农业系统工程教学大纲 Systems engineering in Agriculture 课程编号：1623102 课程类别：专业课 活用专业：农学农学（农业信息技术）/农村区域发展 先修课程：农业经济管理、生物统计与试验设计、农业生春学 续课程 总学分：2.0学分 教学目的与要求：农业系统学是运用系统工程原理与技术，对复杂的农业系统进行规划设计 与组织管理的学科。通过本课程的学习，培养学生的系统观及综合与定量分析农业系统的能 力，为农业系统的决簧管理提供科学方法。使学生比较系统地了解系统科学的基本概今、农 业系统工程的基本原则与工作步骤，掌握农业系统预测、评价、决策、 优化等常用数学模型 建立与计算方法，能初步运用系统工程的理论与方法解决一些农业系统问题。 教学内容与学时安排 学时分配 序号 章名 #上 讨习其小 验 机论题 它 绪论 2 2 2 农业系统工程基本原理 6 6 农业系统预测 4 4 4 农业系统评价 4 5 农业系统决策 4 4 6 农业系统线性规划 6 6 7 作物栽培技术优化设计 6 6 第一章绪论 (2学时) 1、教学基本要求 (1)了解现代社会发展对管理决策提出的新要求及系统性问题的组成和特 点： (2)了解现代科学体系的结构与系统工程的学科地位。 2、教学基本内容 第一节系统科学与系统工程兴起的背景 一、系统工程兴起的背景 现代社会发展的特点与对管理决策的要求。 二、系统工程的任务 *系统性问题的概念、组成、特点：系统工程的任务 1
1 农业系统工程教学大纲 Systems engineering in Agriculture 课程编号：1623102 课程类别：专业课 适用专业：农学/农学（农业信息技术）/ 农村区域发展 先修课程：农业经济管理、生物统计与试验设计、农业生态学 后续课程： 总学分：2.0 学分 教学目的与要求：农业系统学是运用系统工程原理与技术，对复杂的农业系统进行规划设计 与组织管理的学科。通过本课程的学习，培养学生的系统观及综合与定量分析农业系统的能 力，为农业系统的决策管理提供科学方法。使学生比较系统地了解系统科学的基本概念、农 业系统工程的基本原则与工作步骤，掌握农业系统预测、评价、决策、优化等常用数学模型 建立与计算方法，能初步运用系统工程的理论与方法解决一些农业系统问题。 教学内容与学时安排 序号 章 名 学 时 分 配 讲 授 实 验 上 机 讨 论 习 题 其 它 小 计 1 绪论 2 2 2 农业系统工程基本原理 6 6 3 农业系统预测 4 4 4 农业系统评价 4 4 5 农业系统决策 4 4 6 农业系统线性规划 6 6 7 作物栽培技术优化设计 6 6 第一章 绪论 （2 学时） 1、教学基本要求 (1) 了解现代社会发展对管理决策提出的新要求及系统性问题的组成和特 点； (2) 了解现代科学体系的结构与系统工程的学科地位。 2、教学基本内容 第一节 系统科学与系统工程兴起的背景 一、系统工程兴起的背景 现代社会发展的特点与对管理决策的要求。 二、系统工程的任务 * 系统性问题的概念、组成、特点；系统工程的任务
第二节系统工程的学科地位 一、现代科学体系结构 学森关于现代科学技术体系的划分：#系统工程的学科地位与分支。 二、系统科学简介 系统论、信息论、控制论、耗散结构论、协同论、突变论等系统科学理论简介。 第二章农业系统工程基本原理 (6学时) 1、教学基本要求 (1)了解农业系统工程的概念、任务和内容 农业系统工程的基本原则和步骤 (3)掌握模型建立和分析的基本方法。 2、教学基本内容 第一节农业系统工程的概念和特点 一、系统的概念及其基本特征 *#系统的基本概念与基本性质：农业系统的基本概念和特点： 二、农业系统工程的概念、任务、内容 系统工程的概念和发展历史：系统工程的特点：#农业系统工程的概念和内容 第二节农业系统工程的原则与步骤 一、农业系统工程基本原则 *整体性原则：*总体最优原则：*综合应用技术原则：种定性与定量方法相结合原 二、农业系统工作步墨 #a11三维结构 *汪应洛的三阶段五环节结构：农业总体规划工作步骤 第三节农业系统模型论 一、衣业系统模型的类型与意义 模型的概念、类型：农业系统模型的类型：#应用系统模型的意义。 二、衣业系统数学模型的建立与分析 模型建立的方法：#机理模型与经验模型的概念和特点：灵敏度分析的概念：* 模拟的概念 第三章农业系统预测 (4学时) 1、教学基本要求 (1)理解预测的基本概念、类型和步骤 (2)掌握平滑预测技术的基本方法：
