吉林省農情遙感監測信息化建設主要成效及發展思路探討

谷金英 丁春雨 李勇 張曉嬌 袁鐵英 劉東燁

(吉林省農業資源與農業區劃研究所，吉林 長春 130000)

遙感技術是根據電磁波理論在一定距離上應用各種傳感器不直接接觸目標物體獲取地表物體幾何和物理性質的綜合性探測技術，具有獲取影像資料的速度快、獲取周期短，探測范圍大、獲取信息量大，受地面條件限制少，獲取方法多等優勢。隨著遙感技術的不斷發展，使得遙感應用的領域也不斷擴大，如林業遙感、氣象遙感、地質遙感、軍事遙感、資源遙感、災害遙感等，尤其是在農業領域中的遙感應用也越來越廣泛，逐漸發展形成了農業遙感技術[1]。農業遙感技術是遙感技術和農業科學相結合而形成的，在農情遙感監測中發揮了重要作用。農情遙感監測是指應用遙感等信息技術對農業資源、農業生產信息，如土壤墑情、農作物種植面積、作物長勢、產量及農業自然災害等農情進行綜合監測和評價分析，輔助農業生產決策的過程，以期為政府、農業管理部門和農業生產者提供信息支持和服務[2]。農業地位的提高，迫使農業技術不斷革新，近年來通訊傳輸、電子信息、物聯網等高新技術的快速發展為加快農情監測業務化運行提供了有利條件[3,4]。

吉林省是我國農業大省，根據《國家統計局關于2021年糧食產量數據的公告》公布，吉林省2021年糧食產量達403.92億kg，吉林省糧食總產量躍居全國第5位，糧食產量已連續7a突破350億kg，主要農作物年播種面積約5721.3千hm2，為保障國家糧食安全作出重要貢獻。當前和今后一個時期，種植業結構不斷調整，加之面臨的外部環境日趨復雜，提升糧食綜合生產能力任務更加艱巨。吉林省作為糧食生產大省，黑土地保護區重點區域，更應率先發展數字農業、智慧農業和精準農業，率先實現農業現代化，而農業遙感技術是實現智慧農業和精準農業的重要手段，本文通過梳理吉林省農情遙感監測信息化建設取得的成效，總結目前農情遙感監測工作面臨的問題，結合實際提出今后在農情監測業務化工作中的發展思路，旨在實現農情監測專業化、信息化、業務化，不斷提高農情監測精度和效率，助推加快實現農業現代化。

1 主要成效

近年來，為提高吉林省糧食生產效能，做好農情監測預報工作，及時、準確向政府管理部門和農業生產主體提供可靠的參考信息，吉林省農業遙感中心(吉林省農業產業化研究所)充分發揮農業遙感技術、地理信息系統技術、網絡信息技術和地面監測系統等高新技術在農情監測工作中的作用，在農情遙感監測、農業數據信息管理、農業資源綜合應用等方面開拓創新，不斷提升遙感監測業務化水平，發揮資源優勢，在吉林省農情遙感監測信息化建設中取得了顯著成效，不斷實現完善了農情遙感監測資源的數字化管理和可視化應用。

1.1 監測業務化水平不斷提升

1.1.1 監測范圍不斷擴大

吉林省農業遙感中心連續多年申請省財政預算開展實施了“遙感業務化運行”項目，開發研制了適合吉林省農作物遙感監測的模型，結合實際農情調研考察，2020年以前每年定期實現了吉林省中西部地區的農作物土壤墑情監測、農作物長勢監測、作物產量估算、作物災害監測等農情監測信息。隨著科研力量的不斷增強，農情遙感監測業務范圍不斷擴大，2021年開始，吉林省農業遙感中心每年定期對吉林省全域內的耕地進行土壤墑情監測，作物長勢監測和產量預測，為全省的農業生產機構、政策制定部門、社會企業和廣大農戶提供了大量準確的農情監測服務信息。

1.1.2 監測精度持續提高

農情信息監測精度是農情遙感監測結果是否準確可用的關鍵問題，而監測精度是由多方面因素決定的，其中首先應考慮的是當前可采用的遙感信息來源。隨著我國航空航天事業的不斷發展，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用，使農情遙感監測精度不斷提高。吉林省在農業遙感監測工作中也不斷嘗試，不斷創新，將高時間分辨率遙感影像與高空間分辨率遙感影像相結合，選取TM影像、高分一號、高分二號遙感影像等數據作為水稻提取數據源，通過采取多源多時相遙感影像數據，采用分層分類和迭代優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提取，為吉林省作物的農情監測、產量估測、災害評估等提供了可靠的數據基礎和方法參考。

