說到衛(wèi)星遙感，大家多數(shù)會聯(lián)想到遙不可及的浩瀚宇宙，以及逐夢太空的航天科技。那么，“翱翔九天”的航天和“接地氣”的農(nóng)業(yè)有著怎樣的聯(lián)系呢？4月24日是中國航天日，為此中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所在近期舉辦了中國航天農(nóng)業(yè)農(nóng)村遙感監(jiān)測主題宣傳活動，告訴公眾中國航天與農(nóng)業(yè)有著密不可分的聯(lián)系，農(nóng)業(yè)遙感從高分衛(wèi)星中獲取了大量的應用數(shù)據(jù)，從而更好地服務于中國農(nóng)業(yè)事業(yè)。農(nóng)業(yè)農(nóng)村遙感監(jiān)測實踐，是中國航天揚帆起航、逐夢九天的參與者，也是中國航天跨越式發(fā)展直接應用者、受益者。農(nóng)業(yè)農(nóng)村遙感實踐，將在中國馳騁星河的波濤下走向輝煌。
高分觀測衛(wèi)星提供精準大數(shù)據(jù)
1970年，中國第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”發(fā)射成功。隨著一顆又一顆衛(wèi)星的升空，上世紀80年代，我國開始了農(nóng)業(yè)農(nóng)村領(lǐng)域的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應用，經(jīng)過近40年的發(fā)展，監(jiān)測領(lǐng)域已經(jīng)拓展到農(nóng)作物估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)災害、農(nóng)業(yè)重點工程、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、漁情漁汛、農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展等領(lǐng)域，衛(wèi)星遙感技術(shù)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)農(nóng)村領(lǐng)域重要的信息來源。
特別是2018年高分六號衛(wèi)星在甘肅酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功發(fā)射，這是國內(nèi)第一顆搭載了能有效辨別作物類型的高空間分辨率遙感衛(wèi)星，將與在軌的高分一號衛(wèi)星組網(wǎng)運行，大幅提高農(nóng)業(yè)對地監(jiān)測能力，加速推進天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)和數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村建設，為鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施提供精準的數(shù)據(jù)支撐。
高分六號首次在衛(wèi)星傳感器中配置了能有效反映作物特有光譜特性的“紅邊”波段，能夠顯著提升作物精準識別能力，可以實現(xiàn)對玉米、大豆、棉花、馬鈴薯等同期生長的大宗作物和大蒜、生姜、枸杞等經(jīng)濟作物的田塊級精細識別，為高精度、定量化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程和農(nóng)業(yè)資源環(huán)境要素監(jiān)測提供可靠的支撐手段。
中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所是國產(chǎn)高分衛(wèi)星農(nóng)業(yè)農(nóng)村遙感應用單位。農(nóng)業(yè)遙感團隊劉佳研究員介紹，高分六號精、寬、高的功能特點，適應了農(nóng)業(yè)監(jiān)測時效性和準確性高、覆蓋范圍廣的要求，在作物種植面積變化監(jiān)測、農(nóng)業(yè)資源本底調(diào)查中，實現(xiàn)了高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)全部替代國外同類數(shù)據(jù)，打破了農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測中分辨率和高分辨率數(shù)據(jù)長期依賴國外衛(wèi)星的局面。
天地一體化遙感技術(shù)服務農(nóng)業(yè)農(nóng)村
衛(wèi)星遙感在農(nóng)業(yè)農(nóng)村有哪些應用？實際上，目前衛(wèi)星遙感在農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)測、農(nóng)業(yè)政策效果評價、農(nóng)村人居環(huán)境監(jiān)測中都發(fā)揮著重要作用。