2 第二节 系统工程的学科地位 一、现代科学体系结构 钱学森关于现代科学技术体系的划分；＃ 系统工程的学科地位与分支。 二、系统科学简介 系统论、信息论、控制论、耗散结构论、协同论、突变论等系统科学理论简介。 第二章 农业系统工程基本原理 （6 学时） 1、教学基本要求 (1) 了解农业系统工程的概念、任务和内容； (2) 理解农业系统工程的基本原则和步骤； （3）掌握模型建立和分析的基本方法。 2、教学基本内容 第一节 农业系统工程的概念和特点 一、系统的概念及其基本特征 *# 系统的基本概念与基本性质；农业系统的基本概念和特点。 二、农业系统工程的概念、任务、内容 系统工程的概念和发展历史；系统工程的特点；＃ 农业系统工程的概念和内容。 第二节 农业系统工程的原则与步骤 一、农业系统工程基本原则 * 整体性原则；* 总体最优原则；* 综合应用技术原则；*# 定性与定量方法相结合原 则。 二、农业系统工作步骤 ＃ Hall 三维结构； * 汪应洛的三阶段五环节结构；农业总体规划工作步骤。 第三节 农业系统模型论 一、农业系统模型的类型与意义 *模型的概念、类型；农业系统模型的类型；#应用系统模型的意义。 二、农业系统数学模型的建立与分析 * 模型建立的方法；*# 机理模型与经验模型的概念和特点；*# 灵敏度分析的概念；* 模拟的概念 第三章农业系统预测 （4 学时） 1、教学基本要求 (1) 理解预测的基本概念、类型和步骤； (2) 掌握平滑预测技术的基本方法；
(3)掌握粮食单产气象产量预测法和综合因素预测法。 2、教学基本内容 第一节预测的概念、类型与步骤 一、预测的概念与意义 预测的概念：*预测的条件：预测的意义。 二、预测的分类 从不同角度对预测的划分：定性预测的概念与基本方法：*定量预测的概念、基本类型 与方法。 三、预测的过程与步骤 *#预测的过程：*预测的步骤 第二节平滑预测技术 一、移动平均预测法 *计算方法：N的选择 二、指数平滑预测法 #指数平滑预测法的基本原理：*计算方法：种ā的作用和选择 第三节回归分析预测技术 一、回归预测模型的类型 *回归模型在预测中的作用：*回归预测模型的类型：*回归分析预测的步骤。 二、一元回归分析预测的步骤和计算 *几个代表性一元回归模型的特点：一元回归模型预测的步骤：一元回归模型预测的实 例. 第四节粮食产量预测 一、粮食产量预测意义和方法 粮食产量预测的意义：*粮食产量预测方法概述 二、气象产量预测方法 #气象产量预测方法的基本原理：*趋势产量预测方法：*气象产量预测。 三、综合因素产量预测 *综合因素预测的基本原理：应用实例。 第四章农业系统评价 (4字时】 1、教学基本要求 (1)了解系统评价的概念、特点和原则： (②)掌握综合评价法的基本方法 (3)掌握层次分析法的基本方法。 2、教学基本内容
3 （3）掌握粮食单产气象产量预测法和综合因素预测法。 2、教学基本内容 第一节 预测的概念、类型与步骤 一、预测的概念与意义 预测的概念；*预测的条件；预测的意义。 二、预测的分类 从不同角度对预测的划分；定性预测的概念与基本方法；* 定量预测的概念、基本类型 与方法。 三、预测的过程与步骤 *＃ 预测的过程；* 预测的步骤. 第二节 平滑预测技术 一、移动平均预测法 * 计算方法；N 的选择。 二、指数平滑预测法 *# 指数平滑预测法的基本原理；* 计算方法；*# α的作用和选择 第三节 回归分析预测技术 一、回归预测模型的类型 * 回归模型在预测中的作用；* 回归预测模型的类型;* 回归分析预测的步骤。 