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[农民日报]卫星遥感加持 农业更高效精准

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  说到卫星遥感,大家多数会联想到遥不可及的浩瀚宇宙,以及逐梦太空的航天科技。那么,“遨游九天”的航天和“接地气”的农业有着怎样的联系呢?4月24日是中国航天日,为此中国农业科学院农业资源与农业区划研究所在近期举办了中国航天农业农村遥感监测主题宣传活动,告诉公众中国航天与农业有着密不可分的联系,农业遥感从高分卫星中获取了大量的应用数据,从而更好地服务于中国农业事业。农业农村遥感监测实践,是中国航天扬帆起航、逐梦九天的参与者,也是中国航天跨越式发展直接应用者、受益者。农业农村遥感实践,将在中国驰骋星河的波涛下走向辉煌。     

  高分观测卫星提供精准大数据 

  1970年,中国第一颗人造卫星“东方红一号”发射成功。随着一颗又一颗卫星的升空,上世纪80年代,我国开始了农业农村领域的卫星遥感数据应用,经过近40年的发展,监测领域已经拓展到农作物估产、农业灾害、农业重点工程、农业种植结构调整、渔情渔汛、农村经济发展等领域,卫星遥感技术已经成为农业农村领域重要的信息来源。

  特别是2018年高分六号卫星在甘肃酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功发射,这是国内第一颗搭载了能有效辨别作物类型的高空间分辨率遥感卫星,将与在轨的高分一号卫星组网运行,大幅提高农业对地监测能力,加速推进天空地数字农业管理系统和数字农业农村建设,为乡村振兴战略实施提供精准的数据支撑。

  高分六号首次在卫星传感器中配置了能有效反映作物特有光谱特性的“红边”波段,能够显著提升作物精准识别能力,可以实现对玉米、大豆、棉花、马铃薯等同期生长的大宗作物和大蒜、生姜、枸杞等经济作物的田块级精细识别,为高精度、定量化的农业生产过程和农业资源环境要素监测提供可靠的支撑手段。

  中国农业科学院农业资源与农业区划研究所是国产高分卫星农业农村遥感应用单位。农业遥感团队刘佳研究员先容,高分六号精、宽、高的功能特点,适应了农业监测时效性和准确性高、覆盖范围广的要求,在作物种植面积变化监测、农业资源本底调查中,实现了高分卫星数据全部替代国外同类数据,打破了农业遥感监测中分辨率和高分辨率数据长期依赖国外卫星的局面。 

  天地一体化遥感技术服务农业农村 

  卫星遥感在农业农村有哪些应用?实际上,目前卫星遥感在农业资源调查、农业生产过程监测、农业政策效果评价、农村人居环境监测中都发挥着重要作用。

  农业遥感团队常年从事农情遥感监测,为我国粮食生产提供实时的信息参考。相比统计信息,遥感信息可以获取目标的空间分布将“是什么?种在哪?有多少?”三个维度的信息,统统展示出来。

  通过卫星,可以观测到单一作物在全国的实际种植面积,结合各个品种的单产,就能算出大概的产量,同时,卫星还会长期观测作物长势,根据生长情况,不断调整估算数据。刘佳说明说:“比如小麦,在拔节以后就开始估算产量。但在此之前,长势监测早已开始,为作物管理提供依据。”长势监测可以监测作物叶面积指数、叶绿素含量、氮含量、氮累积量等,通过这些参数,进行长势评价,可以帮助监测者计算施肥量,以及何时适合施肥、浇水等。此外,长势监测数据还可以作为预测作物品质的依据。

  农业生产过程中,除了监测农作物种植情况,农业农村遥感还可以监测耕地土壤墒情、大宗农作物病害等。“像大豆和玉米都是同一个生长期,在以前没有红边波段的时候,这两种作物要把它识别出来的话,很困难。搭载红边波段以后,这两种作物就能很容易的识别出来。这对大家像东北地区农作休耕效果的监测起了很大的作用。”刘佳说。

