自1999年以来，在国家及部省近40项科技计划的支持下，针对现代农业对作物生长无损监测与精确诊断技术的迫切需求，综合运用作物生理生态原理和定量光谱分析方法，围绕水稻、小麦主要生长指标的特征光谱波段和光谱参数、定量监测模型、实时调控方法、监测诊断产品等开展了深入系统的研究，集成建立了作物生长无损监测与精确诊断技术体系，主要包括5方面内容：
1、明确了稻麦主要生长指标的特征光谱波段及敏感光谱参数
基于光谱分析方法，系统解析了不同条件下稻麦反射光谱的动态变化模式，明确了稻麦叶片与冠层反射光谱对叶面积指数、生物量、氮含量、氮积累量、叶绿素密度、产量品质等指标的响应规律，确立了指示稻麦生长指标的特征光谱波段及敏感光谱参数，为稻麦生长光谱估算模型的构建及监测仪的开发提供了支撑。
2、构建了多尺度的稻麦生长指标光谱监测模型
基于定量建模方法，综合利用地面与空间遥感信息，确立了上述稻麦主要生长指标与相应敏感光谱参数之间的量化关系，在叶片、冠层和区域等不同尺度构建了稻麦主要生长指标的光谱估算模型，实现了稻麦长势的多尺度快速监测。
3、建立了多路径的稻麦生长实时诊断与精确调控技术
利用系统分析方法，定量研究了不同产量水平下稻麦关键生长指标的动态变化模式，构建了基于产量目标的生长指标适宜时序动态模型；进一步耦合实时苗情信息，综合利用养分平衡原理、氮营养指数法、适宜指标与实际指标差异法等，集成建立了多路径的作物生长诊断与调控技术，可定量确定稻麦生长中期的适宜肥水调控方案。
4、研制了简便适用的稻麦生长监测诊断产品
将作物生长监测诊断技术与硬件工程相结合，研制了便携式和机载式稻麦生长监测诊断设备，并开发了基于无线网络的作物生长感知节点；与软件工程相结合，开发了稻麦生长监测诊断应用系统和农田感知与智慧管理平台，为稻麦生长指标的实时监测、精确诊断、智慧管理等提供了实用化技术载体。
5、开展了作物生长监测诊断技术体系的规模化示范应用
将软件应用与硬件载体相结合，技术培训与试验示范相结合，形成了具有指导性和实用性的技术推广体系。自2009年开始，以作物生长监测诊断仪、监测诊断应用系统、生长感知与智慧管理平台等软硬件产品为主要应用载体，以作物长势分布图、肥水调控处方图、产量品质分布图等为主要技术形式，在我国的稻麦主产区进行了示范应用，取得了显著的经济、社会和生态效益。
该研究已授权国家发明专利6项（另受理25项）、实用新型专利4项，登记国家计算机软件著作权14项；推广便携式作物监测诊断仪206台、农田感知节点230套；发表学术论文149篇（含SCI论文38篇、EI论文16篇），出版专著1部；培养研究生及博士后48名。近5年来，该技术体系在江苏、河南、江西、安徽、浙江等稻麦生产区进行了示范应用，表现为明显的节氮(约7.5%)和增产(约5%)作用。据统计，累计推广有效面积为2969.8万亩，新增效益13.88亿元。
