农业遥感技术：从空中看农田
遥感，即遥远的感知，是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线，对目标进行探测和识别的技术。
随着科技的发展，遥感在农业中的应用也越来越普遍，传统农业看天看地看作物，现在农民也成为了看手机的“低头族”，从高空的卫星、低空的无人机到地面的各种现代农业物联网传感器，越来越智能的技术正在逐渐应用到传统农业中，通过天空地一体化的信息采集技术与装备，实现对农业数据的感知和诊断，并最终实现精准化种植和智能化管理。“农耕技艺”的内涵正在被重新定义着。
农业遥感技术的定义
农业遥感技术是一种创新的科技手段，通过空中或者太空中的遥感设备，获取农田的各种信息，然后进行解析，以了解农田的实时状况和未来可能的发展趋势。遥感设备可以通过测量地表反射到空中的光线的特性，获取大量有关农田的信息，比如土壤湿度、作物生长状况、病虫害情况等。这种技术为我们带来了一个全新的视角，让我们可以从空中看农田，有助于提高农业生产效率和可持续性。
农业遥感技术的发展
从20世纪70年代出现民用资源卫星后,农业成为遥感技术最先投入应用和收益显著的领域。特别是随着高空间、高光谱和高时间分辨率遥感数据的出现,农业遥感技术在长时间序列作物长势动态监测、农作物种类细分、田间精细农业信息获取等关键技术方面得到了突破。农业遥感监测主要以作物、土壤为对象,利用地物的光谱特性,被用来进行作物长势、作物品质、作物病虫害等方面的监测。
由于遥感技术具有覆盖面积大、重访周期短的特点,因此主要应用于大面积农业生产的调查、评价、监测和管理,其在农业中的应用按内容归纳为下列4类:
01
农业资源调查
包括耕地资源、土壤资源 等现状资源的调查,以及土地荒漠化和盐渍、农田环境污染、水土流失等动态监测,提供各类资源的数量、分布和变化情况,以及基于调查的各类资源评价 ,提出应该采取的对策 ,用于农业生产的组织、管理和决策。
02
农作物估产
常有利于大规模种植。包括小麦、玉米、水稻、棉花等大宗农作物的长势监测和产量预测,也包括牧草地产草量估测、果树长势监测等。
03
农业灾害预报
包括农作物病虫害、冷冻害、洪涝旱灾、干热风等动态监测,以及灾后农田损毁、作物减产等损失调查和评估。
04
精准农业
主要是利用高空间分辨率的卫星数据进行农田面积和分布的现状调查,以及针对农田精准化施肥、施药和灌溉进行的农田尺度的作物长势、病虫害和土壤水分等信息的监测。
针对不同的应用,不同空间分辨率的光学遥感与微波遥感优势各异。如高空间分辨率的遥感数据主要应用田间尺度的精确农业,而高时间分辨率广覆盖遥感数据主要应用于大面积农作物长势监测。
农业遥感技术的原理和方法
农业遥感技术的基本原理
农业遥感基本原理是遥感影像的红波段和近红外波段的反射率及其组合与作物的叶面积指数、太阳光合有效辐射、生物量具有较好的相关性。通过卫星传感器记录的地球表面信息，辨别作物类型，建立不同条件下的产量预报模型，集成农学知识和遥感观测数据，实现作物产量的遥感监测预报。我们可从遥感集市下载获取影像数据，通过各大终端产品定期获取专题信息产品监测与服务报告，同时又避免手工方法收集数据费时费力且具有某种破坏性的缺陷。
常见的农业遥感技术方法
01
多光谱遥感
多光谱遥感是通过测量农田和作物对几种特定波长光线的反射特性，来获取信息。这种方法简单高效，但提供的信息比较有限。
02
超光谱遥感
超光谱遥感则是通过测量农田和作物对非常多波长光线的反射特性，来获取更详细的信息。这种方法可以提供非常丰富的信息，但数据处理起来相对复杂。
03
雷达遥感
雷达遥感是利用雷达波的反射特性，来获取农田的信息。雷达遥感对天气和光照条件的依赖较小，可以在任何时间进行测量。
04
红外遥感
红外遥感则是利用红外光的反射特性，来获取农田和作物的信息。红外遥感特别适合于测量植被的生长状况和水分状况。
常用的遥感设备和平台
01
卫星