1.1.3 監測種類有所增加

多年來吉林省農情遙感監測工作不斷完善，借助吉林省農情遙感監測業務化運行項目，長期對吉林省的水稻、玉米等農作物開展土壤墑情監測、作物長勢監測、產量估測和災害評估等，初步建成了運行穩定、業務高效的農情信息監測系統。2020年吉林省“糧食生產功能區和重要農產品保護區”劃定工作基本完成，取得了階段性成果，為保障“兩區”下一階段建管工作有序的推進實施，吉林省農業遙感中心承擔了對“兩區”數據庫進行管理和維護的工作，并逐步定期對“兩區”內的水稻、玉米和大豆目標作物進行動態監測。“兩區”目標作物的動態監測使吉林省農業遙感監測業務化建設又邁上一個新臺階。

1.1.4 監測技術不斷提升

近2a，吉林省在農情遙感監測的技術上也取得了突破成績，引進大疆多光譜無人機一臺輔助開展農情監測調查研究。小型無人機具有獲取研究區遙感影像及時，操作簡便，易學易用，地面分辨率高等優點，可以在短時間內快速獲取目標區域的遙感影像，結合農作物地面測量，可以快速、準確地完成農情監測信息服務。通過不斷加強多光譜無人機飛行平臺建設，將無人機遙感技術應用到農情監測服務中，使吉林省農情遙感監測業務不斷完善，技術不斷提升，更好地為吉林省農業生產和農業科技發展服務。

1.2 實現了資源的數字化管理

隨著吉林省農情遙感監測的不斷發展和推進，多年積累、保存了大量的基礎數據和成果資料，為了便于數據的存檔和管理，統一數據格式，方便數據的備份、查詢、分析和使用，省農業遙感中心收集整理了歷年來的各類農業資源相關數據資料，采用GIS技術以及數據庫技術、計算機網絡技術，開發建立了吉林省農業資源與農業區劃數據共享服務平臺，將大量的農業資源基礎數據和各類農業信息專題數據上傳至數據共享服務平臺中，實現了農業資源信息的數字化管理模式，不僅為同行業及廣大社會用戶及時提供了科學、詳實的基礎數據和監測成果數據，同時也為不同年度調查監測的數據成果進行深入挖掘和綜合分析，提高數據的管理和開發利用水平，促進動態監測成果數據和基礎資料的系統管理與共享，實現資源管理的信息化奠定了良好的基礎。農業資源信息的數字化管理，為吉林省政府相關部門制定農業生產決策和戰略發展規劃提供了基礎數據和參考，同時也滿足了同行業及廣大用戶對農業資源數據的共享需求。

1.3 初步實現農情監測的可視化

2016年，吉林省農業遙感中心與中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所合作，利用星陸雙基與農業物聯網技術，建立了基于物聯網的“吉林省農情遙感監測與信息服務系統”，面向內部用戶、政府相關部門和社會公眾等不同需求群體，實現了包括作物種類、土壤參數、作物長勢、氣候變化和環境信息等農業生產全過程的可視化和數字化，為吉林省農業宏觀生產管理、災情動態監測、早期糧食估產等提供了快速、直觀的可視化信息。

2 面臨問題

雖然吉林省農情遙感監測的技術水平和服務能力不斷提升，已經形成了基本體系，取得了顯著成效，但發展中仍面臨一些掣肘問題和亟需解決的困難。

2.1 地面監測站點少，無法獲取足夠實測數據

眾所周知，遙感反演是遙感監測技術中的重要手段，也是農情監測中至關重要的一種方法，而地面實測數據是遙感反演必不可少的基礎，同時也直接影響著監測成果的準確程度。吉林省農業遙感中心近年來逐步開展大田物聯網遙感監測系統建設工作，實現了葉面積指數、高光譜數據和部分環境參數數據的采集和分析工作，但由于資金不足、管護難度大等原因，目前只有5個示范區監測站，每種作物平均還不到2個，導致實測的可用數據不足，無法滿足遙感反演數據需求。

