谷金英 丁春雨 李勇 張曉嬌 袁鐵英 劉東燁

(吉林省農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，吉林 長春 130000)

遙感技術(shù)是根據(jù)電磁波理論在一定距離上應(yīng)用各種傳感器不直接接觸目標(biāo)物體獲取地表物體幾何和物理性質(zhì)的綜合性探測(cè)技術(shù)，具有獲取影像資料的速度快、獲取周期短，探測(cè)范圍大、獲取信息量大，受地面條件限制少，獲取方法多等優(yōu)勢(shì)。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，使得遙感應(yīng)用的領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，如林業(yè)遙感、氣象遙感、地質(zhì)遙感、軍事遙感、資源遙感、災(zāi)害遙感等，尤其是在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的遙感應(yīng)用也越來越廣泛，逐漸發(fā)展形成了農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)[1]。農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)是遙感技術(shù)和農(nóng)業(yè)科學(xué)相結(jié)合而形成的，在農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要作用。農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)是指應(yīng)用遙感等信息技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)資源、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，如土壤墑情、農(nóng)作物種植面積、作物長勢(shì)、產(chǎn)量及農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害等農(nóng)情進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)分析，輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策的過程，以期為政府、農(nóng)業(yè)管理部門和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供信息支持和服務(wù)[2]。農(nóng)業(yè)地位的提高，迫使農(nóng)業(yè)技術(shù)不斷革新，近年來通訊傳輸、電子信息、物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)的快速發(fā)展為加快農(nóng)情監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行提供了有利條件[3,4]。

吉林省是我國農(nóng)業(yè)大省，根據(jù)《國家統(tǒng)計(jì)局關(guān)于2021年糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)的公告》公布，吉林省2021年糧食產(chǎn)量達(dá)403.92億kg，吉林省糧食總產(chǎn)量躍居全國第5位，糧食產(chǎn)量已連續(xù)7a突破350億kg，主要農(nóng)作物年播種面積約5721.3千hm2，為保障國家糧食安全作出重要貢獻(xiàn)。當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期，種植業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，加之面臨的外部環(huán)境日趨復(fù)雜，提升糧食綜合生產(chǎn)能力任務(wù)更加艱巨。吉林省作為糧食生產(chǎn)大省，黑土地保護(hù)區(qū)重點(diǎn)區(qū)域，更應(yīng)率先發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，率先實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，而農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要手段，本文通過梳理吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)信息化建設(shè)取得的成效，總結(jié)目前農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)工作面臨的問題，結(jié)合實(shí)際提出今后在農(nóng)情監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化工作中的發(fā)展思路，旨在實(shí)現(xiàn)農(nóng)情監(jiān)測(cè)專業(yè)化、信息化、業(yè)務(wù)化，不斷提高農(nóng)情監(jiān)測(cè)精度和效率，助推加快實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。

1 主要成效

近年來，為提高吉林省糧食生產(chǎn)效能，做好農(nóng)情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作，及時(shí)、準(zhǔn)確向政府管理部門和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主體提供可靠的參考信息，吉林省農(nóng)業(yè)遙感中心(吉林省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化研究所)充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等高新技術(shù)在農(nóng)情監(jiān)測(cè)工作中的作用，在農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)信息管理、農(nóng)業(yè)資源綜合應(yīng)用等方面開拓創(chuàng)新，不斷提升遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化水平，發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，在吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)信息化建設(shè)中取得了顯著成效，不斷實(shí)現(xiàn)完善了農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)資源的數(shù)字化管理和可視化應(yīng)用。

1.1 監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化水平不斷提升

1.1.1 監(jiān)測(cè)范圍不斷擴(kuò)大

吉林省農(nóng)業(yè)遙感中心連續(xù)多年申請(qǐng)省財(cái)政預(yù)算開展實(shí)施了“遙感業(yè)務(wù)化運(yùn)行”項(xiàng)目，開發(fā)研制了適合吉林省農(nóng)作物遙感監(jiān)測(cè)的模型，結(jié)合實(shí)際農(nóng)情調(diào)研考察，2020年以前每年定期實(shí)現(xiàn)了吉林省中西部地區(qū)的農(nóng)作物土壤墑情監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物長勢(shì)監(jiān)測(cè)、作物產(chǎn)量估算、作物災(zāi)害監(jiān)測(cè)等農(nóng)情監(jiān)測(cè)信息。隨著科研力量的不斷增強(qiáng)，農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)范圍不斷擴(kuò)大，2021年開始，吉林省農(nóng)業(yè)遙感中心每年定期對(duì)吉林省全域內(nèi)的耕地進(jìn)行土壤墑情監(jiān)測(cè)，作物長勢(shì)監(jiān)測(cè)和產(chǎn)量預(yù)測(cè)，為全省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)構(gòu)、政策制定部門、社會(huì)企業(yè)和廣大農(nóng)戶提供了大量準(zhǔn)確的農(nóng)情監(jiān)測(cè)服務(wù)信息。

