吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測信息化建設主要成效及發(fā)展思路探討

谷金英 丁春雨 李勇 張曉嬌 袁鐵英 劉東燁

(吉林省農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，吉林 長春 130000)

遙感技術是根據(jù)電磁波理論在一定距離上應用各種傳感器不直接接觸目標物體獲取地表物體幾何和物理性質的綜合性探測技術，具有獲取影像資料的速度快、獲取周期短，探測范圍大、獲取信息量大，受地面條件限制少，獲取方法多等優(yōu)勢。隨著遙感技術的不斷發(fā)展，使得遙感應用的領域也不斷擴大，如林業(yè)遙感、氣象遙感、地質遙感、軍事遙感、資源遙感、災害遙感等，尤其是在農(nóng)業(yè)領域中的遙感應用也越來越廣泛，逐漸發(fā)展形成了農(nóng)業(yè)遙感技術[1]。農(nóng)業(yè)遙感技術是遙感技術和農(nóng)業(yè)科學相結合而形成的，在農(nóng)情遙感監(jiān)測中發(fā)揮了重要作用。農(nóng)情遙感監(jiān)測是指應用遙感等信息技術對農(nóng)業(yè)資源、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，如土壤墑情、農(nóng)作物種植面積、作物長勢、產(chǎn)量及農(nóng)業(yè)自然災害等農(nóng)情進行綜合監(jiān)測和評價分析，輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策的過程，以期為政府、農(nóng)業(yè)管理部門和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供信息支持和服務[2]。農(nóng)業(yè)地位的提高，迫使農(nóng)業(yè)技術不斷革新，近年來通訊傳輸、電子信息、物聯(lián)網(wǎng)等高新技術的快速發(fā)展為加快農(nóng)情監(jiān)測業(yè)務化運行提供了有利條件[3,4]。

吉林省是我國農(nóng)業(yè)大省，根據(jù)《國家統(tǒng)計局關于2021年糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)的公告》公布，吉林省2021年糧食產(chǎn)量達403.92億kg，吉林省糧食總產(chǎn)量躍居全國第5位，糧食產(chǎn)量已連續(xù)7a突破350億kg，主要農(nóng)作物年播種面積約5721.3千hm2，為保障國家糧食安全作出重要貢獻。當前和今后一個時期，種植業(yè)結構不斷調整，加之面臨的外部環(huán)境日趨復雜，提升糧食綜合生產(chǎn)能力任務更加艱巨。吉林省作為糧食生產(chǎn)大省，黑土地保護區(qū)重點區(qū)域，更應率先發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)和精準農(nóng)業(yè)，率先實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，而農(nóng)業(yè)遙感技術是實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)和精準農(nóng)業(yè)的重要手段，本文通過梳理吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測信息化建設取得的成效，總結目前農(nóng)情遙感監(jiān)測工作面臨的問題，結合實際提出今后在農(nóng)情監(jiān)測業(yè)務化工作中的發(fā)展思路，旨在實現(xiàn)農(nóng)情監(jiān)測專業(yè)化、信息化、業(yè)務化，不斷提高農(nóng)情監(jiān)測精度和效率，助推加快實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。

1 主要成效

近年來，為提高吉林省糧食生產(chǎn)效能，做好農(nóng)情監(jiān)測預報工作，及時、準確向政府管理部門和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主體提供可靠的參考信息，吉林省農(nóng)業(yè)遙感中心(吉林省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化研究所)充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)遙感技術、地理信息系統(tǒng)技術、網(wǎng)絡信息技術和地面監(jiān)測系統(tǒng)等高新技術在農(nóng)情監(jiān)測工作中的作用，在農(nóng)情遙感監(jiān)測、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)信息管理、農(nóng)業(yè)資源綜合應用等方面開拓創(chuàng)新，不斷提升遙感監(jiān)測業(yè)務化水平，發(fā)揮資源優(yōu)勢，在吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測信息化建設中取得了顯著成效，不斷實現(xiàn)完善了農(nóng)情遙感監(jiān)測資源的數(shù)字化管理和可視化應用。

