虛擬農業

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虛擬農業（Virtual Agriculture）

　　虛擬農業是指以農業領域研究對象（農作物、畜、禽、魚、農產品市場、資源高效利用等）為核心，採用先進信息技術手段，實現以電腦為平臺的研究對象與環境因數交互作用，以品種改良、環境改造、環境適應、增產等為目的的技術系統。

　　虛擬農業的概念首先是美國伊利諾斯大學的Holt和Sonka提出來的。他們認為：虛擬農業就是在高效的、功能強大且廉價的通訊網路支持下，將農業生產、加工、銷售及農業技術研究等各個部門的合作者連接在一起的網路電腦平臺，從而實現農業各個環節都在各類專家支持下的增值協作(Holt和Sonka1995)。而國內在虛擬農業研究中，比較權威和有影響的定義是陳沈斌和孫九林(陳沈斌和孫九林2000)的：虛擬農業是以農業領域研究對象(農作物、畜、禽、魚、農產品市場、資源高效利用等)為核心，採用先進信息技術手段，實現以電腦為平臺的研究對象與環境因數交互作用，以品種改良、環境改造、環境適應、增產等為目的的技術系統，其成果應接受實踐的檢驗。雖然其本身不能實現作物生產，但是它將提高農業領域研究的效率，促進農業技術的發展。

　　虛擬農業根據虛擬對象的不同，可以有不同的系統，但都涉及虛擬農業對象及其環境的科研成果的認知水平、實現虛擬對象和虛擬環境，以及它們相互作用的信息技術和方法，是農業知識和信息技術的綜合集成。虛擬農業的研究應以涉及國計民生的主要農業要素，以農作物、畜、禽、魚、農產品市場、農機製造、資源高效利用和環境改良等項目為主要研究對象。

　　虛擬農業主要包括：虛擬農作物，用以培育水稻、玉米、小麥、大豆、棉花等主要農作物的新品種；虛擬動物，用以培育豬、牛、羊、雞、魚等主要畜產品和水產品的新品種；虛擬農機製造，用以設計和製造節能、高效的新型農機(具)，提高農業生產設備、設施的利用效率，提高農業資源綜合利用效率；虛擬農場，對農產品市場和農業生產管理進行模擬，利於農業科技推廣和農業技術教學。

　　(1)虛擬實驗。

　　應用電腦建立反映客觀規律的虛擬模型，應用虛擬模型進行實驗，可以部分地替代在現實世界中難以進行的實驗，或者是費時、費力和費錢的實驗。

　　(2)虛擬育種。

　　利用電腦技術、虛擬現實技術、模擬技術、多媒體技術設計出虛擬作物、畜、禽、魚等，然後實際培育出能與虛擬農產品相媲美的真實作物和畜、禽、魚等品種。

　　(3)虛擬溫室。

　　虛擬溫室是將數據、材料、模型、物理屬性和高級演算法整合成的一個研究平臺，研究溫室對外界環境的反應半簪物理學(如溫室圍護結構的傳熱和力學屬性)和環境學(氣候變化和植物生理信息)結合起來，進行預測和預報溫室對外界各種變化(氣候條件、植物生長和人工干擾)的反應，而且能夠觀察、顯示和列印其結果。

　　(4)虛擬農場。

　　在教學、科普教育和農業科技推廣領域，可利用虛擬植物模型建立虛擬農場，讓學員在電腦上種植虛擬作物，進行虛擬田間管理，直觀地觀察作物的生長過程及最終結果，較快地掌握先進的農田管理技術。

　　(5)虛擬果樹修剪。

　　虛擬果樹修剪系統，可以模擬果樹具有生長功能，該功能可以模擬真實果樹的各種生長狀況，並對各種因素的改變做出近似實際的反應。可以和農作物合理搭配種植；模擬農、林、牧、副、漁業相結合的農業可持續發展模式。

　　(6)虛擬立體農業。

　　主要是通過對光資源利用的模擬(可模擬地下部對水、肥等的吸收利用狀況等)，實現對立體農業(間作、套種、混種等)的優化管理。

　　(7)虛擬城市農業。

　　城市農業是充分合理地利用城市空間和優越條件來發展農業的一種探索。利用虛擬農業技術可以模擬環境、生態、科技、生產、觀賞為一體的城市農業綜合發展模式，便於決策、實施。

　　(8)虛擬農機製造。

　　可以虛擬農機設計、農機製造和農機測試。例如，採用虛擬農業技術，對試驗對象的各個指標同時進行數據的測量、實時處理和實時分析，有利於提高測試水平，得出比較精確的結論，為系統的優化設計提供更可靠的依據。

