遙感技術(shù)為農(nóng)情監(jiān)測(cè)裝上“天”眼。 中國(guó)農(nóng)科院供圖
7月26日，長(zhǎng)江2020年第3號(hào)洪水形成。今年汛期以來(lái)，我國(guó)洪澇災(zāi)害較往年更加嚴(yán)重，全國(guó)數(shù)百條河流發(fā)生了超警戒線洪水，南方多省份受災(zāi)嚴(yán)重。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受氣象條件影響很大，農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)因其宏觀性、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)態(tài)性、時(shí)效性等特征，正逐漸成為我國(guó)農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的重要手段。通過(guò)這一有力工具及時(shí)、準(zhǔn)確、客觀獲取的農(nóng)業(yè)災(zāi)害發(fā)展動(dòng)態(tài)信息，成為決策部門制定防災(zāi)減災(zāi)方案的重要依據(jù)。
遙感技術(shù)應(yīng)用猶如為農(nóng)業(yè)災(zāi)情監(jiān)控裝上了“天”眼，不過(guò)還有待繼續(xù)修煉，方能成就辨“妖”識(shí)“魔”的“火眼金睛”。
監(jiān)測(cè)災(zāi)情開(kāi)“天”眼
嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)災(zāi)害會(huì)造成農(nóng)作物大幅減產(chǎn)，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)較大壓力。近年來(lái)，遙感技術(shù)高空間、高時(shí)間、高光譜分辨能力的提升，為科學(xué)家利用其獲取農(nóng)情信息、農(nóng)業(yè)災(zāi)害信息，加快發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)提供了機(jī)遇。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所（以下簡(jiǎn)稱資劃所）研究員王利民長(zhǎng)期從事農(nóng)情遙感研究。他告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，遙感技術(shù)的特點(diǎn)在于能夠獲取精細(xì)化的格網(wǎng)數(shù)據(jù)，即能夠以空間上連續(xù)的方法監(jiān)測(cè)單位面積內(nèi)農(nóng)作物的種類、面積、長(zhǎng)勢(shì)、單產(chǎn)狀況，并估算耕地土壤墑情、病蟲(chóng)害等作物生長(zhǎng)狀態(tài)和生長(zhǎng)環(huán)境信息，滿足指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及時(shí)性的需求。
農(nóng)業(yè)旱災(zāi)實(shí)為我國(guó)最常見(jiàn)、影響最大的氣候?yàn)?zāi)害，粗略估計(jì)，因干旱造成糧食減產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)損失約占?xì)庀鬄?zāi)害造成經(jīng)濟(jì)總損失的一半以上?！昂禐?zāi)最主要的體現(xiàn)，就是農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)差了?！蓖趵癖硎?，通過(guò)與歷史生長(zhǎng)數(shù)據(jù)比對(duì)，就可以判斷出旱情的總體趨勢(shì)。
在各類農(nóng)業(yè)災(zāi)害中，洪澇災(zāi)害突發(fā)性強(qiáng)、危害性大、時(shí)空分布廣。王利民介紹，洪災(zāi)的遙感監(jiān)測(cè)主要通過(guò)淹沒(méi)面積、淹沒(méi)時(shí)間來(lái)評(píng)估受災(zāi)程度。
病蟲(chóng)害也是影響我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一，病蟲(chóng)害的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致特定波段反射率明顯升高。這是遙感技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確、盡早地對(duì)病蟲(chóng)害的發(fā)生范圍和程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。
王利民介紹，衛(wèi)星空間分辨率可以分為高、中、低空間分辨率，目前使用較多的是10~30米之間的中分辨率可見(jiàn)光數(shù)據(jù)。
“隨著高分專項(xiàng)的發(fā)展，我國(guó)農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè)使用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)空間分辨率可以達(dá)到米級(jí)，中國(guó)區(qū)域農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)的回訪周期達(dá)到5天左右。這個(gè)時(shí)空分辨率水平基本滿足了大范圍農(nóng)業(yè)資源遙感監(jiān)測(cè)估算的需求，并且也兼顧了一定的經(jīng)濟(jì)成本?！?a target="_blank">資劃所研究員吳文斌告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
高品質(zhì)衛(wèi)星平臺(tái)的重要作用
目前，遙感技術(shù)在我國(guó)農(nóng)業(yè)資源、農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用廣泛且深入，在我國(guó)東北地區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)等典型規(guī)?；N植區(qū)域的應(yīng)用上更具優(yōu)勢(shì)。
近日，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)教授劉煥軍談到黑龍江在農(nóng)業(yè)遙感中的優(yōu)勢(shì)。他認(rèn)為，一方面是黑龍江可耕地田塊大，相對(duì)規(guī)整，種植情況相對(duì)簡(jiǎn)單；另一方面是當(dāng)?shù)卦旗F少，可獲取的衛(wèi)星影像就會(huì)相對(duì)較多。
但在我國(guó)系列遙感衛(wèi)星，尤其是高分系列衛(wèi)星升空之前，農(nóng)業(yè)遙感數(shù)據(jù)主要依靠國(guó)外數(shù)據(jù)源。不同單位的科研人員合買國(guó)外衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)，是農(nóng)業(yè)科研圈每年要經(jīng)歷的一件大事。
“隨著搭載農(nóng)業(yè)需求的高分系列衛(wèi)星發(fā)射成功，國(guó)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)的售價(jià)大幅度降低，幾種常用的遙感數(shù)據(jù)目前都直接免費(fèi)開(kāi)放了?！蓖趵癖硎?。
高品質(zhì)衛(wèi)星平臺(tái)的研制對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)遙感乃至農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究水平提升，發(fā)揮著重要作用。