1.1 監(jiān)測業(yè)務化水平不斷提升

1.1.1 監(jiān)測范圍不斷擴大

吉林省農(nóng)業(yè)遙感中心連續(xù)多年申請省財政預算開展實施了“遙感業(yè)務化運行”項目，開發(fā)研制了適合吉林省農(nóng)作物遙感監(jiān)測的模型，結合實際農(nóng)情調研考察，2020年以前每年定期實現(xiàn)了吉林省中西部地區(qū)的農(nóng)作物土壤墑情監(jiān)測、農(nóng)作物長勢監(jiān)測、作物產(chǎn)量估算、作物災害監(jiān)測等農(nóng)情監(jiān)測信息。隨著科研力量的不斷增強，農(nóng)情遙感監(jiān)測業(yè)務范圍不斷擴大，2021年開始，吉林省農(nóng)業(yè)遙感中心每年定期對吉林省全域內的耕地進行土壤墑情監(jiān)測，作物長勢監(jiān)測和產(chǎn)量預測，為全省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機構、政策制定部門、社會企業(yè)和廣大農(nóng)戶提供了大量準確的農(nóng)情監(jiān)測服務信息。

1.1.2 監(jiān)測精度持續(xù)提高

農(nóng)情信息監(jiān)測精度是農(nóng)情遙感監(jiān)測結果是否準確可用的關鍵問題，而監(jiān)測精度是由多方面因素決定的，其中首先應考慮的是當前可采用的遙感信息來源。隨著我國航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，遙感信息源不斷增加，從中低空間分辨率到高空間分辨率，從多光譜到高光譜影像的運用，使農(nóng)情遙感監(jiān)測精度不斷提高。吉林省在農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測工作中也不斷嘗試，不斷創(chuàng)新，將高時間分辨率遙感影像與高空間分辨率遙感影像相結合，選取TM影像、高分一號、高分二號遙感影像等數(shù)據(jù)作為水稻提取數(shù)據(jù)源，通過采取多源多時相遙感影像數(shù)據(jù)，采用分層分類和迭代優(yōu)化方法成功提取了吉林省西部水稻種植面積及分布狀況，完成了吉林省西部水稻種植信息的精準提取，為吉林省作物的農(nóng)情監(jiān)測、產(chǎn)量估測、災害評估等提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎和方法參考。

1.1.3 監(jiān)測種類有所增加

多年來吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測工作不斷完善，借助吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測業(yè)務化運行項目，長期對吉林省的水稻、玉米等農(nóng)作物開展土壤墑情監(jiān)測、作物長勢監(jiān)測、產(chǎn)量估測和災害評估等，初步建成了運行穩(wěn)定、業(yè)務高效的農(nóng)情信息監(jiān)測系統(tǒng)。2020年吉林省“糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品保護區(qū)”劃定工作基本完成，取得了階段性成果，為保障“兩區(qū)”下一階段建管工作有序的推進實施，吉林省農(nóng)業(yè)遙感中心承擔了對“兩區(qū)”數(shù)據(jù)庫進行管理和維護的工作，并逐步定期對“兩區(qū)”內的水稻、玉米和大豆目標作物進行動態(tài)監(jiān)測。“兩區(qū)”目標作物的動態(tài)監(jiān)測使吉林省農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測業(yè)務化建設又邁上一個新臺階。

1.1.4 監(jiān)測技術不斷提升

近2a，吉林省在農(nóng)情遙感監(jiān)測的技術上也取得了突破成績，引進大疆多光譜無人機一臺輔助開展農(nóng)情監(jiān)測調查研究。小型無人機具有獲取研究區(qū)遙感影像及時，操作簡便，易學易用，地面分辨率高等優(yōu)點，可以在短時間內快速獲取目標區(qū)域的遙感影像，結合農(nóng)作物地面測量，可以快速、準確地完成農(nóng)情監(jiān)測信息服務。通過不斷加強多光譜無人機飛行平臺建設，將無人機遙感技術應用到農(nóng)情監(jiān)測服務中，使吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測業(yè)務不斷完善，技術不斷提升，更好地為吉林省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)科技發(fā)展服務。

