衛(wèi)星遙感加持數(shù)字農業(yè)更精準

本刊通訊員 李麗穎

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”的農業(yè)有著怎樣的聯(lián)系呢？中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所在近期舉辦了中國航天農業(yè)農村遙感監(jiān)測主題宣傳活動，告訴公眾中國航天與農業(yè)有著密不可分的聯(lián)系，農業(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業(yè)事業(yè)。農業(yè)農村遙感監(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。農業(yè)農村遙感實踐，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，我國開始了農業(yè)農村領域的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應用，經過近40年的發(fā)展，監(jiān)測領域已經拓展到農作物估產、農業(yè)災害、農業(yè)重點工程、農業(yè)種植結構調整、漁情漁汛、農村經濟發(fā)展等領域，衛(wèi)星遙感技術已經成為農業(yè)農村領域重要的信息來源。

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)星組網運行，大幅提高農業(yè)對地監(jiān)測能力，加速推進天空地數(shù)字農業(yè)管理系統(tǒng)和數(shù)字農業(yè)農村建設，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、枸杞等經濟作物的田塊級精細識別，為高精度、定量化的農業(yè)生產過程和農業(yè)資源環(huán)境要素監(jiān)測提供可靠的支撐手段。

中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所是國產高分衛(wèi)星農業(yè)農村遙感應用單位。農業(yè)遙感團隊研究員劉佳介紹，高分六號精、寬、高的功能特點，適應了農業(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、農業(yè)資源本底調查中，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服務農業(yè)農村

衛(wèi)星遙感在農業(yè)農村有哪些應用？實際上，目前衛(wèi)星遙感在農業(yè)資源調查、農業(yè)生產過程監(jiān)測、農業(yè)政策效果評價、農村人居環(huán)境監(jiān)測中都發(fā)揮著重要作用。

農業(yè)遙感團隊常年從事農情遙感監(jiān)測，為我國糧食生產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，結合各個品種的單產，就能算出大概的產量，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的依據(jù)。

農業(yè)生產過程中，除了監(jiān)測農作物種植情況，農業(yè)農村遙感還可以監(jiān)測耕地土壤墑情、大宗農作物病害等?！跋翊蠖购陀衩锥际峭粋€生長期，在以前沒有紅邊波段的時候，要把這兩種作物識別出來的話，很困難。搭載紅邊波段以后，這兩種作物就能很容易地識別出來。這對東北地區(qū)農作休耕效果的監(jiān)測起了很大的作用?！眲⒓颜f。

以衛(wèi)星遙感觀測結合農村承包地確權登記數(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?！皩Ω剌喿鞯谋O(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)已成為農業(yè)農村遙感的主要數(shù)據(jù)源，使以天地一體化的感知技術為服務手段的農業(yè)農村監(jiān)測、調查、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)代農業(yè)監(jiān)管模式。據(jù)介紹，在農村人居環(huán)境整治、農村宅基地利用、高標準農田建設監(jiān)測監(jiān)管等方面也積極開展了遙感監(jiān)測工作，為農業(yè)農村的數(shù)字化管理和科學決策提供了數(shù)據(jù)支撐。

遙感技術推進智慧農業(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)網技術的天空地一體化農情信息獲取，以及北斗自動導航與測控、農機作業(yè)監(jiān)測等一批核心關鍵技術取得重要突破，為我國智慧農業(yè)的發(fā)展和產業(yè)化應用奠定了技術基礎。

目前，中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(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，遙感技術可以對農田地塊的位置、形態(tài)、環(huán)境、農戶情況等多維信息進行分析，可以為農戶提供決策的依據(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讓大型機械實現(xiàn)無人作業(yè)。

“將遙感影像圖與物聯(lián)網、無人機、農機裝備等進行連接，可以幫助農戶進行精細的灌水、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驗、憑感覺的生產方式，而是用數(shù)據(jù)來生產，用數(shù)據(jù)來賦能農業(yè)農村的發(fā)展，這就是智慧農業(yè)。”中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所副所長吳文斌說。

吳文斌介紹說，目前我們已經突破了一批高分數(shù)據(jù)農業(yè)農村應用關鍵技術，實現(xiàn)了大范圍高分衛(wèi)星農業(yè)農村遙感專題產品生產和信息服務，已構建了38種農業(yè)農村遙感數(shù)據(jù)產品，向全社會提供服務及技術支持。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)生產經營提供科學數(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)測結果，為我國大蒜產業(yè)的健康發(fā)展提供信息支撐。

吳文斌表示，未來10～20年是我國農業(yè)現(xiàn)代化的關鍵期，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應用發(fā)展，提高了農業(yè)遙感應用能力，國產遙感數(shù)據(jù)在農業(yè)農村中發(fā)揮了越來越重要作用。但與發(fā)達國家和地區(qū)相比，與推進農業(yè)高質量發(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，亟須加強建設滿足農業(yè)農村實際需求的天基觀測網絡，填補我國農業(yè)遙感觀測領域的欠缺，加速國產遙感信息服務的產業(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。K