　　虛擬農業將徹底地改變傳統的科研、規劃、教學方式，並且帶來巨大的經濟效益。

　　虛擬農業是一個定量化的研究過程，它改變了中國乃至世界幾千年傳統的憑經驗的種植模式。同時它有可以快速的模擬作物生長的全過程，所以很大程度上縮短了育種的年限；同時，它可以模擬作物滿足最大經濟產量時的株型，為育種工作指明瞭方向。虛擬農業可以模擬同種作物之間，不同中作物之間，它們連作、間作、套作等之間的相互影響、相互作用，為有限的耕地合理搭配、合理耕種提供比較理想的規劃。通過虛擬農業的模擬，還可以使農業課堂的學習形象化，使各位學者、學生能夠更好的理解、掌握現代農業知識。

　　經濟效益方面，主要指它可以部分地替代在現實世界中難以進行或費時、費力、昂貴的試驗，如虛擬育種、虛擬施肥、虛擬剪枝等，從而節約大量的人力、物力。

　　虛擬農業是以農業設計為核心，可以應用在農業科研、農業生產、農業管理、知識傳播及技術推廣的各個領域。

　　1、虛擬農業應用於農業科研

　　在農業科研中，虛擬農業技術可以廣泛地應用在農業科研的各個方面，並可以極大地增強農業科研的能力，真正地變不可能為可能。如作物形態設計、農藥化肥施用技術、農業生產對生態環境影響的評價，農業自然災害的模擬及預防策略的制定等。還可以進行農機具及農業大型設備研發設計等。可以說虛擬技術在農業科研中的應用是對農業科研方式的一場革命。

　　2、虛擬農業應用於農業生產

　　在實際農業生產中，利用虛擬農業技術，可以模擬生產組織的流程，並根據模擬的結果，對生產方案進行評價，降低生產消耗，提高生產效率。並可以對生產中存在的風險進行正確地預見和評估，保護勞動者的安全。

　　3、虛擬農業應用於農業管理

　　在農業經營管理中，虛擬農業技術是管理者進行農業經營管理的得力工具。利用虛擬農業環境可以對農業活動在事前進行充分地模擬和推演，對管理中的各個環節進行仔細地推敲，制定出合理的經營方案。並針對可能出現的情況做出多種預案，對未來可能出現的各種情況做到成竹在胸。利用電腦的專家知識系統，可以幫助普通人員提高決策水平，從而提高整個農業行業的管理決策水平。

　　4、虛擬農業應用於知識傳播及技術推廣

　　虛擬農業技術在教育與技術推廣中的應用，將全面提高農業從業人員的業務素質。利用農業虛擬技術，可以使受培訓人員直觀地感受到環境變化與農作物生長的影響，可以讓學習人員快速掌握農機具的使用，可以讓學生在虛擬的環境中進行植物栽培試驗，尤其是多年生、栽培周期長的植物，對於學習時限較緊的學員，往往不能在真實的環境中得到學習的機會，而在虛擬環境中，可以將有幾百年生長時間的松樹的生長，用很短的時間重現。對於有破壞性的實驗，而更具有獨特的優勢，可以通過虛擬環境進行訓練，減少對資源的浪費，並顯著地縮短學員的培訓時間。如：樹的修剪、草原防火、森林防火的模擬演練。

　　隨著虛擬農業技術的不斷發展和成熟，以後將在以下幾個方面會有更大的發展：

　　(1)智能化農業專家系統的開發與應用

　　在現有基礎上，進一步研究主要農作物、果樹、畜禽生長的機理模型；依靠農業專家知識，實現與其它多種信息技術的集成，可開發出高水平和有效實用的生產、管理和銷售等各種智能化的農業專家系統。

　　(2)虛擬農業技術在數字地球中的應用

　　數字地球是以電腦技術、多媒體技術和大規模存儲技術為基礎，以寬頻網路為紐帶運用海量地球信息對地球進行多解析度、多尺度、多時空和多種類的三維描述，並利用它作為工具來支持和改善人類活動和生活質量。可視化和虛擬現實技術是數字地球的技術基礎之一。其基本組成為數字農業和數字城市。虛擬農業正是用可視化和虛擬現實技術和對農業進行模擬、模擬，實現數字農業的可視化，即虛擬農業是數字農業的主要實現形式，是數字地球不可缺少的一部分。

　　(3)虛擬農業技術在休閑農業中的應用

　　休閑農業，又稱觀光農業，旅游農業。利用虛擬農業技術進行模擬，可以實現農村設備與空間、農業生產場地和合理利用；規劃設計效果的形象化；模擬採摘、銷售、觀賞、垂釣、游樂等活動，為旅客設計合理路線，讓旅游者最大限度的參與、親自體驗；讓參與者更加珍惜農村的自然文化資源，激起人們熱愛勞動、熱愛生活、熱愛自然的興趣，也進一步增強人們保護自然、保護文化遺產、保護環境的自覺性。更重要的是，對於沒有機會旅游的人來說，可使他們身臨其境。