2019年，我國(guó)首顆實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)觀測(cè)的高分六號(hào)遙感衛(wèi)星正式投入使用。它首次增加了能有效反映作物特有光譜特性的“紅邊”波段，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)玉米、大豆、棉花等同期生長(zhǎng)的大宗作物，以及其他大面積種植的經(jīng)濟(jì)作物的有效識(shí)別。
在國(guó)家相關(guān)課題的資助下，針對(duì)高分六號(hào)衛(wèi)星農(nóng)業(yè)應(yīng)用，農(nóng)業(yè)科研與業(yè)務(wù)部門開(kāi)展了系統(tǒng)全面的研究，取得了一些進(jìn)展。
“雖然我們現(xiàn)在依然需要依靠國(guó)外數(shù)據(jù)，但以國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星為主體的數(shù)據(jù)體系逐步形成，保障能力得到顯著改善。”吳文斌說(shuō)。
尚存差距，繼續(xù)“修煉”
我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的空間多樣性、季節(jié)多變性和種植復(fù)雜性，對(duì)遙感衛(wèi)星的空間分辨率、時(shí)效性、譜段載荷等都提出了很高的要求。受訪者向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》強(qiáng)調(diào)，高分六號(hào)衛(wèi)星與高分一號(hào)衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行，以此大幅提高對(duì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、草原等資源的監(jiān)測(cè)能力，并非農(nóng)業(yè)專用衛(wèi)星。
相較之下，歐美日等國(guó)家和地區(qū)，已有多顆/組農(nóng)業(yè)遙感衛(wèi)星和星座相繼發(fā)射、在軌組網(wǎng)應(yīng)用。
王利民說(shuō)，與國(guó)家農(nóng)業(yè)資源遙感監(jiān)測(cè)的需求相比，當(dāng)前用于農(nóng)業(yè)資源遙感監(jiān)測(cè)的衛(wèi)星資源仍然不足。積極尋找農(nóng)作物敏感波段，有針對(duì)性地開(kāi)展農(nóng)業(yè)資源衛(wèi)星建設(shè)，無(wú)論是多行業(yè)共用衛(wèi)星，還是農(nóng)業(yè)專屬衛(wèi)星，都是我國(guó)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)的組成部分。
從空間分辨率的滿足程度看，高分六號(hào)衛(wèi)星16米空間分辨率的載荷，對(duì)于大范圍、大宗農(nóng)作物趨勢(shì)性的監(jiān)測(cè)是適用的也是高效的。但隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，更高分辨率的衛(wèi)星數(shù)據(jù)才能滿足不斷提升的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)需求，以及耕地地塊較為破碎區(qū)域的監(jiān)測(cè)需求。
除衛(wèi)星技術(shù)本身外，吳文斌認(rèn)為，衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用發(fā)展仍不足，致使遙感數(shù)據(jù)未能走進(jìn)千家萬(wàn)戶和田間地頭，這是我國(guó)農(nóng)業(yè)遙感產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)科技發(fā)達(dá)國(guó)家的另一差距。
“美國(guó)、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家在衛(wèi)星應(yīng)用核心技術(shù)研發(fā)上起步早，在對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)診斷與挖掘、數(shù)據(jù)共享與決策支撐系統(tǒng)研發(fā)等方面處于領(lǐng)先地位，衛(wèi)星觀測(cè)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于本國(guó)或全球農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)。我國(guó)衛(wèi)星應(yīng)用用戶多為政府，以服務(wù)政策決策管理為主，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展仍不足，衛(wèi)星應(yīng)用在很多地方仍是‘盆景’?！眳俏谋笳f(shuō)。
他認(rèn)為，問(wèn)題的核心在于：第一，我國(guó)農(nóng)業(yè)總體上處于小農(nóng)種植模式，農(nóng)業(yè)規(guī)?；?jīng)營(yíng)不足，經(jīng)營(yíng)主體對(duì)遙感應(yīng)用的需求動(dòng)力不足；第二，衛(wèi)星應(yīng)用具有技術(shù)密集型和資金密集型特點(diǎn)，衛(wèi)星數(shù)據(jù)的獲取、處理與分析等門檻比較高，面向應(yīng)用的核心關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)不足，科技供給落后于產(chǎn)業(yè)需求，使得遙感應(yīng)用還沒(méi)有大眾化。
目前也有農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)公司將遙感數(shù)據(jù)納入理賠依據(jù)，以提高農(nóng)業(yè)承保和理賠精度與效率，也為農(nóng)民盡快獲得保險(xiǎn)定損賠償提供幫助。
不過(guò)，吳文斌指出，農(nóng)業(yè)遙感數(shù)據(jù)處理的專業(yè)性強(qiáng)，要與農(nóng)學(xué)知識(shí)模型深度融合，與計(jì)算機(jī)視覺(jué)、深度學(xué)習(xí)等人工智能方法集成，構(gòu)建動(dòng)植物生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、識(shí)別、診斷、模擬與調(diào)控的專有模型和算法進(jìn)行分析，一般的商業(yè)公司并不具備這些能力。
“能做出科學(xué)診斷才能體現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的價(jià)值?！币虼?，吳文斌認(rèn)為，如何調(diào)動(dòng)多方主體積極性是迫切需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
目前，政產(chǎn)學(xué)研一體化發(fā)展模式、創(chuàng)新鏈和創(chuàng)業(yè)鏈雙向融合模式尚未有效建立，支撐衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的“技術(shù)+商業(yè)模式+金融服務(wù)”的數(shù)字化生態(tài)尚未形成。這使得衛(wèi)星應(yīng)用集成化不夠、經(jīng)濟(jì)效益不高，阻礙了衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)的更新迭代和良性發(fā)展。