2.2 可獲取的影像數據不足

在農業遙感應用領域的大背景下，可應用的遙感影像要么空間分辨率低，不足以滿足農業監測需求，要么遙感影像數據獲取周期長，導致在農業遙感監測工作中，存在對高分辨率衛星遙感影像的數據需求與實際可應用的圖像數據不匹配的問題。吉林省地域分布明顯，西部是草原鹽堿地，中部是平原地區，東部是山區多林地，西部鹽堿地種植雜糧雜豆較多，作物種類繁多，分布不均，所需影像質量要求相對較高，然而目前可獲取的免費影像數據資源較少，部分影像收費較高，不利于農情遙感監測的深入開展。東部山區由于特殊的生態環境氣候，晴天或無云的影像較少，可獲取的影像時序性差，難以滿足研究需求。

2.3 災情監測不及時

吉林省農業災害不斷，尤其是近2a，臺風、冰雹、旱災和澇災時有發生，但在災情監測方面，由于受天氣影響，往往不能及時獲取災害前后的影像數據，導致災情監測不及時;采取災害監測的手段相對落后，災害監測技術水平相對不高等因素也是影像災情監測不及時和不精準的重要原因。

2.4 服務公眾能力不足

目前農情遙感監測業務多停留在數據獲取階段和數據處理方面，如建立基于衛星技術的農業遙感數據采集系統、基于農業物聯網和移動互聯網的手機APP、生物傳感器系統等方面比較突出，而數據挖掘和分析方面比較薄弱，服務公眾和推廣應用方面還比較欠缺，有待提升。

3 發展思路

3.1 不斷加強業務合作，提高農情監測水平

就目前吉林省農業遙感監測的發展現狀來看，由于科研經費有限，無法滿足持續增建大田物聯網監測站點的需求。為了充分利用遙感技術發展帶來的機遇，不斷提高吉林省農情遙感監測的技術水平和應用能力，建議由政府部門牽頭，制定具體的發展規劃，協調科研院所、企事業單位等相關科研機構互補長短，交流合作，在人才培養、數據共享、技術更新等方面開展全方位合作，既可以整合資源，滿足農情遙感監測基礎需求，又可以加強合作，拓寬科研業務的渠道，建設成更加成熟的農情監測運行系統和支持體系。

3.2 不斷改進技術方法，提高農情監測精度

當前遙感技術飛速發展，特別是傳感器在空間、時間和光譜維度分辨率的不斷提高、新型傳感器的應用等諸多方面為農情遙感監測提供了更加便利的條件，如吉林省自主研發的“吉林一號”衛星數據，具有高時間和空間分辨率等優勢。科研人員應深入挖掘，積極探索，提高科研技術和創新能力，充分應用吉林一號衛星數據，不斷拓寬數據來源，提高數據質量，加強吉林省農情遙感監測的服務水平和精度。此外，小型無人機、智能終端等移動設備在未來農業遙感監測信息安全建設、農情遙感監測范圍的拓展等方面也將發揮重要作用，加強人才儲備和技術更新，不斷適應新形勢、新技術、新業務才能使吉林省農情遙感監測服務水平更加專業和精準。

3.3 不斷創新科研方向，提高農情監測應用

農情遙感監測服務范圍廣、受眾面大，從政府決策部門到種植農戶都需要及時準確地掌握農情信息[5]。目前，農情遙感產品多以定期報告的形式發布，發布形式單一，服務公眾能力不足。隨著互聯網技術和無線通信技術的不斷發展，農情遙感監測發布的產品和發揮的功能將更加靈活、多樣。提高技術能力，加強科研創新，針對不同受眾群體，提供個性化遙感產品和信息服務，滿足市場需求，是未來農業遙感發展的重要方向。

經過吉林省農業遙感中心長期的探索和發展，吉林省農情遙感監測信息化建設已經取得了突出成效。未來建設大范圍農情遙感監測運行化系統，發展信息化、業務化農情信息監測是實現智慧農業和數字農業的必然趨勢，隨著AI、大數據等新技術發展和新數據的誕生，未來農情監測將更加智能化、精準化、協作化和智慧化，提升農情遙感監測信息化建設作用未來在糧食安全生產領域、經濟發展規劃等方面將有更大發展空間，還有待科研人員進一步研究和探索。