作者:秦志伟 来源:中国科学报 发布时间:2018/6/20 9:27:21
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中国农业有了专属“天眼”

 

图片来源:中国航天科技集团

■本报记者 秦志伟

精准掌握农作物面积、物种分类以及作物养分、水分、病虫害等状况的数据,是农业走向现代化、智慧化不可获取的环节,这离不开农业遥感卫星。前不久,由农业农村部作为牵头用户的高分六号卫星成功发射,标志着中国农业有了专属的“天眼”。

值得一提的是,高分六号卫星打破了我国农业遥感中高分辨率数据长期依赖国外同类卫星的局面,它不仅是我国第一颗具备红边波段传感器的卫星,也是世界上第一颗具备红边波段的宽视场多光谱中高分辨率卫星。

《中国科学报》记者获悉,距离地球645公里外的高分六号卫星已陆续传回多张照片,科研人员们正进行在轨测试。随后,高分六号卫星将与在轨的高分一号卫星组网运行,届时将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,为乡村振兴战略的实施提供精准的数据支撑。

最符合农业需求的遥感卫星

遥感技术已成为信息获取的一种重要手段,具体到农业遥感领域,对其应用特别是用中高分辨率遥感进行农业生产和研究正成为遥感技术发展的必然趋势。

“相比其他领域,农业遥感监测更具复杂性和特殊性。”高分专项应用系统副总师、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所所长周清波研究员在接受《中国科学报》记者采访时表示,中高分辨率遥感卫星更适合农业。

根据用户需求设计高分系列研究卫星,这为我国第一颗农业卫星的诞生提供了重要契机。

2009年,高分辨率对地观测系统重大专项实施方案获批后,农业农村部被确定为高分六号卫星的牵头用户,并由中国农业科学院资源区划所负责开展用户需求和任务分析,“考虑农业方面的需求更多”。周清波说。

2015年7月,高分六号正式立项。经过深入调研和反复的科学论证,最终确定了高分六号卫星的需求报告。

据悉,高分六号卫星搭载了2个光学传感器,分别是高分相机和宽幅相机,实现对陆表资源的综合观测。其中,高分相机拍摄幅宽超过90千米,全色影像空间分辨率为2米, 多光谱数据的空间分辨率为8米,支持高精度的农业资源调查等;宽幅相机的观测幅宽超过800千米,可以获取从紫到近红外八谱段的多光谱遥感数据, 空间分辨率为16米,支持大范围农业生产过程动态监测。

最为关键的是,高分六号卫星增加了红边波段,“这是在卫星传感器上配置能有效反映作物特有光谱特性的红边波段”。周清波告诉记者。

中国农业科学院资源区划所研究员刘佳向《中国科学报》记者具体解释道,不同于其他波段,红边波段对植被的含水量、叶绿素含量等变化更加敏感,可以增加作物分析的精度和灵敏度,提高作物的识别能力,特别是秋收作物的识别能力,可以实现对玉米、大豆、棉花、马铃薯等同期生长作物精准识别;可以提高作物生长状况的诊断分析精度,实现作物全生育期长势精细化监测等等,符合农业生产管理的需求,为高精度、定量化的农业生产和农业资源环境要素监测提供可靠的支撑手段。

在周清波看来,高分六号卫星精、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,是我国有史以来最符合农业需求、最接地气的遥感卫星,“也可以称为‘中国农业一号卫星’”。

可全部替代国外同类数据

未来,为农业“量体裁衣”设计的高分六号卫星将在摸清农业资源家底、落实农业政策中发挥重要作用。

值得高兴的是,届时我国行业用户可以免费使用高分六号卫星获取的基础数据,高时空分辨遥感数据保障率有效提升,彻底摆脱了农业遥感中高分辨率遥感数据长期依赖国外卫星的局面。

周清波介绍,高分专项之前,我国使用的基础数据百分之六七十都是来自国外,“现在反过来了”。

长期从事农业遥感研究的刘佳发现,农业遥感监测数据源的国产化能力迅速提升,主要有两个趋势,分别是国产高分卫星基础数据研究日益增多、农业部门监测业务中国产高分数据比重增加。

以国产高分数据应用比重逐步提高为例。刘佳以2008年环境减灾卫星A、B卫星发射和2013年高分一号卫星发射为时间点介绍,2008年以前,在面积遥感监测中,国产高分卫星数据约占5%,在2008~2013年占有率约为25%,2013年以后高于60%。

此外,以往国产卫星数据多用于与面积相关的业务监测,作物的长势、墒情和产量等全部依靠国外中低分辨率卫星数据。目前,上述业务已在国家、省级、生态区域等不同尺度相继开展。

相关成绩的取得离不开国家的支持。党的十八大以来,党中央、国务院高度重视农业遥感应用工作,如今年中央一号文件、《全国农业现代化规划》《关于创新体制机制推进农业绿色发展的意见》都提出,要加强农业遥感应用,构建天空地数字农业管理系统。

针对高分六号卫星平台和载荷特征,科研人员还将根据需求,进一步开展农业应用关键技术攻关、农业专题产品生产、数据库系统构建、农业生产监测与评价技术规范等内容的研究与建设。

布局“天空地”一体化监测

随着我国高分辨率对地观测系统重大专项的实施,国产高分卫星数据在农业中的应用比重逐渐提高,在替代国外数据的同时,也逐渐提高了农业遥感的监测精度,拓展了遥感在农业中的应用领域。

“高分六号卫星将与2013年发射的高分一号卫星进行组网,使得卫星的重访周期从4天缩短到2天,数据保障能力翻番,可实现快速监测。”周清波说。

我国地域广阔,作物类型多样,种植结构复杂,监测方式不仅通过卫星遥感,还有地面无人机和地面调查系统,作物监测内容较多。比如南方地区云雨天气多,除传统的光学卫星遥感外,还需要雷达卫星遥感数据。

据悉,利用高分系列数据,还对耕地轮作休耕、全国粮食生产功能区和重要农产品生产保护区划定以及“镰刀弯”地区、退耕还林还草区、地下水超采区的农业结构调整等重大项目的实施都将置于“天眼”之下。

事实上,要获取海量的农业生产、资源环境、自然灾害等有价值的农业数据和信息,形成一批重要的农业遥感监测成果,为农业信息化奠定基础,需要进一步构建完善卫星、航空、地面无线传感器等“天空地”一体化的数据采集系统。

在农业农村部副部长余欣荣看来,以“数字技术+网络技术”为代表的新一代科技革命已经快速地走来,要依靠数字技术为农业供给侧结构性改革找到新的动力。高分六号卫星补上了长期空白的“天”的短板,为实现“天空地”一体化监测的数字农业迈出了坚实一步。

据悉,我国将按照分步实施、急用先行的原则继续布局农业遥感卫星星座,实现农业行业大部分要素覆盖,重点满足我国国内农业生产常规监测、重大农业政策执行情况监测等行业业务的观测需求。

同时,针对农业高时效的观测需求,利用多星组网,实现较高的观测时间分辨率,并不断提升观测时效性和要素的覆盖性,形成高效完善的观测能力。

无疑,要实现从粗放传统农业向绿色现代农业全面转型,数字技术已然成为提升农业现代化治理水平的关键。第一颗农业卫星是构建“天空地”数字农业管理系统的重要开篇,也是实现农业强国重要的技术支撑。


 

《中国科学报》 (2018-06-20 第5版 农业周刊)
 
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