小麦是中国粮食生产系统中的重要组成部分,虽然我国小麦总产量实现了10年连续增长,但是“粮食连续增产的时间越长,可能离减产的拐点也就越近”的危险始终存在。环渤海低平原地区包含4000多万亩中低产田和1000多万亩盐碱荒地,是粮食增产潜力巨大的地区,但存在淡水资源匮乏、土壤瘠薄盐碱等问题。针对以上问题,李振声院士提出了“渤海粮仓”战略构想,拟通过综合采取以“土、肥、水、种”为核心的改良技术和增产措施,改造盐碱荒地、提高中低产田产量。信息化是传统农业向现代农业转化的重要推动力量,是“渤海粮仓”战略实现的重要手段,利用信息化手段及时掌握小麦生产环境变化,加强对小麦苗情诊断和气象灾害预测,根据生产状况调整小麦管理方案,对提高小麦生产科学管理水平和增产增收具有重要的意义。本文在项目组前期物联网系统研究基础上,通过广泛查阅国内外相关研究,结合渤海粮仓科技示范工程的实际需求,充分利用农业物联网、BP神经网络、Java EE等理论和技术,研究了小麦苗情诊断方法、干热风年型预测模型、冻害诊断方法、旱灾诊断方法和小麦生产信息数据管理方法,进而研发了“渤海粮仓”小麦生产信息服务系统。该系统实现了麦田环境数据的结构化管理、小麦苗情诊断与气象灾害预测、服务信息推送等功能,应用于渤海粮仓山东项目区典型地块的小麦生产管理和决策过程中,有效地指导了项目区小麦生产。具体研究内容如下:(1)小麦干热风年型预测模型研究以多年气象数据及物联网实时数据为基础,研究了基于BP神经网络的干热风年型预测模型,实现了小麦干热风年型预测;模型利用主成分分析法对样本集数据降维处理,提取其主要影响因子,并选用有动量的梯度下降法作为模型的学习算法,使模型准确度达到最优,实验证明,预测模型能够相对准确预测干热风年型。(2)小麦苗情、冻害和旱灾诊断方法研究在分析总结影响小麦苗情特征指标权重的基础上,根据苗情类型判断标准建立小麦苗情诊断方法,判断小麦生长期苗情类型,实现了对小麦苗情的科学诊断;根据小麦冻害、旱灾类型诊断判断标准,以物联网系统采集环境数据为基础,判断小麦冻害、旱灾类型。从而为用户推送预警信息。(3)小麦生产信息数据管理方法研究采用分布式层次化管理方法,根据数据流通模式研究了从数据接入、数据过滤、数据存储到数据发布的数据管理方法;定义统一数据结构和农业量纲字典,建立了数据管理架构,实现了“渤海粮仓”小麦生产数据规范化、标准化管理,为小麦苗情诊断和气象灾害预测及上层应用提供了可靠的数据支撑。(4)“渤海粮仓”小麦生产服务系统设计与实现根据系统的功能性需求分析,结合小麦苗情诊断方法与灾情预测模型的研究,充分运用软件工程理论,完成了整个服务系统的概要设计、详细设计和数据库设计;利用物联网技术、SSH(Struts+Spring+Hibernate)框架整合开发技术、jQuery前台技术,建立了“渤海粮仓”小麦生产信息服务系统,实现了数据获取、传输、加工、服务一体化智能化处理。