作物智慧管理的核心要素是信息、装备和智能，包括作物信息监测诊断、作物生产系统模拟、作物精确管理决策、信息产品研制开发等环节。
运用光谱学理论，明确不同条件下农作物反射光谱特性与生长信息之间的关系，提取作物生长指标（氮含量与积累量、叶绿素含量与积累量、叶面积指数和生物量等）的敏感光谱波段和光谱参数，构建基于反射光谱特征的作物生长指标监测模型；进一步建立不同生育时期作物生长指标适宜动态及实时诊断模型，形成基于光谱的作物生长监测与诊断技术体系。该技术能快速准确监测作物主要生长指标，实时诊断作物生长状况，指导作物中后期的精确管理与调控，并预测作物产量和品质。
运用过程建模方法，对农作物生长发育的基本规律及其与环境因子和品种性状间的关系进行定量解析和综合，建立作物生长系统的机理性过程模型，包括作物生长发育及产量品质形成模型、作物形态结构建成与虚拟显示模型、农田养分与水分平衡模型等；进一步结合气象数据生成、品种参数调试、策略分析评价及GIS技术等，构建农业生产模拟模型及决策支持系统，从而为作物生长动态及生产力预测、管理方案及理想品种设计、气候变化效应评估等提供数字化可视化平台。
将系统学原理应用于作物管理系统的定量化分析，构建作物生产管理知识模型，包括产前栽培方案设计模型和产中生长指标设计模型；进一步结合GIS技术，研究空间分区方法及按需投入处方，并集成构建基于模型和GIS的作物精确管理决策技术，通过农机与农艺相结合，实现不同时空尺度下播前栽培方案的精确化设计（产量目标、品种选用、播栽方案和肥水运筹等）、产中指标动态的定量化设计（生长指标及养分指标动态等）以及实时管理措施的数字化调控（追肥和灌溉等）。
在作物生长系统模拟、作物生长监测诊断、作物精确管理决策等技术的基础上，结合硬件工程，研制开发便携式和机载式作物生长传感设备；结合软件工程，通过耦合与集成信息农业中的关键技术，研制开发基于遥感的作物生长监测与诊断系统、基于模型的作物生长模拟与设计系统、基于模型和“3S技术”的作物智慧管理系统等，包括单机版、网络版和PDA版，为农业生产管理提供工程化产品和实用化平台，促进农业信息技术的规模化示范应用。
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