卫星是进行遥感测量的主要设备，可以提供全球覆盖的遥感数据。卫星遥感设备通常可以提供非常精确和详细的数据，但更新频率相对较低。
02
无人机
无人机是近年来越来越受欢迎的遥感设备，可以提供非常高分辨率的遥感数据。无人机灵活性高，更新频率高，特别适合于小范围的精细农业管理。
03
飞机
飞机也是一个重要的遥感设备，特别是在大范围的农田监测中。飞机可以携带各种高精度的遥感设备，提供高质量的遥感数据。
农业遥感技术的应用
01
土壤管理
土壤肥力评估：遥感技术可以通过测量土壤对光的反射特性，来评估土壤的肥力。这对于优化施肥，提高农业生产效率十分重要。
土壤湿度检测：通过测量土壤的红外反射特性，遥感技术可以精确地检测土壤的湿度情况。这有助于精确控制灌溉，节省水资源，保护环境。
02
作物管理
作物种类鉴定：通过对遥感图像的分析，可以准确地识别农田中种植的作物种类。这对于大规模的农田管理和农业统计非常有用。
作物生长监测：遥感技术可以持续地监测作物的生长状况，包括生长速度、生长阶段、生长状况等。这对于预测产量，优化农田管理具有重要意义。
作物病虫害识别和预测：遥感技术可以通过检测作物的光谱反射特性的变化，来识别和预测病虫害。这对于提前采取防控措施，减少病虫害的损害至关重要。
03
农业资源管理
水资源管理：通过遥感技术，我们可以准确地了解农田的水分情况，包括土壤湿度、作物水分状况等。这有助于我们更精准地管理水资源，节省水资源，提高灌溉效率。
农田管理：遥感技术可以提供大规模、高精度的农田信息，有助于我们更高效地管理农田。例如，我们可以通过遥感图像来优化农田的布局，提高农田的利用率。
04
精准农业
优化施肥和灌溉：遥感技术可以提供大量有关农田和作物的实时信息，有助于我们精准地进行施肥和灌溉。例如，我们可以根据土壤肥力和作物生长状况，精准地施肥，既可以提高肥效，又可以减少对环境的污染。
收割优化：通过遥感技术，我们可以实时了解作物的生长状况和成熟度，从而优化收割时间和方式，提高收割效率和产量。
面临的挑战和未来发展趋势
挑战：
01
数据处理和解析的复杂性
虽然遥感技术可以获取大量的农田和作物信息，但如何处理和解析这些数据，从中提取有用的信息，是一个很大的挑战。这需要大量的人力和计算资源，以及高级的数据分析和解析技能。
02
技术和设备的成本
遥感设备和技术的成本是一个重要的问题。尽管遥感设备和技术在过去几年已经有了显著的发展和降价，但对于许多农民和农业企业来说，高昂的设备成本和运营成本仍然是一个重大的负担。
03
数据安全和隐私问题
遥感技术收集的数据往往具有高度的敏感性和私密性，如何保护这些数据的安全和隐私，避免数据泄露和滥用，是一个重要的问题。
趋势：
01
人工智能的应用
随着人工智能技术的发展，我们可以期待在遥感数据处理和解析方面有更多的自动化和智能化。例如，人工智能可以自动识别遥感图像中的特征，自动检测病虫害，自动预测产量等。
02
技术的集成和优化
随着技术的发展，我们可以期待有更多的遥感技术和设备被集成和优化。例如，我们可以期待有更多的无人机和卫星被用于农业遥感，提供更高精度和更高频率的遥感数据。
03
可持续和环保农业的推动
遥感技术为我们提供了更精准的农业管理和生产的可能性，这有助于推动可持续和环保农业的发展。例如，我们可以通过精准施肥和灌溉，减少对环境的污染，通过精准农业，提高农业生产的效率和可持续性。
结论
随着遥感技术的不断创新与发展，农业高质量发展中遥感技术的应用将更加广泛和精细化。未来的发展趋势包括更高分辨率的遥感影像数据获取、更精确的遥感数据解译与分析方法、遥感技术与人工智能的结合等。这些发展趋势将进一步提升遥感技术在农业高质量发展中的应用效果和影响力。
遥感技术作为一种重要的农业信息获取和管理手段，为农业高质量发展提供了强大的支持和助力。通过遥感技术在土地利用与管理、作物监测与管理、水资源管理等方面的应用，可以实现农业生产的精细化管理、精准决策和可持续发展。实现农业的绿色、智能和可持续发展。
