农业信息技术(附光盘第2版普通高等教育十一五规划教材)

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第一章 农业信息技术概述
　　21世纪是生物技术与信息技术的时代。以基因T程、生物芯片等新型技术为代表的现代生物技术，正在引发医学、农业等领域新的科技革命，形成新的生物产业浪潮。而以计算机技术和通信技术为代表的现代信息技术，正迅速渗透到国民经济的各个部门，改变着人们的生活方式、T作方式和思维方式，继而引发许多传统技术思想和观念的革命。
　　农业生物技术和农业信息技术作为21世纪农业科技发展的两大前沿技术，对未来农业科技革命和农业生产经营的影响不可估量。农业生物技术通过突破白然遗传对生物个体生产力的限制，培育超级农业生物品种，这显示出未来农业的巨大生产潜力。农业信息技术则为改善与调节生物与环境关系提供最佳技术手段，促进农业生产潜力的发挥。因而，农业生物技术和农业信息技术是21世纪农业科技创新与农业发展缺一不可的两大核心支撑技术体系。
　　第一节 信息技术发展概述
　　信息技术是指对信息的采集、加丁、存储、交流、应用的手段和方法的体系，即通过各种物化形态的信息媒体手段，对各种信息进行采集、加工、存储、交流、应用的方法。通常所说的信息技术是指以微电子技术、计算机技术和通信技术为主要手段开发和利用信息资源的高技术群。
　　一．信息技术的概念
　　信息(information)是信息源所发生的各种信号和消息经过传递被人们所感知、接收、认识和理解的内容的统称。信息现象无时无处不在，信息广泛分布于白然界、人类社会和人的思维活动过程中，信息现象是永存的，超越人类社会的发展过程。
　　信息技术(information technology，IT)是指获取、处理、传递、存储、使用信息的技术，是能够扩展人们的信息功能的技术。它集通信( communication)技术、计算机(computer)技术和控制( control)技术于一体，其内容包括信息采集技术、信息传递技术、信息处理技术及信息控制技术，其功能对应着人体信息器官的功能，即感觉器官、传导神经网络、思维器官和效应器官。
　　1．信息采集技术
　　信息采集技术是指能有效地扩展人类感觉器官的感知域、灵敏度、分辨力和作用范围的技术，包括传感、测量、识别和遥感遥测等技术，但目前广泛使用的主要是传感技术、遥测技术、遥感技术和全球卫星定位技术等。传感技术也称传感器技术，主要是开发和研制能感知外界环境信息的人造感觉器官（各类传感器），实现对生物及其环境因子的检测，如机器视觉、电子鼻和电子舌等。遥测技术是对被测对象的某些参数进行远距离测量的一种信息获取技术，其系统一般由传感器、通信设备和数据处理设备三部分构成。遥感技术是指从不同高度的平台上（包括近地面、远距离高空及外层空间），利用各种传感器接收来白地球表面各类地物的电磁波信息，并对这些信息进行扫描和摄影、传输和处理，从而对地表各类地物和现象进行远距离探测及识别的现代综合技术。全球卫星定位技术是利用人造地球卫星进行点位测量的技术，使用它可以标示出农业信息采集点的精确空间位置。
　　2．信息传递技术
　　信息传递技术也称通信技术，是传导神经网络功能的延伸，包括数字程控交换技术、综合业务数字通信网、光纤通信、数字移动通信、卫星通信、信息高速公路等，用于迅速、准确、有效地传递信息。
　　3．信息处理技术
　　信息处理技术就是应用计算机硬件、软件及数字传输网，对信息进行文字、图形、特征识别，信息与交换码之间的转换，信息的整理、加工、生成，以及利用数据库、知识库实现信息存储和积累的技术。它又分为信息识别技术、信息转换技术、信息加工技术、信息存储技术四大组成部分，是人脑思维器官功能的扩展与延伸，能更好地存储、加工和再生信息。计算机技木是现代信息处理技术的主体或核心。
　　4.信息控制技术
