农事智能决策系统

基于高精度数值模式的农业气候评估及农事智能决策系统项目报告让信息改变农村天津农学院计算机科学与信息工程系目录•随着天津市现代农业越来越向着精细化的方向发展，其对农业气象信息也提出了更高的要求，集中体现在:•1.更加精细和准确的农业气候评估与农业区划信息；•2.及时更新的农业气象预报与对应农事指导信息。因种植品种、季节不同，农事安排中所需的气象服务必须更加精细化和个性化。如瓜果类种植户对夏季暴雨预报重视程度高，蔬菜种植户在冬春季节更关心短期预报、每天高低温变化等，针对农户不同需求，要想获得准确可靠的、定时定量的高分辨率农业气象信息来指导农事安排，已经无法依赖传统的文字报告式的农业天气预报公共服务，而需要有针对性地引进能够进行高覆盖、高精度和高时间分辨率的定量化预报和模拟技术，进行专业化农业气象服务和农事决策信息服务。一、项目意义1.本项目首创基于先进的中尺度气象数值模拟技术进行农业气候评估与区划，从天津市精细化农业气候资源和农业气象灾害出发，鉴定不同地区农业气候条件对农业生产的利弊程度，分析比较地区间的差异与比较优势。为政府部门、农业部门快速查阅本区县的精细化气候资源定量数据提供方便。2.建立实时滚动更新的农事敏感气象信息的预测预报体系，除可以用于当前农事安排外，还可直接用于指导天津市的农业新技术推广范围选择，农业种植结构和产业布局调整，种植制度改革，海产品养殖区域优化，避免由于盲目引种、布局不当等所带来的经济损失和对生态环境的破坏，也为开发利用山区垂直气候资源提供客观依据。3.本项目可以较好解决复杂地形条件下气候资源空间化的技术问题，更精确地反映天津市各个局部的气候状况，进而获得精细化的多维农业气候信息数据库和区划成果，加速天津市农业科技进步和农民增收。4.实时滚动的农业气象预测信息与农业生产实践相结合，建立起智能化的农事安排系统，依据预测信息建立前瞻性的管理模式，用以适应气候的年际波动与气候变化，从而促进农时农事从传统的依赖农事谚语走向现代化农业的智能化水平，使农事安排切合当前实际，更加科学且更加具有可操作性。一、项目意义1.对天津市气候资源进行1公里分辨率的数值模拟，结合卫星遥感资料和气象站观测资料，获得适用于农业气候区划的各类气候要素，包括热量条件（平均温度、最高/最低温度、界限温度下的积温、持续日数等）、水分条件（降水量、降水日数、相对湿度等）、光照条件（总辐射量、日照时数、界限温度下的日照时数等）、极端条件（极端低温、极端高温、极端气温日数等）等。2.利用聚类分析方法，结合专家判断决策树分类方法和已发表的相关研究成果，对天津市主要经济作物产量、生物学特性、生长关键期气象条件等因子进行分析，建立适用于天津市的综合评价模型和指标体系。二、项目内容3.建立业务化数值天气预报系统，进行农用天气预报；针对农业生产活动的需求，建立专家系统，依据天气要素预报自动生成农事决策信息，其中包括依据土壤水分预测、温度预测等制定的播种时机，依据积温、光照等预测的作物成熟期预测，及成熟期的晴雨预报与收获农时选择等。二、项目内容9播种时机决策支持。依据土壤水分预测、温度预测等制定的播种时机。9收获时机选择。依据积温、光照等预测的作物成熟期预测，及成熟期的晴雨预报与收获农时选择等。9农药喷洒时机选择。针对喷洒农药时晴雨和风向、风速预报以及相关指导意见。9灌溉与排水决策支持。结合数值模式预测结果，构建气象-土壤水分-排灌决策的系统模型。9气象灾害预测及防灾减灾措施建议。利用数值模式进行强风、冰雹、低温、霜冻、小麦干热风、水稻寒露风的预测以及输出应对防灾减灾措施信息。9发育期预报及相关农事建议。如禾本科作物的拔节、抽穗、成熟期预报，棉花的开花、结铃、吐絮期预报，果树的开花、座果、成熟期预报以及对应的农事安排建议。9病虫害发生、消长、迁飞的气象预报及防治策略。以为来一段时间的气象条件为输入信息，结合特定作物病虫害发生发展的特点，对病虫害进行预测，包括稻瘟病、二化螟、三化螟、稻飞虱和小麦赤霉病等的预报和施药建议。3.建立业务化数值天气预报系统，进行农用天气预报——模式方案：二、项目内容地面（SYNOP）探空（RAOB）浮标（BUOY）船舶报（SHIP）飞机报（AMDAR）机场地面报（METAR）云导风（SATOB）自动站（AWS）风廓线（PRO）GPS反演廓线（COSMIC)DecoderDecoderADAS和LAPS格式数据，包括T,Td,u,v,mslp,pres,vis…LITTLE_R格式数据，供MM5，WRF-3dVAR其他数据：如3，6，12，24小时雨量；现在和过去天气现象。。。