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【中国科学报】农业遥感:修炼灾情监测的“火眼金睛”

发布者:管理员发布时间:2020-07-29作者:记者 张楠来源:中国科学报 2020-7-28点击量:

遥感技术为农情监测装上“天”眼。 中国农科院供图

本报记者 张楠

7月26日,长江2020年第3号洪水形成。今年汛期以来,我国洪涝灾害较往年更加严重,全国数百条河流发生了超警戒线洪水,南方多省份受灾严重。

农业生产受气象条件影响很大,农业遥感监测技术因其宏观性、经济性、动态性、时效性等特征,正逐渐成为我国农业灾害监测的重要手段。通过这一有力工具及时、准确、客观获取的农业灾害发展动态信息,成为决策部门制定防灾减灾方案的重要依据。

遥感技术应用犹如为农业灾情监控装上了“天”眼,不过还有待继续修炼,方能成就辨“妖”识“魔”的“火眼金睛”。

监测灾情开“天”眼

严重的农业灾害会造成农作物大幅减产,给农业生产、经济运行带来较大压力。近年来,遥感技术高空间、高时间、高光谱分辨能力的提升,为科学家利用其获取农情信息、农业灾害信息,加快发展智慧农业提供了机遇。

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所(以下简称资划所)研究员王利民长期从事农情遥感研究。他告诉《中国科学报》,遥感技术的特点在于能够获取精细化的格网数据,即能够以空间上连续的方法监测单位面积内农作物的种类、面积、长势、单产状况,并估算耕地土壤墒情、病虫害等作物生长状态和生长环境信息,满足指导农业生产及时性的需求。

农业旱灾实为我国最常见、影响最大的气候灾害,粗略估计,因干旱造成粮食减产和经济损失约占气象灾害造成经济总损失的一半以上。“旱灾最主要的体现,就是农作物长势差了。”王利民表示,通过与历史生长数据比对,就可以判断出旱情的总体趋势。

在各类农业灾害中,洪涝灾害突发性强、危害性大、时空分布广。王利民介绍,洪灾的遥感监测主要通过淹没面积、淹没时间来评估受灾程度。

病虫害也是影响我国农业生产的主要灾害之一,病虫害的发生会导致特定波段反射率明显升高。这是遥感技术能够快速、准确、尽早地对病虫害的发生范围和程度进行监测的基础。

王利民介绍,卫星空间分辨率可以分为高、中、低空间分辨率,目前使用较多的是10~30米之间的中分辨率可见光数据。

“随着高分专项的发展,我国农业遥感监测使用的卫星数据空间分辨率可以达到米级,中国区域农业主产区的回访周期达到5天左右。这个时空分辨率水平基本满足了大范围农业资源遥感监测估算的需求,并且也兼顾了一定的经济成本。”资划所研究员吴文斌告诉《中国科学报》。

高品质卫星平台的重要作用

目前,遥感技术在我国农业资源、农情遥感监测中的应用广泛且深入,在我国东北地区、新疆维吾尔自治区等典型规模化种植区域的应用上更具优势。

近日,东北农业大学教授刘焕军谈到黑龙江在农业遥感中的优势。他认为,一方面是黑龙江可耕地田块大,相对规整,种植情况相对简单;另一方面是当地云雾少,可获取的卫星影像就会相对较多。

但在我国系列遥感卫星,尤其是高分系列卫星升空之前,农业遥感数据主要依靠国外数据源。不同单位的科研人员合买国外卫星的遥感数据,是农业科研圈每年要经历的一件大事。

“随着搭载农业需求的高分系列卫星发射成功,国外卫星数据的售价大幅度降低,几种常用的遥感数据目前都直接免费开放了。”王利民表示。

高品质卫星平台的研制对我国农业遥感乃至农业领域研究水平提升,发挥着重要作用。

2019年,我国首颗实现农业精准观测的高分六号遥感卫星正式投入使用。它首次增加了能有效反映作物特有光谱特性的“红边”波段,能够实现对玉米、大豆、棉花等同期生长的大宗作物,以及其他大面积种植的经济作物的有效识别。

在国家相关课题的资助下,针对高分六号卫星农业应用,农业科研与业务部门开展了系统全面的研究,取得了一些进展。

“虽然我们现在依然需要依靠国外数据,但以国产卫星为主体的数据体系逐步形成,保障能力得到显著改善。”吴文斌说。

尚存差距,继续“修炼”

我国农业生产的空间多样性、季节多变性和种植复杂性,对遥感卫星的空间分辨率、时效性、谱段载荷等都提出了很高的要求。受访者向《中国科学报》强调,高分六号卫星与高分一号卫星组网运行,以此大幅提高对农业、林业、草原等资源的监测能力,并非农业专用卫星。

相较之下,欧美日等国家和地区,已有多颗/组农业遥感卫星和星座相继发射、在轨组网应用。

王利民说,与国家农业资源遥感监测的需求相比,当前用于农业资源遥感监测的卫星资源仍然不足。积极寻找农作物敏感波段,有针对性地开展农业资源卫星建设,无论是多行业共用卫星,还是农业专属卫星,都是我国航天强国建设的组成部分。

从空间分辨率的满足程度看,高分六号卫星16米空间分辨率的载荷,对于大范围、大宗农作物趋势性的监测是适用的也是高效的。但随着我国农业现代化的发展,更高分辨率的卫星数据才能满足不断提升的精准农业需求,以及耕地地块较为破碎区域的监测需求。

除卫星技术本身外,吴文斌认为,卫星产业化应用发展仍不足,致使遥感数据未能走进千家万户和田间地头,这是我国农业遥感产业与农业科技发达国家的另一差距。

“美国、欧盟等发达国家在卫星应用核心技术研发上起步早,在对地观测数据获取、数据诊断与挖掘、数据共享与决策支撑系统研发等方面处于领先地位,卫星观测技术已经广泛应用于本国或全球农业监测。我国卫星应用用户多为政府,以服务政策决策管理为主,产业化发展仍不足,卫星应用在很多地方仍是‘盆景’。”吴文斌说。

他认为,问题的核心在于:第一,我国农业总体上处于小农种植模式,农业规模化经营不足,经营主体对遥感应用的需求动力不足;第二,卫星应用具有技术密集型和资金密集型特点,卫星数据的获取、处理与分析等门槛比较高,面向应用的核心关键技术研发不足,科技供给落后于产业需求,使得遥感应用还没有大众化。

目前也有农业保险公司将遥感数据纳入理赔依据,以提高农业承保和理赔精度与效率,也为农民尽快获得保险定损赔偿提供帮助。

不过,吴文斌指出,农业遥感数据处理的专业性强,要与农学知识模型深度融合,与计算机视觉、深度学习等人工智能方法集成,构建动植物生产监测、识别、诊断、模拟与调控的专有模型和算法进行分析,一般的商业公司并不具备这些能力。

“能做出科学诊断才能体现遥感数据的价值。”因此,吴文斌认为,如何调动多方主体积极性是迫切需要解决的关键问题。

目前,政产学研一体化发展模式、创新链和创业链双向融合模式尚未有效建立,支撑卫星产业化应用的“技术+商业模式+金融服务”的数字化生态尚未形成。这使得卫星应用集成化不够、经济效益不高,阻碍了卫星应用技术的更新迭代和良性发展。

《中国科学报》 (2020-07-28 第3版 农业科技)

原文链接:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2020/7/356715.shtm?id=356715


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