說到衛星遙感，大家多數會聯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”的農業有著怎樣的聯系呢？4月24日是中國航天日，為此中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所在近期舉辦了中國航天農業農村遙感監測主題宣傳活動，告訴公眾中國航天與農業有著密不可分的聯系，農業遙感從高分衛星中獲取了大量的應用數據，從而更好地服務于中國農業事業。農業農村遙感監測實踐，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展直接應用者、受益者。農業農村遙感實踐，將在中國馳騁星河的波濤下走向輝煌。
高分觀測衛星提供精準大數據
1970年，中國第一顆人造衛星“東方紅一號”發射成功。隨著一顆又一顆衛星的升空，上世紀80年代，我國開始了農業農村領域的衛星遙感數據應用，經過近40年的發展，監測領域已經拓展到農作物估產、農業災害、農業重點工程、農業種植結構調整、漁情漁汛、農村經濟發展等領域，衛星遙感技術已經成為農業農村領域重要的信息來源。
特別是2018年高分六號衛星在甘肅酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功發射，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星，將與在軌的高分一號衛星組網運行，大幅提高農業對地監測能力，加速推進天空地數字農業管理系統和數字農業農村建設，為鄉村振興戰略實施提供精準的數據支撐。
高分六號首次在衛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、定量化的農業生產過程和農業資源環境要素監測提供可靠的支撐手段。
中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所是國產高分衛星農業農村遙感應用單位。農業遙感團隊劉佳研究員介紹，高分六號精、寬、高的功能特點，適應了農業監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測、農業資源本底調查中，實現了高分衛星數據全部替代國外同類數據，打破了農業遙感監測中分辨率和高分辨率數據長期依賴國外衛星的局面。
天地一體化遙感技術服務農業農村
衛星遙感在農業農村有哪些應用？實際上，目前衛星遙感在農業資源調查、農業生產過程監測、農業政策效果評價、農村人居環境監測中都發揮著重要作用。
農業遙感團隊常年從事農情遙感監測，為我國糧食生產提供實時的信息參考。相比統計信息，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，統統展示出來。
通過衛星，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，衛星還會長期觀測作物長勢，根據生長情況，不斷調整估算數據。劉佳解釋說：“比如小麥，在拔節以后就開始估算產量。但在此之前，長勢監測早已開始，為作物管理提供依據。”長勢監測可以監測作物葉面積指數、葉綠素含量、氮含量、氮累積量等，通過這些參數，進行長勢評價，可以幫助監測者計算施肥量，以及何時適合施肥、澆水等。此外，長勢監測數據還可以作為預測作物品質的依據。
農業生產過程中，除了監測農作物種植情況，農業農村遙感還可以監測耕地土壤墑情、大宗農作物病害等。“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農作休耕效果的監測起了很大的作用。”劉佳說。
以衛星遙感觀測結合農村承包地確權登記數據，采用兩年衛星影像對比，就可以獲得實際休耕的面積。再和地方上報的數據進行比較分析，就可以得到更加準確的休耕數據，這可以為耕地輪作休耕補貼的發放，提供客觀的數據保障。也就是說，通過衛星觀測，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。“對耕地輪作的監測，2015年開始試點，2017年在全國推廣。這種監測可以精確到每一戶每一塊地。”劉佳說。
隨著這些數據的深入應用，高分數據已成為農業農村遙感的主要數據源，使以天地一體化的感知技術為服務手段的農業農村監測、調查、管理方式不斷創新，加速變革了“上圖入庫”、“以圖管地”、“到戶到地”等現代農業監管模式。據介紹，在農村人居環境整治、農村宅基地利用、高標準農田建設監測監管等方面也積極開展了遙感監測工作，為農業農村的數字化管理和科學決策提供數據支撐。
遙感技術推進智慧農業發展和應用
隨著高分遙感和我國其他現代信息技術的高速發展，集成應用衛星遙感、航空遙感、地面物聯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、農機作業監測等一批核心關鍵技術取得重要突破，為我國智慧農業的發展和產業化應用奠定了技術基礎。
目前，中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所已在山東、陜西和四川等地建立了智慧果園，應用高分衛星數據獲取果園生長信息，為施肥、撒藥和除草等果園機器人提供準確的作業配方，實現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、環境、甚至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，可以通過智能化的水肥一體化系統，自動控制水肥的供給，還可以通過自動駕駛技術，大型機械實現無人作業。
“將遙感影像圖與物聯網、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，而是用數據來生產，用數據來賦能農業農村的發展，這就是智慧農業。”中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所吳文斌副所長說。
吳文斌-介紹說，目前我們已經突破了一批高分數據農業農村應用關鍵技術，實現了大范圍高分衛星農業農村遙感專題產品生產和信息服務，已構建了38種農業農村遙感數據產品，向全社會提供服務及技術支持。比如充分利用高分衛星數據在空間分辨率、時間分辨率和光譜分辨率方面的優勢，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分布，為地方和企業生產經營提供科學數據支持。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測結果，為我國大蒜產業的健康發展提供信息支撐。
吳文斌表示，未來10-20年是我國農業現代化的關鍵期，國家高分辨率對地觀測系統重大專項和《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃》的實施，帶動了空間信息技術應用發展，提高了農業遙感應用能力，國產遙感數據在農業農村中發揮了越來越重要作用。但與發達國家和地區相比，與推進農業高質量發展和鄉村振興的新形勢要求相比，我國遙感衛星資源建設明顯滯后，亟需加強建設滿足農業農村實際需求的天基觀測網絡，填補我國農業遙感觀測領域的欠缺，加速國產遙感信息服務的產業化進程，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”戰略和國家糧食安全戰略。