地面（SYNOP）探空（RAOB）浮标（BUOY）船舶报（SHIP）飞机报（AMDAR）机场地面报（METAR）云导风（SATOB）自动站（AWS）风廓线（PRO）GPS反演廓线（COSMIC)DecoderDecoderADAS和LAPS格式数据，包括T,Td,u,v,mslp,pres,vis…LITTLE_R格式数据，供MM5，WRF-3dVAR其他数据：如3，6，12，24小时雨量；现在和过去天气现象。。。4.结合天津市土地利用、城市规划等约束性条件，建立天津市精细化农业气候评估数据库，并借助GIS技术编制农业区划图。5.借助交互式WebGIS技术，实现农业气候评估、区划、农业天气预测和农事决策信息的在线发布和查询的软件系统。二、项目内容三、进度及目标1、项目总体目标建成依据天气要素预报自动生成农事决策的计算模型之后，依托天津农学院计算机系现有资源进行系统发布，选择天津市郊区县进行试运行，不断完善细节，在天津市各郊区县推广使用，最终建成适合天津应用环境的基于高精度数值模式的农业气候评估及农事智能决策系统。2、本项目实施年限为两年，从2013年02月——2015年02月。•2013年2月-2013年5月收集整理天津市农业生产有关历史资料，完善更新相关数据库，整合有关软件及其功能模块。•2013年6月-2013年12月进行平台整合和平台测试发布，选择天津市郊区县为试点，试运行，总结经验，改善信息服务平台相关功能。•2014年1月-2015年2月选择天津市主要农业区、县，进行信息化平台推广使用，完成三个示范点建设，示范户覆盖市各农业区县60户以上，培训平台使用人员100名，提交研究成果，撰写项目应用及推广工作报告，进行项目验收。四、已具备条件天津农学院与合作单位共同开发出拥有自主知识产权的中尺度气象数值模拟系统，配备完善的高性能计算机群，结合农业气象评估及预测等技术，建立起基于高精度数值模式的农业气候评估及农事智能决策系统。天津农学院主要从事农业信息技术的应用研究，拥有大批农业信息技术人才，具备项目实施的软硬件设施。中尺度模式高性能集群计算机合作单位：地方气象局：天津市气象局行业气象服务公司：北方大贤公司农事决策软件系统五、开发路线•通告预警：本系统以客户端/服务器端方式提供机场天气告警消息通知功能。•气象报文的接收及处理：系统提供气象报文管理功能。•气象资料收集处理：图形资料收集流程首先扫描数据源（FTP下载或者磁盘目录），发现新文件资料后根据匹配规则筛选合格文件，依据配置确定格式转换，文件属性收集，最后入库。•气象报文资料检索：此功功能实现农业气象历史资料查询、打印；农业报文检索实现多种报类、多站点的方式检索，可以实现控制报文的份数检索。•农业预告图管理：农业预报图实现按资料类型、时间、有效时效、区域完成农业预报图的检索显示。国内各地区天气查询，重要天气预告图查询、打印；高空风/温度预告图查询、打印。‹建立基础数据库和业务化农业气象预报。‹针对特定作物和特定决策类型建立智能决策模型。‹开发软件平台，在提高农事决策结论的同事，同步实现对于支持信息的交互，实现以下功能：六、投资预算本项目资金来源部分采取自筹，其余部分申请市财政补贴。本项目总投资预算100万，自筹50万，申请市财政补贴50万。市财政50万元项目款使用明细：能源费8万元材料费6万元试验、示范费8万元检测化验费3万元示范户、示范点、示范区补助费5万元仪器购置费8万元租赁费4万元交通费2万元差旅费2万元运输费1万元会议费1万元培训费1万元资料费1万元合计50万元七、效益分析1、经济效益分析利用数值模拟技术，由于计算机信息处理能力的优势，单位支出所获得的农业气候评估与区划信息量将会增加50%以上，区划信息的可信度将会增加20%到30%。2、社会、生态效益分析本项目借助交互式WebGIS技术，获取精细化农业气候区划资料的时间和资金成本将会显著下降。从应用效果来看，利用数值模式建立的农业气候评估成果，可以优化农业布局、推进种植制度改革，提高单产；基于农业气象预报的农事决策信息将会显著提高农事安排的科学性，降低农事获得的支出，在同等支出下获得更高的回报。本项目采用的数值模拟方法，借助高性能计算技术，可以较好解决复杂地形条件下气候资源空间化的技术问题，更精确地反映天津市各个局部的气候状况，进而获得精细化的多维农业气候信息数据库和区划成果，加速天津市农业科技进步和农民增收。实时滚动的农业气象预测信息与农业生产实践相结合，建立起智能化的农事安排系统，依据预测信息建立前瞻性的管理模式，用以适应气候的年际波动与气候变化，可以促进农时农事从传统的依赖农事谚语走向现代化农业的智能化水平，使农事安排切合当前实际，更加科学且更加具有可操作性。谢谢！