虚拟农业

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虚拟农业（Virtual Agriculture）

　　虚拟农业是指以农业领域研究对象（农作物、畜、禽、鱼、农产品市场、资源高效利用等）为核心，采用先进信息技术手段，实现以计算机为平台的研究对象与环境因子交互作用，以品种改良、环境改造、环境适应、增产等为目的的技术系统。

　　虚拟农业的概念首先是美国伊利诺斯大学的Holt和Sonka提出来的。他们认为：虚拟农业就是在高效的、功能强大且廉价的通讯网络支持下，将农业生产、加工、销售及农业技术研究等各个部门的合作者连接在一起的网络计算机平台，从而实现农业各个环节都在各类专家支持下的增值协作(Holt和Sonka1995)。而国内在虚拟农业研究中，比较权威和有影响的定义是陈沈斌和孙九林(陈沈斌和孙九林2000)的：虚拟农业是以农业领域研究对象(农作物、畜、禽、鱼、农产品市场、资源高效利用等)为核心，采用先进信息技术手段，实现以计算机为平台的研究对象与环境因子交互作用，以品种改良、环境改造、环境适应、增产等为目的的技术系统，其成果应接受实践的检验。虽然其本身不能实现作物生产，但是它将提高农业领域研究的效率，促进农业技术的发展。

　　虚拟农业根据虚拟对象的不同，可以有不同的系统，但都涉及虚拟农业对象及其环境的科研成果的认知水平、实现虚拟对象和虚拟环境，以及它们相互作用的信息技术和方法，是农业知识和信息技术的综合集成。虚拟农业的研究应以涉及国计民生的主要农业要素，以农作物、畜、禽、鱼、农产品市场、农机制造、资源高效利用和环境改良等项目为主要研究对象。

　　虚拟农业主要包括：虚拟农作物，用以培育水稻、玉米、小麦、大豆、棉花等主要农作物的新品种；虚拟动物，用以培育猪、牛、羊、鸡、鱼等主要畜产品和水产品的新品种；虚拟农机制造，用以设计和制造节能、高效的新型农机(具)，提高农业生产设备、设施的利用效率，提高农业资源综合利用效率；虚拟农场，对农产品市场和农业生产管理进行模拟，利于农业科技推广和农业技术教学。

　　(1)虚拟实验。

　　应用计算机建立反映客观规律的虚拟模型，应用虚拟模型进行实验，可以部分地替代在现实世界中难以进行的实验，或者是费时、费力和费钱的实验。

　　(2)虚拟育种。

　　利用计算机技术、虚拟现实技术、仿真技术、多媒体技术设计出虚拟作物、畜、禽、鱼等，然后实际培育出能与虚拟农产品相媲美的真实作物和畜、禽、鱼等品种。

　　(3)虚拟温室。

　　虚拟温室是将数据、材料、模型、物理属性和高级算法整合成的一个研究平台，研究温室对外界环境的反应半簪物理学(如温室围护结构的传热和力学属性)和环境学(气候变化和植物生理信息)结合起来，进行预测和预报温室对外界各种变化(气候条件、植物生长和人工干扰)的反应，而且能够观察、显示和打印其结果。

　　(4)虚拟农场。

　　在教学、科普教育和农业科技推广领域，可利用虚拟植物模型建立虚拟农场，让学员在计算机上种植虚拟作物，进行虚拟田间管理，直观地观察作物的生长过程及最终结果，较快地掌握先进的农田管理技术。

　　(5)虚拟果树修剪。

　　虚拟果树修剪系统，可以模拟果树具有生长功能，该功能可以模拟真实果树的各种生长状况，并对各种因素的改变做出近似实际的反应。可以和农作物合理搭配种植；模拟农、林、牧、副、渔业相结合的农业可持续发展模式。

　　(6)虚拟立体农业。

　　主要是通过对光资源利用的模拟(可模拟地下部对水、肥等的吸收利用状况等)，实现对立体农业(间作、套种、混种等)的优化管理。

　　(7)虚拟城市农业。

　　城市农业是充分合理地利用城市空间和优越条件来发展农业的一种探索。利用虚拟农业技术可以模拟环境、生态、科技、生产、观赏为一体的城市农业综合发展模式，便于决策、实施。

　　(8)虚拟农机制造。

　　可以虚拟农机设计、农机制造和农机测试。例如，采用虚拟农业技术，对试验对象的各个指标同时进行数据的测量、实时处理和实时分析，有利于提高测试水平，得出比较精确的结论，为系统的优化设计提供更可靠的依据。

