现代农业智能感知技术与产品：为现代农业保驾护航

文|本刊编辑部

现代农业智能感知技术与产品：为现代农业保驾护航

文|本刊编辑部

我国现代农业的发展，对农业信息智能感知技术和设备的要求越来越高。而目前我国农业信息智能感知技术和设备存在成本高、在线监测水平低、适应性差、智能化程度低、共享性和协同作业系统性薄弱等不足。

加速突破不同尺度空间的农业信息智能感知技术，开发农业信息智能感知装备和协同作业支撑平台，对加速我国农业生产方式的转变，推进农业产业结构升级，提高农民收入、农业整体效益和资源利用率，提高农业现代化水平，实现农业可持续发展具有重大意义。

863计划主题项目“现代农业智能感知技术与产品”于2013年立项，牵头单位为浙江大学，由该校何勇教授担任项目首席专家。在863计划等多个项目的支持下，通过产学研协同攻关，围绕植物-环境信息快速感知与物联网实时监控技术及装备的研发，重点突破了农田信息快速感知、稳定传输和精准管控三大关键技术，研发了系列化现代农业智能感知新产品和新设备，大大提升了我国农业信息化和现代化水平。

“现代农业智能感知技术与产品”成果丰硕

植物养分、生理和病害信息快速感知技术与设备

传统的植物养分、生理和病害大多依靠人工经验、实验室或简单辅助仪器进行测试与诊断，难以满足作物生长精准化管理所需的快速、实时检测要求，也难以为农业物联网感知节点提供实时信息及实施精准管控。

针对植物生命信息实时快速获取的瓶颈问题，课题组提出了从作物叶片、个体、群体三个尺度开展生命信息快速获取方法研究的新思路；揭示了特征电磁波谱与植物养分、生理变化的响应机理和耦合关系，自主研制了便携式植物养分无损快速测定仪和植物生理生态信息监测系统；率先提出了植物真菌病害早期四阶段诊断方法，实现了典型病害侵入和感病初期的早期快速诊断；建立了作物生长过程感知信息重构和可视化表达技术，实现了植株的生长过程重构和三维形态可视化表达。课题建立了作物信息不同尺度空间（近地、微小型无人机遥感、卫星遥感信息）的智能感知技术和数据融合技术，构建了农田多元异构感知信息的多级融合计算模型和多尺度信息融合模型；研发了基于多光谱相机的水稻作物营养状况及病虫害的实时检测技术、微小型无人机遥感信息智能感知技术和养分管理技术、目标识别定位技术及变量施肥施药控制技术装备，提高了作物信息智能感知技术的在线监测水平和环境适应能力。

土壤水、盐与养分特性多维快速测试技术与设备

土壤水、盐和养分特性快速多维测试是实施精准肥水灌溉的前提，目前单点测试方法不能完整反映土体水、盐和养分分布状况，特别是在设施环境下土壤频繁灌溉后造成水、盐和养分运移复杂，土壤水平方向和作物根层垂直方向空间变异大。针对上述难题，研发了土壤多维水分快速测量仪和不同监测尺度的墒情监测网；发明了非侵入式快速获取土壤三维剖面盐分连续分布的方法与装置；建立了全国土壤光谱库的土壤有机质和氮素光谱预测模型，研发了土壤剖面光谱测试便携式装置与有机质定量建模方法，研发了土壤养分野外光谱快速测试技术与仪器；研制了二氧化碳浓度梯度分布原位同步测量装置，建立了基于物联网的农田信息检测站点及土壤环境信息远程采集监测系统。

不同尺度植物养分快速检测方法和系统设备。

植物生理监测系统及病害早期诊断法。

农田复杂环境下信息无线稳定传输关键技术

针对农业生产作业环境复杂，如温室的高湿热、大田的高温差环境，无线信号易受作物生长及设施干扰等影响，而且农田信息传输要求低能耗、低成本，现有的无线网络技术不能很好满足信息的传输要求，课题组发明了主动诱导式低功耗自组网与消息驱动机制的异步休眠网络通信方法，解决了农业信息的低功耗与远程传输问题；提出了网络局部重组与越级路由维护算法，实现了网络故障自诊断和自修复，解决了野外节点故障或植物生长与设施对无线信号干扰导致网络局部瘫痪的难题，提高了无线传输网络的稳定性。

植物-土壤-环境信息快速感知与物联网实时监控系统。

基于物联网的作物生长精准管控技术与装备

过去，以人工经验为主的大田和设施作物肥水灌溉与农药施用费时费力、效率低、效果差、浪费大，难以满足作物不同生长阶段对肥、水、药的真实需求和保障作物的品质与安全。

为了解决这些问题，课题组研发了植物生长智能化管理协同控制和实时监控系统，实现了基于实测信息和满足植物生长需求的物联网肥、水、药精准管理和温室协同智能调控；研发了基于物联网工厂化水稻育秧催芽智能调控装备和设施果蔬质量安全控制管理系统，提出并开发了农产品原产地包装防伪标识生成方法及系统，提高了质量安全溯源的可控性、防伪性和安全性。

社会效益显著推动农业科技进步

植物-环境信息快速感知与物联网实时监控技术及装备成果获授权发明专利30多项；研发的相关技术和系列设备/系统实现了植物、土壤信息的快速检测，并通过物联网技术和实时监控系统实现了大田和设施条件下的肥水精细化管理，提高了肥水利用率，并减少了农药、化肥等投入。在浙江、江苏、北京、广东、山东、黑龙江、新疆、安徽、河北等10余个省市的现代农业园区、果园与设施农业、涉农企业、无人机企业等进行了推广应用，建设推广和示范基地10余个，覆盖了粮油、果蔬和花卉等多种农作物。据统计，与传统的生产方式相比平均节水、节肥约20%、省工约30%，显著提高了生产效率，有效保障了作物的高效、优质、安全生产，取得了显著的社会效益、经济效益和生态效益，推动了农业科技进步。

该成果是在国家863计划等多个项目的资助下，联合高校、研究院所和相关企业联合完成的，通过863计划项目将全国优势单位联合在一起，充分发挥了产学研各部门的特色和优势，针对我国农业传感仪器和物联网应用急需解决的关键技术和装备，开展联合攻关，从低成本快速检测的农业传感仪器开发到适应农业复杂环境需求的无线传感网络，再到实现根据作物需求的设施温室智能控制和自动肥水灌溉。攻克了多项关键技术，开发了一批实用性产品，同时培养了一批青年科技人员，并将研究成果在多个省推广应用，建立了多个示范应用基地，培育了一批信息化程度高、适应现代化生产模式的现代农业示范企业，取得了显著的社会效益和经济效益。

专家简介

何勇，博士、浙江大学求是特聘教授、博士生导师，现任浙江大学数字农业与农村信息化研究中心常务副主任，国家重点学科——农业机械化工程学科学术带头人之一、国家863计划现代农业技术领域主题专家、863计划“现代农业智能感知技术与产品”主题项目首席专家。