二、一元回归分析预测的步骤和计算 * 几个代表性一元回归模型的特点；一元回归模型预测的步骤；一元回归模型预测的实 例。 第四节 粮食产量预测 一、粮食产量预测意义和方法 粮食产量预测的意义；* 粮食产量预测方法概述。 二、气象产量预测方法 *# 气象产量预测方法的基本原理；* 趋势产量预测方法；* 气象产量预测。 三、综合因素产量预测 * 综合因素预测的基本原理；应用实例。 第四章 农业系统评价 （4 学时） 1、教学基本要求 (1) 了解系统评价的概念、特点和原则； (2) 掌握综合评价法的基本方法； (3) 掌握层次分析法的基本方法。 2、教学基本内容
第一节系统评价的特点、原测与方法 一、特点 *系统评价的特点：种多目标评价面临的基本问题。 二、原则 *评价的目标性：*保证评价的公平性：*评价的导向性。 三、程序与方法 系统评价计算面临的基本问题：系统评价的基本方法。 第二节综合评价法 一、综合评价的基本步骤 *确定评价的指标体系：*确定评价指标的权重：种指标的无量纲化处理：*指标值 综合的方法。 综合评价实例 某农场农业发展评价。 第三节层次分析法 一、层次分析法的意义 层次分析法要解决的基本问题：层次分析法在农业上的应用。 二、层次分析法的步骤 层次分析法的基本步骤：层次分析模型的基本结构：种判断矩阵的建立和一致性检验： 种层次总排序计算方法：层次分析法应用实例。 第五章农业系统决策 (4学时) 1、教学基本要求 (1)理解系统决策的基本概念、类型和步骤： (②)掌握风险型决策的基本方法： (3)掌握不确定型决策的基本方法： (4)了解决策支持系统的概念和基本结构。 2、教学基本内容 第一节系统决策的特点、程序和类型 一、系统决策的概念和特点 系统决策的概念、特点：系统决策发展的背景：系统决策的分类。 二、系统决策的程序 *提出问圆：*确定目标：*价值准则：*拟定方案：*方案评价：*方案优选。 三、系统决策的分类 按决策对象特点分：按目标多少分：按决策层次分：*按决策过程分：*按自然状态 的多少和概率知否分。 第二节风险型决策
4 第一节 系统评价的特点、原则与方法 一、特点 * 系统评价的特点；*# 多目标评价面临的基本问题。 二、原则 * 评价的目标性；* 保证评价的公平性；* 评价的导向性。 三、程序与方法 *# 系统评价计算面临的基本问题；系统评价的基本方法。 第二节 综合评价法 一、综合评价的基本步骤 * 确定评价的指标体系；* 确定评价指标的权重；*# 指标的无量纲化处理；* 指标值 综合的方法。 二、综合评价实例 某农场农业发展评价。 第三节 层次分析法 一、层次分析法的意义 * 层次分析法要解决的基本问题；层次分析法在农业上的应用。 二、层次分析法的步骤 层次分析法的基本步骤；层次分析模型的基本结构；*# 判断矩阵的建立和一致性检验； *# 层次总排序计算方法；层次分析法应用实例。 第五章 农业系统决策 （4 学时） 1、教学基本要求 (1) 理解系统决策的基本概念、类型和步骤； (2) 掌握风险型决策的基本方法； (3) 掌握不确定型决策的基本方法； (4)了解决策支持系统的概念和基本结构。 2、教学基本内容 第一节 系统决策的特点、程序和类型 一、系统决策的概念和特点 系统决策的概念、特点；系统决策发展的背景；系统决策的分类。 二、系统决策的程序 * 提出问题；* 确定目标；* 价值准则；* 拟定方案；* 方案评价；* 方案优选。 三、系统决策的分类 按决策对象特点分；按目标多少分；按决策层次分；* 按决策过程分； * 按自然状态 的多少和概率知否分。 第二节 风险型决策