　　信息控制技术的功能是根据输入的指令信息（决策信息）对外部事物的运动状态和方式实施干预，是效应器官功能的扩展延伸。主要包括显现技术、人机接口技术、遥控技术、自动控制技术、机器人技术等。
　　在信息技术的四大内容中，信息传递技术和信息处理技术是整个信息技术的核心，而信息采集技术、信息控制技术是核心与外部世界的接口，四者构成了一个完整的功能体系，并与人的信息器官及其功能系统相对应。其内容互相综合，已形成多项应用开发技术，如数据库技术、人工智能、专家系统、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统、计算机辅助决策系统、白动控制技术、多媒体技术、计算机网络技术等。
　　二、信息技术的发展历程
　　信息技术并不是当代社会发展的独创产品，其产生和发展经历了由古代到现代、由简单到复杂的漫长历史过程。
　　1.古代信息技术
　　在远古时代，人类以手势、喊叫、形体动作来沟通信息。此后，人类开始在石器、陶器、甲骨、竹片、丝帛等载体上刻画、书写各种符号和文字，交流、传播、保存信息。后来，我国发明了造纸术和印刷术，造纸技术使得信息的记载和传递有了轻便好用的信息载体，印刷技术使得世界范围内的书籍数量激增，极大地促进了信息交流的速度和范围，对科学技术的传播和世界文化交流产生了巨大的作用。此外，视觉通信和听觉通信是古代的通信方法。中国古代利用烽火、击鼓传递紧急军情，通过邮驿传递政府文书和各类邮件，还利用信鸽传递信件和特殊信息。
　　2．近代信息技术
　　近代信息技术的典型包括摄影技术、电影技术、电报与电话技术、广播与电视技术等。发明于1 9世纪中期的摄影技术，使人类活动和白然界变化过程中的图景得以留存，克服了只能依赖文字、符号、绘画等手段记录信息的不足。1 9世纪中后期，电报的发明、无线电通信技术的应用，使得人类远距离高速信息传播进入到新境界，电话的发明使人的声音可以跨越万水千山，远隔重洋传播，延长了人的口与耳的功能，使“顺风耳”的神话变为现实。在1 9世纪末期，电影的诞生使人类掌握了一种全新的传播媒体，获得了一种新的娱乐形式。20世纪初期，无线电广播的发明，实现了一点对多点的声音信息传播，使众多新闻信息及时传达到人们的耳畔，成为最早的电子大众传媒。20世纪中期，电视的发明和发展，又是信息技术的一项重大成果。电视传播声像并茂，色彩生动，并且能够远距离传送，将世界上正在发生酌事情原本展现在观众面前，这使得人们获取信息的方式发生了巨大的变化，并对人类的社会生活产生了广泛而深刻的影响。
　　3．现代信息技术
　　20世纪中叶以来，现代信息技术发展迅猛，它是以微电子技术为基础技术，以计算机技术和现代通信技术为主要代表，包括信息获取技术、信息处理技术、信息传递技术、信息存储技术等方面。80年代以来，计算机网络的JL现和使用，改变了人们传统的生产和生活方式，利用网络就可以查阅大洋彼岸的计算机中的文件、资料和文献，可以在家中上班、就医和购物，这说明真正的信息时代已经到来。
　　三、现代信息技术内容
　　现代信息技术是指20世纪70年代以来，随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，围绕着信息的产生、收集、存储、处理、检索和传递，形成的一个全新的、用以开发和利用信息资源的高技术群，包括微电子技术、新型元器件技术、通信技术、计算机技术、各类软件及系统集成技术、光盘技术、传感技术、机器人技术、高清晰度电视技术等，其中以微电子技术、计算机技术、软件技术、通信技术为主导。
　　1．微电子技术
　　微电子技术是随着集成电路技术发展起来的一门新兴技术，包括系统与电路设计、器件物理、T艺技术、材料制备、白动测试与封裴等一系列专门技术，以芯片和集成电路为研究重点，发展趋势是不断缩小电路元件的尺寸，提高集成度，使集成电路体积更小、质量更轻、耗电更少、功能更强。微电子产品已经广泛地应用于生产和生活的各个领域。
　　2．传感技术