高分觀測衛星提供精準大數據
1970年，中國第一顆人造衛星“東方紅一號”發射成功。隨著一顆又一顆衛星的升空，上世紀80年代，我國開始了農業農村領域的衛星遙感數據應用，經過近40年的發展，監測領域已經拓展到農作物估產、農業災害、農業重點工程、農業種植結構調整、漁情漁汛、農村經濟發展等領域，衛星遙感技術已經成為農業農村領域重要的信息來源。
特別是2018年高分六號衛星在甘肅酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功發射，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星，將與在軌的高分一號衛星組網運行，大幅提高農業對地監測能力，加速推進天空地數字農業管理系統和數字農業農村建設，為鄉村振興戰略實施提供精準的數據支撐。
高分六號首次在衛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、定量化的農業生產過程和農業資源環境要素監測提供可靠的支撐手段。
中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所是國產高分衛星農業農村遙感應用單位。農業遙感團隊劉佳研究員介紹，高分六號精、寬、高的功能特點，適應了農業監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測、農業資源本底調查中，實現了高分衛星數據全部替代國外同類數據，打破了農業遙感監測中分辨率和高分辨率數據長期依賴國外衛星的局面。
天地一體化遙感技術服務農業農村
衛星遙感在農業農村有哪些應用？實際上，目前衛星遙感在農業資源調查、農業生產過程監測、農業政策效果評價、農村人居環境監測中都發揮著重要作用。
農業遙感團隊常年從事農情遙感監測，為我國糧食生產提供實時的信息參考。相比統計信息，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，統統展示出來。
通過衛星，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，衛星還會長期觀測作物長勢，根據生長情況，不斷調整估算數據。劉佳解釋說：“比如小麥，在拔節以后就開始估算產量。但在此之前，長勢監測早已開始，為作物管理提供依據。”長勢監測可以監測作物葉面積指數、葉綠素含量、氮含量、氮累積量等，通過這些參數，進行長勢評價，可以幫助監測者計算施肥量，以及何時適合施肥、澆水等。此外，長勢監測數據還可以作為預測作物品質的依據。
農業生產過程中，除了監測農作物種植情況，農業農村遙感還可以監測耕地土壤墑情、大宗農作物病害等。“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農作休耕效果的監測起了很大的作用。”劉佳說。
以衛星遙感觀測結合農村承包地確權登記數據，采用兩年衛星影像對比，就可以獲得實際休耕的面積。再和地方上報的數據進行比較分析，就可以得到更加準確的休耕數據，這可以為耕地輪作休耕補貼的發放，提供客觀的數據保障。也就是說，通過衛星觀測，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。“對耕地輪作的監測，2015年開始試點，2017年在全國推廣。這種監測可以精確到每一戶每一塊地。”劉佳說。
農業遙感團隊科研人員們正在對高分大蒜種植面積遙感監測結果進行數據分析。金云翔 攝
隨著這些數據的深入應用，高分數據已成為農業農村遙感的主要數據源，使以天地一體化的感知技術為服務手段的農業農村監測、調查、管理方式不斷創新，加速變革了“上圖入庫”、“以圖管地”、“到戶到地”等現代農業監管模式。據介紹，在農村人居環境整治、農村宅基地利用、高標準農田建設監測監管等方面也積極開展了遙感監測工作，為農業農村的數字化管理和科學決策提供數據支撐。
遙感技術推進智慧農業發展和應用
隨著高分遙感和我國其他現代信息技術的高速發展，集成應用衛星遙感、航空遙感、地面物聯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、農機作業監測等一批核心關鍵技術取得重要突破，為我國智慧農業的發展和產業化應用奠定了技術基礎。
目前，中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所已在山東、陜西和四川等地建立了智慧果園，應用高分衛星數據獲取果園生長信息，為施肥、撒藥和除草等果園機器人提供準確的作業配方，實現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、環境、甚至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，可以通過智能化的水肥一體化系統，自動控制水肥的供給，還可以通過自動駕駛技術，大型機械實現無人作業。
“將遙感影像圖與物聯網、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，而是用數據來生產，用數據來賦能農業農村的發展，這就是智慧農業。”中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所吳文斌副所長說。
吳文斌-介紹說，目前我們已經突破了一批高分數據農業農村應用關鍵技術，實現了大范圍高分衛星農業農村遙感專題產品生產和信息服務，已構建了38種農業農村遙感數據產品，向全社會提供服務及技術支持。比如充分利用高分衛星數據在空間分辨率、時間分辨率和光譜分辨率方面的優勢，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分布，為地方和企業生產經營提供科學數據支持。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測結果，為我國大蒜產業的健康發展提供信息支撐。
吳文斌表示，未來10-20年是我國農業現代化的關鍵期，國家高分辨率對地觀測系統重大專項和《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃》的實施，帶動了空間信息技術應用發展，提高了農業遙感應用能力，國產遙感數據在農業農村中發揮了越來越重要作用。但與發達國家和地區相比，與推進農業高質量發展和鄉村振興的新形勢要求相比，我國遙感衛星資源建設明顯滯后，亟需加強建設滿足農業農村實際需求的天基觀測網絡，填補我國農業遙感觀測領域的欠缺，加速國產遙感信息服務的產業化進程，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”戰略和國家糧食安全戰略。
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