本项目在国家和北京市科技计划支持下,历经9年,系统开展了数字农业作物与环境信息传感探测、生产管理智能决策控制、平台构建与系统集成三个方面的创新研究。1、作物与环境信息传感探测 研究了农作物个体生命信息无损监测方法,研制了叶片/茎秆/果实等7种生命信息传感器,开发了农作物营养、病害、水分胁迫等监测技术产品和诊断系统;提出了基于光学传感和农学模型于一体的监测作物群体生物量/叶面积指数、氮素/水分营养生理指标的监测方法,研制了小麦/水稻便携式作物综合长势信息测定仪,可实现作物群体长势信息的无损探测及诊断,填补了国内空白。研制了可自恢复、自校准和组网的光照/温度/湿度/CO2等9种农业环境专用传感器,开发了温室娃娃等3款语音型便携式环境信息采集器,集成作物生长知识和语音芯片,可以语音方式指导农民生产。开发了无线射频地埋多剖面土壤水分传感器,可在线监测1米深均匀间隔10cm的土壤水分;开发了土壤温湿度和电导率三参数复合土壤信息传感器,实现了三参数的集成准确测量。研制了集成GPS的便携式X荧光土壤重金属测定仪,可同时快速原位测定Pb、As、Cr、Hg、Cu、Zn等土壤重金属元素含量,填补了国内空白。2、生产管理智能决策控制 研发了基于作物生长发育模型的5款环境监控产品,可对不同设施生产类型进行科学决策控制。建立了植株含水量光谱探测模型,提出了植株水分光谱探测和土壤湿度传感测定相结合的灌溉决策方法,建立了植株水、土壤水、ET值为指标的灌溉决策模型;研究了3种负水头控制方法,研制了硅藻土陶瓷灌水器、温室负水头灌溉系统和串联式负水头供水盆栽装置;研制了5种用水管理设备,支持多种灌溉控制方式。研制了大田自动灌溉施肥机,可实现3种肥料和1种酸液的精确配比及自动水肥耦合,单机可控面积5000亩;研制了注肥施药一体化作业系统,解决了农药喷洒和注肥系统复合运行的技术难题。3、平台构建与系统集成建立了包括对象感测、数据采集、信息传输、分析决策、设备驱动、智能控制等层次结构的共性农业测控技术平台。平台具有模块化的标准软硬件接口,支持各类传感器及受控设备的“即插即用”,通过集成数据分析管理软件和智能决策系统,可快速重构定制设施环境、水、肥、药等农业生产关键要素专业智能测控系统,以满足我国不同地区、不同生产领域及生产条件的需求。构建了自主产权的配套化、实用化测控技术产品体系,主要产品技术性能指标、稳定性、一致性和恶劣环境适应性达到国际同类产品水平,成本降低50%-70%。共获国家专利41项,其中发明专利9项,获软件著作权60个,发表核心刊物论文108篇,其中SCI-10篇,EI-42篇。通过“技术套餐”模式,成果在设施农业和大田生产的环境监控/灌溉/施肥/施药等方面大面积应用,节能20%-30%,节肥水药20%-50%。在全国14个省市累计应用560万亩、技术培训1.3万人次,增收节支21.2亿元;近3年累计应用390万亩,增收节支15.5亿元。该研究提高了我国农业技术装备与信息化水平,促进了数字农业的发展。