一、风险型决策模型、决策准则与计算方法 *模型结构：*决策准则：*计算方法：*决策树：多级决策。 二、贝叶斯决策 *贝叶斯决策的意义：贝叶斯公式：获取信息愿意付出的最高代价：*#在不完全信息 下决策咨询价值的计算。 三、风险型决策应注意的几个问题 *灵敏度分析：*#效用分析：后果亚重性估计和对策 第三节不确定型决策 一、不确定性决策的模型结构与决策准则 *模型结构；*决策准则。 二、不确定型决策的计算 *悲观准则：*等可能准则：*乐观准则：*乐观系数准则：种后悔值准则 第四节决策支持系统 一、决策支持系统概念与特点 DSS的概念：DSS的特点：*#非结构化决策问题：*DSS的基本结构。 二、决策支持系统在农业上应用 决策支持系统的基本应用：决策支持系统在农业上应用典例。 第六章农业系统线性规划 (6学时) 1、教学基本要求 (①)理解线性规划有关的基本概念： (2）掌握线性规划和目标规划模型的一般形式： (3)了解单纯形法的计算方法： (4)掌握农业系统线性规划模型建立的方法。 2、教学基本内容 第一节线性规划模型与应用 一、线性规划的概念 线性规划模型实例：线性规划模型特点：*线性规划模型一般形式 二、 线性规划的主要应用 线性规划应用的基本目的：*线性规划在农业上的主要应用：*线性规划应用广泛的原 因。 第二节线性规划解的性质 一、两个变量的图解法 图解法求解：*由图解法概括线性规划解的基本特点。 二、线性规划解的性质 *线性规划的标准形式：*线性规划的矩阵表示：*可行解、最优解、*#基、基向量、 5
5 一、风险型决策模型、决策准则与计算方法 * 模型结构；* 决策准则；* 计算方法；* 决策树；多级决策。 二、贝叶斯决策 * 贝叶斯决策的意义；贝叶斯公式；获取信息愿意付出的最高代价；* # 在不完全信息 下决策咨询价值的计算。 三、风险型决策应注意的几个问题 * 灵敏度分析；* # 效用分析；后果严重性估计和对策。 第三节 不确定型决策 一、不确定性决策的模型结构与决策准则 * 模型结构；* 决策准则。 二、不确定型决策的计算 * 悲观准则；* 等可能准则；* 乐观准则；* 乐观系数准则；*# 后悔值准则 第四节 决策支持系统 一、决策支持系统概念与特点 DSS 的概念；DSS 的特点；* # 非结构化决策问题；* DSS 的基本结构。 二、决策支持系统在农业上应用 决策支持系统的基本应用；决策支持系统在农业上应用典例。 第六章 农业系统线性规划 （6 学时） 1、教学基本要求 (1) 理解线性规划有关的基本概念； (2) 掌握线性规划和目标规划模型的一般形式； （3）了解单纯形法的计算方法； （4）掌握农业系统线性规划模型建立的方法。 2、教学基本内容 第一节 线性规划模型与应用 一、线性规划的概念 线性规划模型实例；线性规划模型特点；* 线性规划模型一般形式。 二、线性规划的主要应用 线性规划应用的基本目的；* 线性规划在农业上的主要应用；* 线性规划应用广泛的原 因。 第二节 线性规划解的性质 一、两个变量的图解法 图解法求解；*由图解法概括线性规划解的基本特点。 二、线性规划解的性质 * 线性规划的标准形式；* 线性规划的矩阵表示；*可行解、最优解、* #基、基向量
基变量、非基变量、基本解、*基本可行解、最优基本可行解的概念：*#基本可行解的计算： *线性规划基本定理：基于基本定理的线性规划计算实例 第三节单纯形法 一、单纯形法基本思路 基于基本定理直接求解的困难分析：*#单纯形法基本思路。 二、单纯形法步骤 初始基本可行解的确定：#迭代计算。 第四节目标规划 一、目标规划的意义 多日标规划问题：#多目标规划的基本方法。 二、目标规划模型与求解 *约束条件： ·#目标函数：日标规划模型的一般形式：目标规划模型求解 第五节线性规划在农业中的应用 一、线性规划的基本假定 *线性规划的基本假定：目标函数选择：使问题符合线性要求的方法。 二、农业系统线性规划模型设计 *变量设计：*目标函数设计：*约束条件设计 三、对最优解的应用评价 *最优解的相对性：*模拟和灵敏度分析。 第七章作物栽培技术优化设计 (6学时) 1、教学基本要求 ()了解系统栽培学基本概念和基本方法 音优化设计和组合设计的基本方法 (3)掌握作物栽培技术模型的分析方法： (4)了解精确种植技术的基本原理和技术体系。 2、教学基本内容 第一节作物设计的概念和发展 一、作物栽培技术优化设计原理和方法栽培技术优化 传统栽培学的局限性和系统栽培学的发展：系统栽培学的特点和主要方法；*作物优化 设计的原理与基本方法。 第二节二次回归组合设计 一、二次回归模型 *多元二次回归模型的形式：多元二次回归模型的优点。 二、二次回归组合设计与统计分析 6