1.2 實現(xiàn)了資源的數(shù)字化管理

隨著吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測的不斷發(fā)展和推進，多年積累、保存了大量的基礎數(shù)據(jù)和成果資料，為了便于數(shù)據(jù)的存檔和管理，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，方便數(shù)據(jù)的備份、查詢、分析和使用，省農(nóng)業(yè)遙感中心收集整理了歷年來的各類農(nóng)業(yè)資源相關數(shù)據(jù)資料，采用GIS技術以及數(shù)據(jù)庫技術、計算機網(wǎng)絡技術，開發(fā)建立了吉林省農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃數(shù)據(jù)共享服務平臺，將大量的農(nóng)業(yè)資源基礎數(shù)據(jù)和各類農(nóng)業(yè)信息專題數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)共享服務平臺中，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)資源信息的數(shù)字化管理模式，不僅為同行業(yè)及廣大社會用戶及時提供了科學、詳實的基礎數(shù)據(jù)和監(jiān)測成果數(shù)據(jù)，同時也為不同年度調查監(jiān)測的數(shù)據(jù)成果進行深入挖掘和綜合分析，提高數(shù)據(jù)的管理和開發(fā)利用水平，促進動態(tài)監(jiān)測成果數(shù)據(jù)和基礎資料的系統(tǒng)管理與共享，實現(xiàn)資源管理的信息化奠定了良好的基礎。農(nóng)業(yè)資源信息的數(shù)字化管理，為吉林省政府相關部門制定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策和戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃提供了基礎數(shù)據(jù)和參考，同時也滿足了同行業(yè)及廣大用戶對農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)的共享需求。

1.3 初步實現(xiàn)農(nóng)情監(jiān)測的可視化

2016年，吉林省農(nóng)業(yè)遙感中心與中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所合作，利用星陸雙基與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)的“吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測與信息服務系統(tǒng)”，面向內部用戶、政府相關部門和社會公眾等不同需求群體，實現(xiàn)了包括作物種類、土壤參數(shù)、作物長勢、氣候變化和環(huán)境信息等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的可視化和數(shù)字化，為吉林省農(nóng)業(yè)宏觀生產(chǎn)管理、災情動態(tài)監(jiān)測、早期糧食估產(chǎn)等提供了快速、直觀的可視化信息。

2 面臨問題

雖然吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測的技術水平和服務能力不斷提升，已經(jīng)形成了基本體系，取得了顯著成效，但發(fā)展中仍面臨一些掣肘問題和亟需解決的困難。

2.1 地面監(jiān)測站點少，無法獲取足夠實測數(shù)據(jù)

眾所周知，遙感反演是遙感監(jiān)測技術中的重要手段，也是農(nóng)情監(jiān)測中至關重要的一種方法，而地面實測數(shù)據(jù)是遙感反演必不可少的基礎，同時也直接影響著監(jiān)測成果的準確程度。吉林省農(nóng)業(yè)遙感中心近年來逐步開展大田物聯(lián)網(wǎng)遙感監(jiān)測系統(tǒng)建設工作，實現(xiàn)了葉面積指數(shù)、高光譜數(shù)據(jù)和部分環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的采集和分析工作，但由于資金不足、管護難度大等原因，目前只有5個示范區(qū)監(jiān)測站，每種作物平均還不到2個，導致實測的可用數(shù)據(jù)不足，無法滿足遙感反演數(shù)據(jù)需求。

2.2 可獲取的影像數(shù)據(jù)不足

在農(nóng)業(yè)遙感應用領域的大背景下，可應用的遙感影像要么空間分辨率低，不足以滿足農(nóng)業(yè)監(jiān)測需求，要么遙感影像數(shù)據(jù)獲取周期長，導致在農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測工作中，存在對高分辨率衛(wèi)星遙感影像的數(shù)據(jù)需求與實際可應用的圖像數(shù)據(jù)不匹配的問題。吉林省地域分布明顯，西部是草原鹽堿地，中部是平原地區(qū)，東部是山區(qū)多林地，西部鹽堿地種植雜糧雜豆較多，作物種類繁多，分布不均，所需影像質量要求相對較高，然而目前可獲取的免費影像數(shù)據(jù)資源較少，部分影像收費較高，不利于農(nóng)情遙感監(jiān)測的深入開展。東部山區(qū)由于特殊的生態(tài)環(huán)境氣候，晴天或無云的影像較少，可獲取的影像時序性差，難以滿足研究需求。

2.3 災情監(jiān)測不及時

吉林省農(nóng)業(yè)災害不斷，尤其是近2a，臺風、冰雹、旱災和澇災時有發(fā)生，但在災情監(jiān)測方面，由于受天氣影響，往往不能及時獲取災害前后的影像數(shù)據(jù)，導致災情監(jiān)測不及時;采取災害監(jiān)測的手段相對落后，災害監(jiān)測技術水平相對不高等因素也是影像災情監(jiān)測不及時和不精準的重要原因。

