指明了点在坐标系中的位置，计算机就能描绘出极其复杂的图形来。辅助设计就是根据这个原理，由配备带光笔的显示器和绘图仪的计算机系统进行的。常应用于农业工程上，帮助设计畜舍、农机具和水利设施等。

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