重点方向

建立了高时空分辨率“星-机-地”农业遥感观测体系,突破了作物养分及品质定量遥感机理,创新了多源信息融合的病虫害监测预报方法,开创了大田、果园无人机高光谱精准遥感特色方向。在全国30余个省市,开展了面向政府、企业及农户等多层次的农情监测、农业保险及栽培决策支持示范应用。

聚焦作物表型组信息获取、解析技术和装备研发,建立从细胞组织、功能器官到植株群体的全链条玉米表型高通量获取软硬件系统。基于显微CT成像技术体系研发玉米根、茎、叶表型分析软件,自动解析48项维管束表型指标,定量分析玉米籽粒及内部结构三维表型;玉米果穗籽粒考种系统可快速获取果穗籽粒数量和几何性状,通量可达每分钟10-20穗;玉米单株表型获取系统,从二维和三维角度检测和分析玉米株型结构参数;连栋温室高通量表型平台、田间轨道式高通量表型平台、无人机高通量表型平台和表型检测机器人,整合多种传感器自动获取不同生境下玉米单株、群体的形态、生理等表型指标。

为提高育种效率和水平,研发了国内首个大型商业化育种软件--金种子育种云平台,包括900多个功能模块,实现了从自交系选育到品种测试、从田间性状采集到大数据分析的全程数字化,可根据大型育种企业、育种科研单位不同需求定制,在垦丰种业、隆平高科、天津市农业科学院、农业农村部国家农作物品种试验平台等300多家育种单位成功应用。

围绕农产品全程质量安全控制与溯源,发明了原产地包装防伪、储运环境监控、条码-RFID标识转换、条码溯源电子秤等技术产品,建立了主要生鲜农产品货架期预测模型,开发了面向政府部门的质量安全监管系统、面向生产经营主体的质量安全控制系统和面向消费者的质量安全追溯系统。成果在全国18个省市、425个生产经营主体应用,覆盖作物780多万亩,畜禽1200万头(只),水产3万亩。

研究农业多源异构信息融合、机器学习信息分类模型,提出农业大数据语义智能搜索、时空大数据知识挖掘和知识图谱构建技术。构建了“互联网+”全国农业科教云平台,为农民提供全科精准信息服务。平台有PB级农业大数据,覆盖3550个农业动植物品种的全息知识图谱库,归类实体1.6亿个,知识图集1000万张,知识集200万条、生产管理模型1.2万个,4000万个知识问答对。平台实现31个省2845个县全覆盖,用户数700万,包括5万名农业专家、50万基层农技人员和650万生产主体;平台每天收到各类农业问题1万多个,平台服务400万次,农技人员日服务里程300万公里,受益农户1.39亿,累计服务30亿人次,达到互联网产业贡献分界岭。

研发了农业环境、动植物生物信息、农产品检测和农机作业监测等系列传感器,为我国智慧农业发展提供了有力科技支撑。瞄准土壤氮素实时现场原位检测这一世界级难题,创建了氮素激光诱导击穿光谱传感方法,采用纳米增强等新型传感机理方法将光谱检测能力提高了3个数量级,可快速高精度对土壤全氮和部分重金属进行现场原位测量,研究结果以封面文章发表于国际顶级杂志。 研发的无人机载微型成像高光谱仪,具有光谱分辨率和信噪比高、小型轻便特点,广泛用于农情监测,获美国发明专利;研发的高效离子选择性微电极传感器,实现了在实验室及田间条件下活体、在线、无损检测植物细胞、组织、器官等部位的动态离子流,可广泛应用于作物栽培、育种和转基因植物科学研究。

农机装备智能化能显著提升农机作业质量和效率。针对农田不同地形土壤等复杂作业工况下,导致自动导航适应性差、精度低、停车后上线速度慢等问题,创新了农机作业复杂工况自适应自动导航技术,创制了具有自主知识产权的电液、电机转向两类农机北斗自动导航技术产品,打破了本领域国外技术产品垄断,已在新疆等地广泛应用;针对农机作业测不准、侧不全、计量精度低等问题,创新了农机全程机械化作业智能监测技术,创制了13种智能监测终端,首次实现了耕、种、管、收、秸秆处理5大环节13种作业类型作业数量和作业质量在线精准监测。

为保护环境和农产品安全质量,研发了系列精准施药与绿色防控技术装备。突破流量反馈控制、喷杆自动仿形、自走差速直联驱动和防飘移关键技术,创制水田、旱田多种精准施药机;突破光电探测技术,研制出阵列传感、超声探测、激光探测三款果园对靶喷洒机;突破航空施药雾滴漂移控制技术,研制的航空喷洒作业监管与计量系统,具有病虫情诊断、作业规划、导航与监管、施药控制、施药评估等功能,已应用9800架次、9000万亩植保作业任务。研制的基于物理防治原理的植保机,可大幅度减少温室蔬菜生产中农药使用。

在研究设施蔬菜水肥需求规律基础上,研制了应用于日光温室和连栋温室水肥一体化系统技术产品,建立了基于光累积量和模型控制方法的水肥一体化控制决策平台,可实现对单一和多种肥液的精准按需控制,满足蔬菜高产优质生产需要。

研究了不同水果的光谱特性,攻克水果图谱融合、多光谱成像检测技术,研制出水果内外品质室内高速检测线、车载移动检测线和便携式检测仪,可实现苹果、柑橘和大桃等水果的大小、颜色、缺陷和糖度的快速检测分级,提高了水果的商品性。

突破机器视觉、复杂任务固化和末端执行器等关键技术,研制出温室巡墙喷药机器人、蔬菜嫁接机器人、蔬菜采摘机器人、禽舍巡检消毒机器人等产品,实现了机器换人,降低了农业生产的人工成本。

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