6 基变量、非基变量、基本解、*基本可行解、最优基本可行解的概念；* #基本可行解的计算； *线性规划基本定理；基于基本定理的线性规划计算实例。 第三节 单纯形法 一、单纯形法基本思路 基于基本定理直接求解的困难分析；* #单纯形法基本思路。 二、单纯形法步骤 初始基本可行解的确定；# 迭代计算。 第四节 目标规划 一、目标规划的意义 多目标规划问题；# 多目标规划的基本方法。 二、目标规划模型与求解 * #约束条件；* #目标函数；*目标规划模型的一般形式；目标规划模型求解。 第五节 线性规划在农业中的应用 一、线性规划的基本假定 * 线性规划的基本假定；目标函数选择；使问题符合线性要求的方法。 二、农业系统线性规划模型设计 *变量设计；* 目标函数设计；* 约束条件设计 三、对最优解的应用评价 * 最优解的相对性；* 模拟和灵敏度分析。 第七章 作物栽培技术优化设计 （6 学时） 1、教学基本要求 (1) 了解系统栽培学基本概念和基本方法； (2) 掌握作物栽培优化设计和组合设计的基本方法； （3）掌握作物栽培技术模型的分析方法； （4）了解精确种植技术的基本原理和技术体系。 2、教学基本内容 第一节 作物设计的概念和发展 一、作物栽培技术优化设计原理和方法栽培技术优化 传统栽培学的局限性和系统栽培学的发展；系统栽培学的特点和主要方法；*作物优化 设计的原理与基本方法。 第二节 二次回归组合设计 一、二次回归模型 *多元二次回归模型的形式；多元二次回归模型的优点。 二、二次回归组合设计与统计分析
*组合设计的基本特点：*：组合设计类型和参数：*二次回归组合设计试验程序：回归模 型系数的计算：回归模型显著性检验。 第三节模型分析 一、单因素主效应分析 主效应分析的日的：*主效应分析的方法 二、两因素综合效应分析 两因素综合效应分析的目的：*#两因素综合效应分析的方法。 三、因素重要性分析 因素重要性分析的目的：*因素重要性分析的方法评价：*因素重要性的方差分析法。 四、优化方案求解 优化方案求解方法的评价：*优化方案求解的非线性规划法。 第四节精确种植技术简介 桔确种植技术的概念与意义 作物栽培技术优化设计的局限性：幸精确种植技术的原理、特征、意义。 二、精确种植的技术体系 *精确种植技术体系基本框架：主要组成技术简介。 三、我国精确种植技术发展对策 *精确种植技术存在问题：我国发展精确种植技术对策 教材： 王福林主编.《农业系统工程》（普通高等教有“十一五”国家级规划教材，中国农业 出版社，2006年。 主要参考书目： 朱永达主编《农业系统工程》，农业出版社，1997年 编制人员：庄恒扬（负责人）
7 *组合设计的基本特点；*# 组合设计类型和参数；*二次回归组合设计试验程序；回归模 型系数的计算；回归模型显著性检验。 第三节 模型分析 一、单因素主效应分析 主效应分析的目的；*主效应分析的方法 二、两因素综合效应分析 两因素综合效应分析的目的；*#两因素综合效应分析的方法。 三、因素重要性分析 因素重要性分析的目的；* 因素重要性分析的方法评价；* 因素重要性的方差分析法。 四、优化方案求解 优化方案求解方法的评价；*优化方案求解的非线性规划法。 第四节 精确种植技术简介 一、精确种植技术的概念与意义 作物栽培技术优化设计的局限性； * 精确种植技术的原理、特征、意义。 二、精确种植的技术体系 * 精确种植技术体系基本框架；主要组成技术简介。 三、我国精确种植技术发展对策 * 精确种植技术存在问题；我国发展精确种植技术对策。 教材： 王福林主编.《农业系统工程》(普通高等教育“十一五”国家级规划教材)，中国农业 出版社，2006 年。 主要参考书目： 朱永达主编.《农业系统工程》，农业出版社，1997 年。 编制人员：庄恒扬（负责人）