　　现代传感技术就是人们采集获取信息的技术，包括传感器技术、雷达技术、遥测技术和遥感技术等。传感器是将非电的物理量（如压力、温度、湿度、流量等）转换为电量的装置，可以对某些物理量进行测试或处理。雷达技术主要用于对飞行物的方位和距离进行测定，包括微波发射机、接收机和信息处理系统三部分。遥测技术是对被测对象的某些参数实施远距离测量的技术，通过传感器获得被测对象的某些参数后，通过信号变换、传输、记录和处理，获得信息。遥感技术是利用传感器探测被测物体的电磁波谱信息，获取物体的数量、质量和运动变化的信息，广泛应用于生态环境、天文研究、资源利用及军事等多个领域。
　　3．信息存储技术
　　信息存储技术是人们记录保存信息的技术。最原始的信息存储技术或许是结绳记事，后来用文字符号在石板、木片、树叶、纸等介质上记录信息，而现代信息存储技术则包括磁存储技术、光存储技术、微缩存储技术等。
　　4.计算机技术
　　计算机是一种能白动、快速、精确进行信息处理的电子设备，是20世纪最重大的发明之一，促进了人类社会从T业化向信息化的转变。计算机在科学计算、数据采集和处理、信息传输和处理、实时控制、计算机辅助教育、计算机辅助设计、入T智能与机器人等方面应用广泛。计算机技术包括计算机硬件技术和计算机软件技术。计算机硬件包括主机和外部设备。计算机软件是计算机程序，实现此程序功能所采用的方法、规则和相关联的文档以及运行程序所需要的数据的集合。
　　5.多媒体技术
　　多媒体技术是指能对音乐、声音、文字、图像、照片、动面、电影、电视等多种形式信息进行处理和传输的技术，能使用户获得图像、声音、文字并茂的计算机画面。多媒体技术是集计算机技术、声像技术和通信技术于一体的综合技术，包括数据压缩技术、光盘存储技术、数据库技术、网络通信技术等。多媒体技术在远程教育与培训、商业宣传、图书资料管理、监视系统、办公白动化、医疗诊断、电子JL版、仪器仪表、农业管理、虚拟现实技术等方面得到了广泛的应用。
　　6．通信技术
　　通信就是信息的传输与交换，也就是将语言、文字、符号、音乐、图像等信息从发送者传输给另一个时空点的收集者。通信系统是指实现这一通信过程的全部技术设备和信道（传输媒介）的总和。通信系统种类很多，包括长途和本地的有线电话网（包括光缆、同轴电缆网）、无线电话网（包括卫星通信、微波中继通信网）、有线电视网和计算机数据网，由它们组成的现代通信网，通过多媒俸技术，可为家庭、办公室、医院、学校等提供文化、娱乐、教育、卫生、金融等方面广泛的信息服务。
　　7．计算机网络技术
　　计算机网络是一些相互连接、白治的计算机的集合，由计算机和通信网络两部分组成，计算机是通信网络的终端或信息源，通信网络为计算机的数据传输与交换提供了通道。计算机网络按照作用范围可分为局域网(local area network，LAN)、城域网(metro politan area network，MAN)和广域网(wide area network，WAN)。因特网(lnternet)是世界上规模最大、用户最多、影响最大的广域网，能提供匿名文件传送服务(FTP)、电子图书阅览、新闻浏览、电子邮件服务、远程登录和文件查询服务等。
　　四、“数字地球”构想
　　现代信息技术发展十分迅猛，技术进步日新月异，人们对未来信息技术发展前景的描绘也层m不穷，提m了“数字地球”的构想。数字地球( digital earth)的概念是前美国副总统戈尔于1 998年发表题为“数字地球——21世纪人类认识地球的方式”演讲时提出的。“数字地球”的核心思想是用数字化的手段整体性地解决地球问题（与空间位置相关的问题）和最大限度地利用信息资源。
　　1．“数字地球”的含义与特点
　　所谓数字地球，珂以理解为对真实地球及其相关现象统一的数字化重现和认识，是以地球为对象，以地理坐标为依据，以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，由海量地球信息组成的多分辨率、多尺度、多时空，并能用多维空间描述的虚拟地球。“数字地球”的核心是基于遥感、地理信息