1.1.2 監(jiān)測(cè)精度持續(xù)提高

農(nóng)情信息監(jiān)測(cè)精度是農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果是否準(zhǔn)確可用的關(guān)鍵問題，而監(jiān)測(cè)精度是由多方面因素決定的，其中首先應(yīng)考慮的是當(dāng)前可采用的遙感信息來源。隨著我國航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，遙感信息源不斷增加，從中低空間分辨率到高空間分辨率，從多光譜到高光譜影像的運(yùn)用，使農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)精度不斷提高。吉林省在農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè)工作中也不斷嘗試，不斷創(chuàng)新，將高時(shí)間分辨率遙感影像與高空間分辨率遙感影像相結(jié)合，選取TM影像、高分一號(hào)、高分二號(hào)遙感影像等數(shù)據(jù)作為水稻提取數(shù)據(jù)源，通過采取多源多時(shí)相遙感影像數(shù)據(jù)，采用分層分類和迭代優(yōu)化方法成功提取了吉林省西部水稻種植面積及分布狀況，完成了吉林省西部水稻種植信息的精準(zhǔn)提取，為吉林省作物的農(nóng)情監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量估測(cè)、災(zāi)害評(píng)估等提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和方法參考。

1.1.3 監(jiān)測(cè)種類有所增加

多年來吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)工作不斷完善，借助吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行項(xiàng)目，長期對(duì)吉林省的水稻、玉米等農(nóng)作物開展土壤墑情監(jiān)測(cè)、作物長勢(shì)監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量估測(cè)和災(zāi)害評(píng)估等，初步建成了運(yùn)行穩(wěn)定、業(yè)務(wù)高效的農(nóng)情信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。2020年吉林省“糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品保護(hù)區(qū)”劃定工作基本完成，取得了階段性成果，為保障“兩區(qū)”下一階段建管工作有序的推進(jìn)實(shí)施，吉林省農(nóng)業(yè)遙感中心承擔(dān)了對(duì)“兩區(qū)”數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理和維護(hù)的工作，并逐步定期對(duì)“兩區(qū)”內(nèi)的水稻、玉米和大豆目標(biāo)作物進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)?！皟蓞^(qū)”目標(biāo)作物的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)使吉林省農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化建設(shè)又邁上一個(gè)新臺(tái)階。

1.1.4 監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷提升

近2a，吉林省在農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)的技術(shù)上也取得了突破成績(jī)，引進(jìn)大疆多光譜無人機(jī)一臺(tái)輔助開展農(nóng)情監(jiān)測(cè)調(diào)查研究。小型無人機(jī)具有獲取研究區(qū)遙感影像及時(shí)，操作簡(jiǎn)便，易學(xué)易用，地面分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，可以在短時(shí)間內(nèi)快速獲取目標(biāo)區(qū)域的遙感影像，結(jié)合農(nóng)作物地面測(cè)量，可以快速、準(zhǔn)確地完成農(nóng)情監(jiān)測(cè)信息服務(wù)。通過不斷加強(qiáng)多光譜無人機(jī)飛行平臺(tái)建設(shè)，將無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)情監(jiān)測(cè)服務(wù)中，使吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)不斷完善，技術(shù)不斷提升，更好地為吉林省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)科技發(fā)展服務(wù)。

1.2 實(shí)現(xiàn)了資源的數(shù)字化管理

隨著吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)的不斷發(fā)展和推進(jìn)，多年積累、保存了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和成果資料，為了便于數(shù)據(jù)的存檔和管理，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，方便數(shù)據(jù)的備份、查詢、分析和使用，省農(nóng)業(yè)遙感中心收集整理了歷年來的各類農(nóng)業(yè)資源相關(guān)數(shù)據(jù)資料，采用GIS技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)建立了吉林省農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)，將大量的農(nóng)業(yè)資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和各類農(nóng)業(yè)信息專題數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)資源信息的數(shù)字化管理模式，不僅為同行業(yè)及廣大社會(huì)用戶及時(shí)提供了科學(xué)、詳實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)，同時(shí)也為不同年度調(diào)查監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行深入挖掘和綜合分析，提高數(shù)據(jù)的管理和開發(fā)利用水平，促進(jìn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)資料的系統(tǒng)管理與共享，實(shí)現(xiàn)資源管理的信息化奠定了良好的基礎(chǔ)。農(nóng)業(yè)資源信息的數(shù)字化管理，為吉林省政府相關(guān)部門制定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策和戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考，同時(shí)也滿足了同行業(yè)及廣大用戶對(duì)農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)的共享需求。

