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中国农业有了“中国天眼” ——我国首颗农业高分观测卫星的故事

  作者:  中国农村杂志社-微观三农   来源: 中国热带农业科学院  日期: 2018-10-19   点击:        打印  ] 我要分享

  

  201862日,由农业农村部作为牵头主用户的高分六号卫星在甘肃酒泉卫星发射中心成功发射,这标志着蓝天下的中国农业有了专属的中国天眼


  农业农村部副部长余欣荣说: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。


  几万公里外的遥感卫星拍照监测农作物长势,如今,帮农民防控减损,变得更加精准和便捷,这背后是农业走向现代化、智慧化的40多年历程中,留下的深深浅浅的脚印:20世纪70年代末,我国成立专门的农业遥感应用技术研究机构;1989年,农业遥感应用工作正式明确归口司局;1999年,农业部遥感应用中心成立。


  事实上,监测农作物生长、估算农作物产量、监测病虫害、了解土壤墒情、掌握山水林田湖草资源等都需要遥感卫星收集的大数据。但长期以来,我国的农业监测却依赖国外同类卫星数据或其他行业的卫星数据,智慧农业、精准农业、数字农业的实现缺少一颗专属的中国眼

党的十八大以来,党中央、国务院高度都重视农业遥感应用工作,2018年中央一号文件、国务院《全国农业现代化规划》、中办国办《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。十九大报告再次强调加强应用基础研究,拓展实施国家重大科技项目,为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑。

加快我国农业高分遥感卫星研发已是箭在弦上,不得不发。


  发起攻关 三农定制卫星


  2014820日,高分二号卫星的成功发射,标志着我国遥感卫星进入了亚米级高分时代。中国国家国防科技工业局副局长张建华接受采访时指出,这并不意味着我国盲目追求突破空间分辨率,而是根据用户多元需求,分别搭配不同载荷,比如多光谱、微波等。


  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得批复后,农业农村部高度重视、全力争取,被确定为高分六号卫星的牵头主用户,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,提出应用具体建议。20157月,高分六号终于立项,这意味着此前将近6年的论证正式进入实施阶段。


  “相比其他领域,农业遥感监测更具复杂性和特殊性。中国农业科学院资源区划所所长周清波长期从事农业遥感研究工作,农业监测的时效性强、内容庞杂、数据要求高等特点,为农业遥感技术攻关增加了多重困难。农业遥感要面向生产提供宏观决策服务,实现业务化运行,一方面迫切要改变我国农业数据长期东拼西凑、缝缝补补的状态,另一方面还要兼顾在农业生产中具有较强的应用性,高分六号卫星在农业领域如何应用成为关键环节。

     

  一次又一次的深入调研,反反复复的科学论证,最终才确定了高分六号卫星的需求报告。高分六号的设计更契合农业,要突破仅仅3-5年的使用寿命短板,还要增加荧光、高光谱、超光谱等监测新手段,实现大幅宽成像以及增加星上实时处理方案。中国农业科学院资源区划所研究员刘佳介绍,但这其中最关键的一项要求就是增加红边波段。


  “增加红边波段,能有效提升对作物类型的识别能力。刘佳解释,红边波段能反映不同作物的特有光谱特性,例如玉米、大豆、棉花、马铃薯属于同期生长的大宗作物,加入红边波段后区分不同作物的识别精度将得到不同程度的提高,也就为实现高精度、定量化和大范围的农业生产过程和农业资源环境要素监测提供了可靠的支撑手段。


  事实上,高分六号卫星已成为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。


  超级千里眼为农业监测拨开云雾


  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,可以获取从紫到近红外谱段的多光谱遥感数据,实现对陆表资源的综合观测,可以说具备了超级视力。高分相机拍摄幅宽超过90km,多光谱数据的空间分辨率为8m,支持高精度的农业资源调查等;宽幅相机的观测幅宽超过800km,空间分辨率为16m,支持大范围农业生产过程动态监测。高分六号将充分发挥大范围、重访周期短、定量化探测等优势,在农业常规监测、农业资源调查、农业政策落实情况核查、农业灾害监测与损失评估等领域充分发挥作用。


  农业农村部种植业管理司司长曾衍德在今年耕地轮作休耕试点工作新闻发布会上说:我们采用卫星遥感技术,对轮作休耕区域进行遥感监测,轮在哪里、休在哪里,轮了多少、休了多少,一扫就知、一目了然。高分六号卫星成功发射后,耕地轮作休耕制度试点等农业政策落实情况的核查也将获得更加精确的基础数据,进一步加快了农业督查一扫便知的实现进程。


  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。利用高分系列数据,农村土地确权登记,全国粮食生产功能区和重要农产品生产保护区两区划定,镰刀弯地区、退耕还林还草区、东北黑土区、地下水超采区农业结构调整等重大项目的实施情况都将置于天眼之下。


  “届时,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。刘佳介绍,农业遥感应用将为中央的宏观决策提供技术支撑。针对高分六号卫星平台和载荷特征,他们还将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。


  数字农业 布局天空地一体化监测


  “高分六号卫星发射后,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,数据保障能力翻倍,快速实现对作物和农田环境的监测。周清波所长介绍,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。


  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。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。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,形成了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。


  据了解,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。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。


  在大国小农的现实背景下,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的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。