農(nóng)業(yè)遙感團隊常年從事農(nóng)情遙感監(jiān)測，為我國糧食生產(chǎn)提供實時的信息參考。相比統(tǒng)計信息，遙感信息可以獲取目標的空間分布將“是什么？種在哪？有多少？”三個維度的信息，統(tǒng)統(tǒng)展示出來。
通過衛(wèi)星，可以觀測到單一作物在全國的實際種植面積，結(jié)合各個品種的單產(chǎn)，就能算出大概的產(chǎn)量，同時，衛(wèi)星還會長期觀測作物長勢，根據(jù)生長情況，不斷調(diào)整估算數(shù)據(jù)。劉佳解釋說：“比如小麥，在拔節(jié)以后就開始估算產(chǎn)量。但在此之前，長勢監(jiān)測早已開始，為作物管理提供依據(jù)。”長勢監(jiān)測可以監(jiān)測作物葉面積指數(shù)、葉綠素含量、氮含量、氮累積量等，通過這些參數(shù)，進行長勢評價，可以幫助監(jiān)測者計算施肥量，以及何時適合施肥、澆水等。此外，長勢監(jiān)測數(shù)據(jù)還可以作為預測作物品質(zhì)的依據(jù)。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，除了監(jiān)測農(nóng)作物種植情況，農(nóng)業(yè)農(nóng)村遙感還可以監(jiān)測耕地土壤墑情、大宗農(nóng)作物病害等。“像大豆和玉米都是同一個生長期，在以前沒有紅邊波段的時候，這兩種作物要把它識別出來的話，很困難。搭載紅邊波段以后，這兩種作物就能很容易的識別出來。這對我們像東北地區(qū)農(nóng)作休耕效果的監(jiān)測起了很大的作用。”劉佳說。
以衛(wèi)星遙感觀測結(jié)合農(nóng)村承包地確權(quán)登記數(shù)據(jù)，采用兩年衛(wèi)星影像對比，就可以獲得實際休耕的面積。再和地方上報的數(shù)據(jù)進行比較分析，就可以得到更加準確的休耕數(shù)據(jù)，這可以為耕地輪作休耕補貼的發(fā)放，提供客觀的數(shù)據(jù)保障。也就是說，通過衛(wèi)星觀測，可以看出某一塊地去年和今年種植情況，如果去年種了，今年沒種，則可認定確實是休耕。“對耕地輪作的監(jiān)測，2015年開始試點，2017年在全國推廣。這種監(jiān)測可以精確到每一戶每一塊地。”劉佳說。
隨著這些數(shù)據(jù)的深入應用，高分數(shù)據(jù)已成為農(nóng)業(yè)農(nóng)村遙感的主要數(shù)據(jù)源，使以天地一體化的感知技術(shù)為服務手段的農(nóng)業(yè)農(nóng)村監(jiān)測、調(diào)查、管理方式不斷創(chuàng)新，加速變革了“上圖入庫”、“以圖管地”、“到戶到地”等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)監(jiān)管模式。據(jù)介紹，在農(nóng)村人居環(huán)境整治、農(nóng)村宅基地利用、高標準農(nóng)田建設監(jiān)測監(jiān)管等方面也積極開展了遙感監(jiān)測工作，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村的數(shù)字化管理和科學決策提供數(shù)據(jù)支撐。
遙感技術(shù)推進智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展和應用
隨著高分遙感和我國其他現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，集成應用衛(wèi)星遙感、航空遙感、地面物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的天空地一體化農(nóng)情信息獲取，以及北斗自動導航與測控、農(nóng)機作業(yè)監(jiān)測等一批核心關(guān)鍵技術(shù)取得重要突破，為我國智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化應用奠定了技術(shù)基礎。
目前，中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所已在山東、陜西和四川等地建立了智慧果園，應用高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取果園生長信息，為施肥、撒藥和除草等果園機器人提供準確的作業(yè)配方，實現(xiàn)果園的智能化科學管理。
以果園為例，遙感技術(shù)可以對農(nóng)田地塊的位置、形態(tài)、環(huán)境、甚至農(nóng)戶情況等多維信息進行分析，可以為農(nóng)戶提供決策的依據(jù)，可以通過智能化的水肥一體化系統(tǒng)，自動控制水肥的供給，還可以通過自動駕駛技術(shù)，大型機械實現(xiàn)無人作業(yè)。
“將遙感影像圖與物聯(lián)網(wǎng)、無人機、農(nóng)機裝備等進行連接，可以幫助農(nóng)戶進行精細的灌水，用肥、用藥，達到節(jié)本增效的目的，這就改變了我們以前靠經(jīng)驗、憑感覺的生產(chǎn)方式，而是用數(shù)據(jù)來生產(chǎn)，用數(shù)據(jù)來賦能農(nóng)業(yè)農(nóng)村的發(fā)展，這就是智慧農(nóng)業(yè)。”中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所吳文斌副所長說。