1.3 初步實(shí)現(xiàn)農(nóng)情監(jiān)測(cè)的可視化

2016年，吉林省農(nóng)業(yè)遙感中心與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所合作，利用星陸雙基與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)的“吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)與信息服務(wù)系統(tǒng)”，面向內(nèi)部用戶、政府相關(guān)部門和社會(huì)公眾等不同需求群體，實(shí)現(xiàn)了包括作物種類、土壤參數(shù)、作物長勢(shì)、氣候變化和環(huán)境信息等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的可視化和數(shù)字化，為吉林省農(nóng)業(yè)宏觀生產(chǎn)管理、災(zāi)情動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、早期糧食估產(chǎn)等提供了快速、直觀的可視化信息。

2 面臨問題

雖然吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)的技術(shù)水平和服務(wù)能力不斷提升，已經(jīng)形成了基本體系，取得了顯著成效，但發(fā)展中仍面臨一些掣肘問題和亟需解決的困難。

2.1 地面監(jiān)測(cè)站點(diǎn)少，無法獲取足夠?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)

眾所周知，遙感反演是遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)中的重要手段，也是農(nóng)情監(jiān)測(cè)中至關(guān)重要的一種方法，而地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)是遙感反演必不可少的基礎(chǔ)，同時(shí)也直接影響著監(jiān)測(cè)成果的準(zhǔn)確程度。吉林省農(nóng)業(yè)遙感中心近年來逐步開展大田物聯(lián)網(wǎng)遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)工作，實(shí)現(xiàn)了葉面積指數(shù)、高光譜數(shù)據(jù)和部分環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的采集和分析工作，但由于資金不足、管護(hù)難度大等原因，目前只有5個(gè)示范區(qū)監(jiān)測(cè)站，每種作物平均還不到2個(gè)，導(dǎo)致實(shí)測(cè)的可用數(shù)據(jù)不足，無法滿足遙感反演數(shù)據(jù)需求。

2.2 可獲取的影像數(shù)據(jù)不足

在農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用領(lǐng)域的大背景下，可應(yīng)用的遙感影像要么空間分辨率低，不足以滿足農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)需求，要么遙感影像數(shù)據(jù)獲取周期長，導(dǎo)致在農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè)工作中，存在對(duì)高分辨率衛(wèi)星遙感影像的數(shù)據(jù)需求與實(shí)際可應(yīng)用的圖像數(shù)據(jù)不匹配的問題。吉林省地域分布明顯，西部是草原鹽堿地，中部是平原地區(qū)，東部是山區(qū)多林地，西部鹽堿地種植雜糧雜豆較多，作物種類繁多，分布不均，所需影像質(zhì)量要求相對(duì)較高，然而目前可獲取的免費(fèi)影像數(shù)據(jù)資源較少，部分影像收費(fèi)較高，不利于農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)的深入開展。東部山區(qū)由于特殊的生態(tài)環(huán)境氣候，晴天或無云的影像較少，可獲取的影像時(shí)序性差，難以滿足研究需求。

2.3 災(zāi)情監(jiān)測(cè)不及時(shí)

吉林省農(nóng)業(yè)災(zāi)害不斷，尤其是近2a，臺(tái)風(fēng)、冰雹、旱災(zāi)和澇災(zāi)時(shí)有發(fā)生，但在災(zāi)情監(jiān)測(cè)方面，由于受天氣影響，往往不能及時(shí)獲取災(zāi)害前后的影像數(shù)據(jù)，導(dǎo)致災(zāi)情監(jiān)測(cè)不及時(shí);采取災(zāi)害監(jiān)測(cè)的手段相對(duì)落后，災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)水平相對(duì)不高等因素也是影像災(zāi)情監(jiān)測(cè)不及時(shí)和不精準(zhǔn)的重要原因。