2.4 服務公眾能力不足

目前農(nóng)情遙感監(jiān)測業(yè)務多停留在數(shù)據(jù)獲取階段和數(shù)據(jù)處理方面，如建立基于衛(wèi)星技術的農(nóng)業(yè)遙感數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的手機APP、生物傳感器系統(tǒng)等方面比較突出，而數(shù)據(jù)挖掘和分析方面比較薄弱，服務公眾和推廣應用方面還比較欠缺，有待提升。

3 發(fā)展思路

3.1 不斷加強業(yè)務合作，提高農(nóng)情監(jiān)測水平

就目前吉林省農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測的發(fā)展現(xiàn)狀來看，由于科研經(jīng)費有限，無法滿足持續(xù)增建大田物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測站點的需求。為了充分利用遙感技術發(fā)展帶來的機遇，不斷提高吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測的技術水平和應用能力，建議由政府部門牽頭，制定具體的發(fā)展規(guī)劃，協(xié)調科研院所、企事業(yè)單位等相關科研機構互補長短，交流合作，在人才培養(yǎng)、數(shù)據(jù)共享、技術更新等方面開展全方位合作，既可以整合資源，滿足農(nóng)情遙感監(jiān)測基礎需求，又可以加強合作，拓寬科研業(yè)務的渠道，建設成更加成熟的農(nóng)情監(jiān)測運行系統(tǒng)和支持體系。

3.2 不斷改進技術方法，提高農(nóng)情監(jiān)測精度

當前遙感技術飛速發(fā)展，特別是傳感器在空間、時間和光譜維度分辨率的不斷提高、新型傳感器的應用等諸多方面為農(nóng)情遙感監(jiān)測提供了更加便利的條件，如吉林省自主研發(fā)的“吉林一號”衛(wèi)星數(shù)據(jù)，具有高時間和空間分辨率等優(yōu)勢?？蒲腥藛T應深入挖掘，積極探索，提高科研技術和創(chuàng)新能力，充分應用吉林一號衛(wèi)星數(shù)據(jù)，不斷拓寬數(shù)據(jù)來源，提高數(shù)據(jù)質量，加強吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測的服務水平和精度。此外，小型無人機、智能終端等移動設備在未來農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測信息安全建設、農(nóng)情遙感監(jiān)測范圍的拓展等方面也將發(fā)揮重要作用，加強人才儲備和技術更新，不斷適應新形勢、新技術、新業(yè)務才能使吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測服務水平更加專業(yè)和精準。

3.3 不斷創(chuàng)新科研方向，提高農(nóng)情監(jiān)測應用

農(nóng)情遙感監(jiān)測服務范圍廣、受眾面大，從政府決策部門到種植農(nóng)戶都需要及時準確地掌握農(nóng)情信息[5]。目前，農(nóng)情遙感產(chǎn)品多以定期報告的形式發(fā)布，發(fā)布形式單一，服務公眾能力不足。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術和無線通信技術的不斷發(fā)展，農(nóng)情遙感監(jiān)測發(fā)布的產(chǎn)品和發(fā)揮的功能將更加靈活、多樣。提高技術能力，加強科研創(chuàng)新，針對不同受眾群體，提供個性化遙感產(chǎn)品和信息服務，滿足市場需求，是未來農(nóng)業(yè)遙感發(fā)展的重要方向。

經(jīng)過吉林省農(nóng)業(yè)遙感中心長期的探索和發(fā)展，吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測信息化建設已經(jīng)取得了突出成效。未來建設大范圍農(nóng)情遙感監(jiān)測運行化系統(tǒng)，發(fā)展信息化、業(yè)務化農(nóng)情信息監(jiān)測是實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)和數(shù)字農(nóng)業(yè)的必然趨勢，隨著AI、大數(shù)據(jù)等新技術發(fā)展和新數(shù)據(jù)的誕生，未來農(nóng)情監(jiān)測將更加智能化、精準化、協(xié)作化和智慧化，提升農(nóng)情遙感監(jiān)測信息化建設作用未來在糧食安全生產(chǎn)領域、經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃等方面將有更大發(fā)展空間，還有待科研人員進一步研究和探索。