吳文斌-介紹說，目前我們已經(jīng)突破了一批高分數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村應用關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了大范圍高分衛(wèi)星農(nóng)業(yè)農(nóng)村遙感專題產(chǎn)品生產(chǎn)和信息服務，已構(gòu)建了38種農(nóng)業(yè)農(nóng)村遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品，向全社會提供服務及技術(shù)支持。比如充分利用高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)在空間分辨率、時間分辨率和光譜分辨率方面的優(yōu)勢，重點開展了我國大蒜、生姜、蔬菜、檳榔、橡膠等特色作物種植區(qū)分布，為地方和企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營提供科學數(shù)據(jù)支持。從2019年開始，為地方政府提供全國最新高分大蒜種植面積遙感監(jiān)測結(jié)果，為我國大蒜產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供信息支撐。
吳文斌表示，未來10-20年是我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵期，國家高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項和《國家民用空間基礎設施中長期發(fā)展規(guī)劃》的實施，帶動了空間信息技術(shù)應用發(fā)展，提高了農(nóng)業(yè)遙感應用能力，國產(chǎn)遙感數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)農(nóng)村中發(fā)揮了越來越重要作用。但與發(fā)達國家和地區(qū)相比，與推進農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和鄉(xiāng)村振興的新形勢要求相比，我國遙感衛(wèi)星資源建設明顯滯后，亟需加強建設滿足農(nóng)業(yè)農(nóng)村實際需求的天基觀測網(wǎng)絡，填補我國農(nóng)業(yè)遙感觀測領(lǐng)域的欠缺，加速國產(chǎn)遙感信息服務的產(chǎn)業(yè)化進程，更有力地支撐政府部門宏觀決策管理，更好地服務國家“藏糧于地”戰(zhàn)略和國家糧食安全戰(zhàn)略。
高分觀測衛(wèi)星提供精準大數(shù)據(jù)
1970年，中國第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”發(fā)射成功。隨著一顆又一顆衛(wèi)星的升空，上世紀80年代，我國開始了農(nóng)業(yè)農(nóng)村領(lǐng)域的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應用，經(jīng)過近40年的發(fā)展，監(jiān)測領(lǐng)域已經(jīng)拓展到農(nóng)作物估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)災害、農(nóng)業(yè)重點工程、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、漁情漁汛、農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展等領(lǐng)域，衛(wèi)星遙感技術(shù)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)農(nóng)村領(lǐng)域重要的信息來源。
特別是2018年高分六號衛(wèi)星在甘肅酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功發(fā)射，這是國內(nèi)第一顆搭載了能有效辨別作物類型的高空間分辨率遙感衛(wèi)星，將與在軌的高分一號衛(wèi)星組網(wǎng)運行，大幅提高農(nóng)業(yè)對地監(jiān)測能力，加速推進天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)和數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村建設，為鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施提供精準的數(shù)據(jù)支撐。