2.4 服務(wù)公眾能力不足

目前農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)多停留在數(shù)據(jù)獲取階段和數(shù)據(jù)處理方面，如建立基于衛(wèi)星技術(shù)的農(nóng)業(yè)遙感數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的手機(jī)APP、生物傳感器系統(tǒng)等方面比較突出，而數(shù)據(jù)挖掘和分析方面比較薄弱，服務(wù)公眾和推廣應(yīng)用方面還比較欠缺，有待提升。

3 發(fā)展思路

3.1 不斷加強(qiáng)業(yè)務(wù)合作，提高農(nóng)情監(jiān)測(cè)水平

就目前吉林省農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，由于科研經(jīng)費(fèi)有限，無法滿足持續(xù)增建大田物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的需求。為了充分利用遙感技術(shù)發(fā)展帶來的機(jī)遇，不斷提高吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)的技術(shù)水平和應(yīng)用能力，建議由政府部門牽頭，制定具體的發(fā)展規(guī)劃，協(xié)調(diào)科研院所、企事業(yè)單位等相關(guān)科研機(jī)構(gòu)互補(bǔ)長短，交流合作，在人才培養(yǎng)、數(shù)據(jù)共享、技術(shù)更新等方面開展全方位合作，既可以整合資源，滿足農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)需求，又可以加強(qiáng)合作，拓寬科研業(yè)務(wù)的渠道，建設(shè)成更加成熟的農(nóng)情監(jiān)測(cè)運(yùn)行系統(tǒng)和支持體系。

3.2 不斷改進(jìn)技術(shù)方法，提高農(nóng)情監(jiān)測(cè)精度

當(dāng)前遙感技術(shù)飛速發(fā)展，特別是傳感器在空間、時(shí)間和光譜維度分辨率的不斷提高、新型傳感器的應(yīng)用等諸多方面為農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)提供了更加便利的條件，如吉林省自主研發(fā)的“吉林一號(hào)”衛(wèi)星數(shù)據(jù)，具有高時(shí)間和空間分辨率等優(yōu)勢(shì)。科研人員應(yīng)深入挖掘，積極探索，提高科研技術(shù)和創(chuàng)新能力，充分應(yīng)用吉林一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，不斷拓寬數(shù)據(jù)來源，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，加強(qiáng)吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)的服務(wù)水平和精度。此外，小型無人機(jī)、智能終端等移動(dòng)設(shè)備在未來農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè)信息安全建設(shè)、農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)范圍的拓展等方面也將發(fā)揮重要作用，加強(qiáng)人才儲(chǔ)備和技術(shù)更新，不斷適應(yīng)新形勢(shì)、新技術(shù)、新業(yè)務(wù)才能使吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)服務(wù)水平更加專業(yè)和精準(zhǔn)。

3.3 不斷創(chuàng)新科研方向，提高農(nóng)情監(jiān)測(cè)應(yīng)用

農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)服務(wù)范圍廣、受眾面大，從政府決策部門到種植農(nóng)戶都需要及時(shí)準(zhǔn)確地掌握農(nóng)情信息[5]。目前，農(nóng)情遙感產(chǎn)品多以定期報(bào)告的形式發(fā)布，發(fā)布形式單一，服務(wù)公眾能力不足。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)發(fā)布的產(chǎn)品和發(fā)揮的功能將更加靈活、多樣。提高技術(shù)能力，加強(qiáng)科研創(chuàng)新，針對(duì)不同受眾群體，提供個(gè)性化遙感產(chǎn)品和信息服務(wù)，滿足市場(chǎng)需求，是未來農(nóng)業(yè)遙感發(fā)展的重要方向。

經(jīng)過吉林省農(nóng)業(yè)遙感中心長期的探索和發(fā)展，吉林省農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)信息化建設(shè)已經(jīng)取得了突出成效。未來建設(shè)大范圍農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)運(yùn)行化系統(tǒng)，發(fā)展信息化、業(yè)務(wù)化農(nóng)情信息監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)和數(shù)字農(nóng)業(yè)的必然趨勢(shì)，隨著AI、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)發(fā)展和新數(shù)據(jù)的誕生，未來農(nóng)情監(jiān)測(cè)將更加智能化、精準(zhǔn)化、協(xié)作化和智慧化，提升農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)信息化建設(shè)作用未來在糧食安全生產(chǎn)領(lǐng)域、經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃等方面將有更大發(fā)展空間，還有待科研人員進(jìn)一步研究和探索。