  以卫星遥感观测结合农村承包地确权登记数据,采用两年卫星影像对比,就可以获得实际休耕的面积。再和地方上报的数据进行比较分析,就可以得到更加准确的休耕数据,这可以为耕地轮作休耕补贴的发放,提供客观的数据保障。也就是说,通过卫星观测,可以看出某一块地去年和今年种植情况,如果去年种了,今年没种,则可认定确实是休耕。“对耕地轮作的监测,2015年开始试点,2017年在全国推广。这种监测可以精确到每一户每一块地。”刘佳说。

  

  农业遥感团队科研人员们正在对高分大蒜种植面积遥感监测结果进行数据分析。金云翔  摄

  随着这些数据的深入应用,高分数据已成为农业农村遥感的主要数据源,使以天地一体化的感知技术为服务手段的农业农村监测、调查、管理方式不断创新,加速变革了“上图入库”、“以图管地”、“到户到地”等现代农业监管模式。据先容,在农村人居环境整治、农村宅基地利用、高标准农田建设监测监管等方面也积极开展了遥感监测工作,为农业农村的数字化管理和科学决策提供数据支撑。 

  遥感技术推进智慧农业发展和应用 

  随着高分遥感和我国其他现代信息技术的高速发展,集成应用卫星遥感、航空遥感、地面物联网技术的天空地一体化农情信息获取,以及北斗自动导航与测控、农机作业监测等一批核心关键技术取得重要突破,为我国智慧农业的发展和产业化应用奠定了技术基础。

  目前,中国农业科学院农业资源与农业区划研究所已在山东、陕西和四川等地建立了智慧果园,应用高分卫星数据获取果园生长信息,为施肥、撒药和除草等果园机器人提供准确的作业配方,实现果园的智能化科学管理。

  以果园为例,遥感技术可以对农田地块的位置、形态、环境、甚至农户情况等多维信息进行分析,可以为农户提供决策的依据,可以通过智能化的水肥一体化系统,自动控制水肥的供给,还可以通过自动驾驶技术,大型机械实现无人作业。

  “将遥感影像图与物联网、无人机、农机装备等进行连接,可以帮助农户进行精细的灌水,用肥、用药,达到节本增效的目的,这就改变了大家以前靠经验、凭感觉的生产方式,而是用数据来生产,用数据来赋能农业农村的发展,这就是智慧农业。”中国农业科学院农业资源与农业区划研究所吴文斌副所长说。

  吴文斌-先容说,目前大家已经突破了一批高分数据农业农村应用关键技术,实现了大范围高分卫星农业农村遥感专题产品生产和信息服务,已构建了38种农业农村遥感数据产品,向全社会提供服务及技术支撑。比如充分利用高分卫星数据在空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率方面的优势,重点开展了我国大蒜、生姜、蔬菜、槟榔、橡胶等特色作物种植区分布,为地方和企业生产经营提供科学数据支撑。从2019年开始,为地方政府提供全国最新高分大蒜种植面积遥感监测结果,为我国大蒜产业的健康发展提供信息支撑。

  吴文斌表示,未来10-20年是我国农业现代化的关键期,国家高分辨率对地观测系统重大专项和《国家民用空间基础设施中长期发展规划》的实施,带动了空间信息技术应用发展,提高了农业遥感应用能力,国产遥感数据在农业农村中发挥了越来越重要作用。但与发达国家和地区相比,与推进农业高质量发展和乡村振兴的新形势要求相比,我国遥感卫星资源建设明显滞后,亟需加强建设满足农业农村实际需求的天基观测网络,填补我国农业遥感观测领域的欠缺,加速国产遥感信息服务的产业化进程,更有力地支撑政府部门宏观决策管理,更好地服务国家“藏粮于地”战略和国家粮食安全战略。

(单位:中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 )
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