高分六號首次在衛(wèi)星傳感器中配置了能有效反映作物特有光譜特性的“紅邊”波段，能夠顯著提升作物精準識別能力，可以實現(xiàn)對玉米、大豆、棉花、馬鈴薯等同期生長的大宗作物和大蒜、生姜、枸杞等經(jīng)濟作物的田塊級精細識別，為高精度、定量化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程和農(nóng)業(yè)資源環(huán)境要素監(jiān)測提供可靠的支撐手段。
中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所是國產(chǎn)高分衛(wèi)星農(nóng)業(yè)農(nóng)村遙感應用單位。農(nóng)業(yè)遙感團隊劉佳研究員介紹，高分六號精、寬、高的功能特點，適應了農(nóng)業(yè)監(jiān)測時效性和準確性高、覆蓋范圍廣的要求，在作物種植面積變化監(jiān)測、農(nóng)業(yè)資源本底調(diào)查中，實現(xiàn)了高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)全部替代國外同類數(shù)據(jù)，打破了農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測中分辨率和高分辨率數(shù)據(jù)長期依賴國外衛(wèi)星的局面。
天地一體化遙感技術(shù)服務農(nóng)業(yè)農(nóng)村
衛(wèi)星遙感在農(nóng)業(yè)農(nóng)村有哪些應用？實際上，目前衛(wèi)星遙感在農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)測、農(nóng)業(yè)政策效果評價、農(nóng)村人居環(huán)境監(jiān)測中都發(fā)揮著重要作用。
農(nóng)業(yè)遙感團隊常年從事農(nóng)情遙感監(jiān)測，為我國糧食生產(chǎn)提供實時的信息參考。相比統(tǒng)計信息，遙感信息可以獲取目標的空間分布將“是什么？種在哪？有多少？”三個維度的信息，統(tǒng)統(tǒng)展示出來。
通過衛(wèi)星，可以觀測到單一作物在全國的實際種植面積，結(jié)合各個品種的單產(chǎn)，就能算出大概的產(chǎn)量，同時，衛(wèi)星還會長期觀測作物長勢，根據(jù)生長情況，不斷調(diào)整估算數(shù)據(jù)。劉佳解釋說：“比如小麥，在拔節(jié)以后就開始估算產(chǎn)量。但在此之前，長勢監(jiān)測早已開始，為作物管理提供依據(jù)。”長勢監(jiān)測可以監(jiān)測作物葉面積指數(shù)、葉綠素含量、氮含量、氮累積量等，通過這些參數(shù)，進行長勢評價，可以幫助監(jiān)測者計算施肥量，以及何時適合施肥、澆水等。此外，長勢監(jiān)測數(shù)據(jù)還可以作為預測作物品質(zhì)的依據(jù)。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，除了監(jiān)測農(nóng)作物種植情況，農(nóng)業(yè)農(nóng)村遙感還可以監(jiān)測耕地土壤墑情、大宗農(nóng)作物病害等。“像大豆和玉米都是同一個生長期，在以前沒有紅邊波段的時候，這兩種作物要把它識別出來的話，很困難。搭載紅邊波段以后，這兩種作物就能很容易的識別出來。這對我們像東北地區(qū)農(nóng)作休耕效果的監(jiān)測起了很大的作用。”劉佳說。
以衛(wèi)星遙感觀測結(jié)合農(nóng)村承包地確權(quán)登記數(shù)據(jù)，采用兩年衛(wèi)星影像對比，就可以獲得實際休耕的面積。再和地方上報的數(shù)據(jù)進行比較分析，就可以得到更加準確的休耕數(shù)據(jù)，這可以為耕地輪作休耕補貼的發(fā)放，提供客觀的數(shù)據(jù)保障。也就是說，通過衛(wèi)星觀測，可以看出某一塊地去年和今年種植情況，如果去年種了，今年沒種，則可認定確實是休耕。“對耕地輪作的監(jiān)測，2015年開始試點，2017年在全國推廣。這種監(jiān)測可以精確到每一戶每一塊地。”劉佳說。
農(nóng)業(yè)遙感團隊科研人員們正在對高分大蒜種植面積遙感監(jiān)測結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析。金云翔 攝
隨著這些數(shù)據(jù)的深入應用，高分數(shù)據(jù)已成為農(nóng)業(yè)農(nóng)村遙感的主要數(shù)據(jù)源，使以天地一體化的感知技術(shù)為服務手段的農(nóng)業(yè)農(nóng)村監(jiān)測、調(diào)查、管理方式不斷創(chuàng)新，加速變革了“上圖入庫”、“以圖管地”、“到戶到地”等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)監(jiān)管模式。據(jù)介紹，在農(nóng)村人居環(huán)境整治、農(nóng)村宅基地利用、高標準農(nóng)田建設監(jiān)測監(jiān)管等方面也積極開展了遙感監(jiān)測工作，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村的數(shù)字化管理和科學決策提供數(shù)據(jù)支撐。