　　虚拟农业将彻底地改变传统的科研、规划、教学方式，并且带来巨大的经济效益。

　　虚拟农业是一个定量化的研究过程，它改变了中国乃至世界几千年传统的凭经验的种植模式。同时它有可以快速的模拟作物生长的全过程，所以很大程度上缩短了育种的年限；同时，它可以模拟作物满足最大经济产量时的株型，为育种工作指明了方向。虚拟农业可以模拟同种作物之间，不同中作物之间，它们连作、间作、套作等之间的相互影响、相互作用，为有限的耕地合理搭配、合理耕种提供比较理想的规划。通过虚拟农业的模拟，还可以使农业课堂的学习形象化，使各位学者、学生能够更好的理解、掌握现代农业知识。

　　经济效益方面，主要指它可以部分地替代在现实世界中难以进行或费时、费力、昂贵的试验，如虚拟育种、虚拟施肥、虚拟剪枝等，从而节约大量的人力、物力。

　　虚拟农业是以农业设计为核心，可以应用在农业科研、农业生产、农业管理、知识传播及技术推广的各个领域。

　　1、虚拟农业应用于农业科研

　　在农业科研中，虚拟农业技术可以广泛地应用在农业科研的各个方面，并可以极大地增强农业科研的能力，真正地变不可能为可能。如作物形态设计、农药化肥施用技术、农业生产对生态环境影响的评价，农业自然灾害的模拟及预防策略的制定等。还可以进行农机具及农业大型设备研发设计等。可以说虚拟技术在农业科研中的应用是对农业科研方式的一场革命。

　　2、虚拟农业应用于农业生产

　　在实际农业生产中，利用虚拟农业技术，可以模拟生产组织的流程，并根据模拟的结果，对生产方案进行评价，降低生产消耗，提高生产效率。并可以对生产中存在的风险进行正确地预见和评估，保护劳动者的安全。

　　3、虚拟农业应用于农业管理

　　在农业经营管理中，虚拟农业技术是管理者进行农业经营管理的得力工具。利用虚拟农业环境可以对农业活动在事前进行充分地模拟和推演，对管理中的各个环节进行仔细地推敲，制定出合理的经营方案。并针对可能出现的情况做出多种预案，对未来可能出现的各种情况做到成竹在胸。利用计算机的专家知识系统，可以帮助普通人员提高决策水平，从而提高整个农业行业的管理决策水平。

　　4、虚拟农业应用于知识传播及技术推广

　　虚拟农业技术在教育与技术推广中的应用，将全面提高农业从业人员的业务素质。利用农业虚拟技术，可以使受培训人员直观地感受到环境变化与农作物生长的影响，可以让学习人员快速掌握农机具的使用，可以让学生在虚拟的环境中进行植物栽培试验，尤其是多年生、栽培周期长的植物，对于学习时限较紧的学员，往往不能在真实的环境中得到学习的机会，而在虚拟环境中，可以将有几百年生长时间的松树的生长，用很短的时间重现。对于有破坏性的实验，而更具有独特的优势，可以通过虚拟环境进行训练，减少对资源的浪费，并显著地缩短学员的培训时间。如：树的修剪、草原防火、森林防火的模拟演练。

　　随着虚拟农业技术的不断发展和成熟，以后将在以下几个方面会有更大的发展：

　　(1)智能化农业专家系统的开发与应用

　　在现有基础上，进一步研究主要农作物、果树、畜禽生长的机理模型；依靠农业专家知识，实现与其它多种信息技术的集成，可开发出高水平和有效实用的生产、管理和销售等各种智能化的农业专家系统。

　　(2)虚拟农业技术在数字地球中的应用

　　数字地球是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，并利用它作为工具来支持和改善人类活动和生活质量。可视化和虚拟现实技术是数字地球的技术基础之一。其基本组成为数字农业和数字城市。虚拟农业正是用可视化和虚拟现实技术和对农业进行模拟、仿真，实现数字农业的可视化，即虚拟农业是数字农业的主要实现形式，是数字地球不可缺少的一部分。

　　(3)虚拟农业技术在休闲农业中的应用

　　休闲农业，又称观光农业，旅游农业。利用虚拟农业技术进行模拟，可以实现农村设备与空间、农业生产场地和合理利用；规划设计效果的形象化；模拟采摘、销售、观赏、垂钓、游乐等活动，为旅客设计合理路线，让旅游者最大限度的参与、亲自体验；让参与者更加珍惜农村的自然文化资源，激起人们热爱劳动、热爱生活、热爱自然的兴趣，也进一步增强人们保护自然、保护文化遗产、保护环境的自觉性。更重要的是，对于没有机会旅游的人来说，可使他们身临其境。