遙感技術(shù)推進智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展和應用
隨著高分遙感和我國其他現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，集成應用衛(wèi)星遙感、航空遙感、地面物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的天空地一體化農(nóng)情信息獲取，以及北斗自動導航與測控、農(nóng)機作業(yè)監(jiān)測等一批核心關(guān)鍵技術(shù)取得重要突破，為我國智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化應用奠定了技術(shù)基礎。
目前，中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所已在山東、陜西和四川等地建立了智慧果園，應用高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取果園生長信息，為施肥、撒藥和除草等果園機器人提供準確的作業(yè)配方，實現(xiàn)果園的智能化科學管理。
以果園為例，遙感技術(shù)可以對農(nóng)田地塊的位置、形態(tài)、環(huán)境、甚至農(nóng)戶情況等多維信息進行分析，可以為農(nóng)戶提供決策的依據(jù)，可以通過智能化的水肥一體化系統(tǒng)，自動控制水肥的供給，還可以通過自動駕駛技術(shù)，大型機械實現(xiàn)無人作業(yè)。
“將遙感影像圖與物聯(lián)網(wǎng)、無人機、農(nóng)機裝備等進行連接，可以幫助農(nóng)戶進行精細的灌水，用肥、用藥，達到節(jié)本增效的目的，這就改變了我們以前靠經(jīng)驗、憑感覺的生產(chǎn)方式，而是用數(shù)據(jù)來生產(chǎn)，用數(shù)據(jù)來賦能農(nóng)業(yè)農(nóng)村的發(fā)展，這就是智慧農(nóng)業(yè)。”中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所吳文斌副所長說。
吳文斌-介紹說，目前我們已經(jīng)突破了一批高分數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村應用關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了大范圍高分衛(wèi)星農(nóng)業(yè)農(nóng)村遙感專題產(chǎn)品生產(chǎn)和信息服務，已構(gòu)建了38種農(nóng)業(yè)農(nóng)村遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品，向全社會提供服務及技術(shù)支持。比如充分利用高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)在空間分辨率、時間分辨率和光譜分辨率方面的優(yōu)勢，重點開展了我國大蒜、生姜、蔬菜、檳榔、橡膠等特色作物種植區(qū)分布，為地方和企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營提供科學數(shù)據(jù)支持。從2019年開始，為地方政府提供全國最新高分大蒜種植面積遙感監(jiān)測結(jié)果，為我國大蒜產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供信息支撐。
吳文斌表示，未來10-20年是我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵期，國家高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項和《國家民用空間基礎設施中長期發(fā)展規(guī)劃》的實施，帶動了空間信息技術(shù)應用發(fā)展，提高了農(nóng)業(yè)遙感應用能力，國產(chǎn)遙感數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)農(nóng)村中發(fā)揮了越來越重要作用。但與發(fā)達國家和地區(qū)相比，與推進農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和鄉(xiāng)村振興的新形勢要求相比，我國遙感衛(wèi)星資源建設明顯滯后，亟需加強建設滿足農(nóng)業(yè)農(nóng)村實際需求的天基觀測網(wǎng)絡，填補我國農(nóng)業(yè)遙感觀測領(lǐng)域的欠缺，加速國產(chǎn)遙感信息服務的產(chǎn)業(yè)化進程，更有力地支撐政府部門宏觀決策管理，更好地服務國家“藏糧于地”戰(zhàn)略和國家糧食安全戰(zhàn)略。
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