DIEY“遥感×”应用场景｜高标准农田遥感监测应用场景研究- 大数跨境

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DIEY“遥感×”应用场景｜高标准农田遥感监测应用场景研究

数慧云脑

2024-04-29

导读：AI全过程赋能助力加快农业农村现代化

编者按

随着遥感技术的快速发展，尤其是与人工智能、大数据和云计算等新技术的深度融合，其强大的数据获取能力、实时监测能力和大范围覆盖能力可为各行各业带来更高效、智能和精准的解决方案。数慧时空作为卫星应用服务领军企业，一直坚持以技术创新和业务研究为双轮驱动，积极开展“遥感×”应用场景的体系化研究。近期，我们将陆续分享阶段性研究成果，敬请关注。

前言

大力推进高标准农田建设，是稳步提高农业综合生产能力、保障国家粮食长久安全的物质基础，是提高农业整体效益的重要手段，具有重大的现实意义和深远的战略意义。

高标准农田具有集中连片且机械化程度高的特点。遥感技术作为一种极为有效的监测和信息获取手段，可以快速、准确、经济地提供大面积高标准农田的时空变化信息，进而服务于土壤质量监测、作物长势判断、产量估算预测、病虫害监测、水分监测、作物种类识别等众多应用需求。

政策规定

2019年《国务院办公厅关于切实加强高标准农田建设提升国家粮食安全保障能力的意见》中提到，要推动藏粮于地、藏粮于技，突出抓好耕地保护、地力提升和高效节水灌溉，大力推进高标准农田建设，开展高标准农田建设专项清查，全面摸清各地高标准农田数量、质量、分布和利用状况。

2021年农业农村部印发《全国高标准农田建设规划》中指出到2025年建成高标准农田10.75亿亩，并改造提升现有高标准农田1.05亿亩，到2030年建成12亿亩。

2023年中央一号文件《中共中央国务院关于做好2023年全面推进乡村振兴重点工作的意见》中强调完成高标准农田新建和改造提升年度任务，制定逐步把永久基本农田全部建成高标准农田的实施方案。

业务需求分析

利用卫星遥感影像，通过遥感反演和智能解译等技术手段进行高标准农田监测，从作物长势、冠层含水量、生物量、总初级生产力、种植结构和面积等方面提供全面、精准、快速的监测结果，助力农业从业者更为精细、高效地经营农田，提高农业生产效率，降低农民劳动强度，制定科学的种植、灌溉和施肥计划，在提高产量的同时，降低资源浪费，能够更好地应对气象变化和气象灾害。同时，为政府部门制定农业政策和规划提供科学依据，提高我国农业综合生产能力，保障国家粮食安全，推动农业可持续发展。

监测内容

1、作物长势遥感监测

农作物长势监测旨在实时监测和评估农作物的生长状况。通过归一化植被指数NDVI，建立地表覆盖指数模型，反映出地表覆盖的遥感区域分异情况及其随季节变化的规律，来了解作物的长势状况。通过了解农作物的生长状态，农民或农业专业人员可以根据需要采取相应的措施，以促进农作物的生长和提高产量。

2、作物冠层含水量遥感监测

植被冠层中水分含量是重要的植物指标，作物水分的盈亏影响着作物的长势及产量。较高的水含量通常表明植被健康、生长较快、不易着火。当水分缺乏时，作物的生长就会受到影响。掌握作物冠层水分含量情况，助力农业人员制定科学的灌溉计划，保障作物生长所需的水分充足，进而提高农田产出。

3、生物量遥感监测

作物生物量通常是指单位面积内作物累积有机物质的总量，其与长势和单产密切相关，是农业监测中应用最为广泛的指标之一。作物生物量快速精确的监测对于农业资源的合理利用与农田的精准管理具有重要意义。针对作物生物量进行监测，助力农业人员制定种植计划，保障作物长势和单产。

4、总初级生产力遥感监测

总初级生产力(GPP)是指单位时间、单位面积内生物(主要是绿色植物)通过光合作用途径所固定的有机碳量。GPP作为评估植物生态系统是否健康的重要指标，可以反映植被的固碳能力以及光合作用的强弱，掌握陆地生态系统在自然条件下的生产能力。精准评估农田作物总初级生产力，可以帮助农业人员评估作物的活力状态，进而助力农业人员采取相应的措施来改善农作物的生长状态。

5、作物种植结构及面积遥感监测

通过智能解译技术，利用时间序列遥感影像，结合作物物候期信息，区分作物种植类型，并精准提取各类作物的种植地块，统计种植面积，便于开展作物种植面积和种植结构的变化监测，同时也是实现地块级别的作物长势监测、含水量监测、生物量监测、总初级生产力监测的基础。

监测指标

1、长势监测指标：归一化植被指数（NDVI）、叶面积指数（LAI）、长势分级指标

2、冠层含水量指标：归一化差值水分指数（NDWI）、冠层含水量（CWC）

3、生物量监测指标：归一化植被指数（NDVI）、地上生物量AGB(Above Ground Biomass)

4、GPP监测指标：归一化植被指数（NDVI）、总初级生产力（GPP）

技术路线

数慧时空高标农田监测技术路线图

成果展示

1、长势监测成果

某镇2022年4月18日冬小麦苗情长势分类图

2、冠层含水量监测成果

某地2022年4月03日冬小麦冠层含水量图

3、生物量监测成果

某地2023年5月冬小麦生物量监测图

4、GPP监测成果

某地2023年5月冬小麦总初级生产力监测图

未来展望

耕地是粮食的“命根子”，数量和质量协同发展关乎我国粮食安全与社会稳定。深入贯彻落实“藏粮于地、藏粮于技”战略，建设高标准农田是巩固和提高粮食生产能力的重要举措。

同时，高标准农田要建好，还要管好、用好。长期以来高标准农田建设分散管理、投入不足，导致存在重建设、轻管理现象。科技是农业发展的第一推动力，通过大力引入包括遥感技术在内的现代化科技手段，打造高标准农田管理常态化动态监测体系，有助于建立健全管护长效机制，确保“建成一亩、管好一亩、见效一亩”，为构建更高水平、更有效率、更可持续的国家粮食安全提供有力支撑。

其中，遥感技术除了应用于作物长势监测、含水量监测、生物量监测、生产力监测等，在产量预测、病虫害监测、灾害定损、农田立体规划、养分监测等领域的发展也已日渐成熟。数慧时空将继续加大技术创新和业务研究投入，通过AI全过程赋能助力加快农业农村现代化。

数慧时空作为卫星应用服务领军企业，多年深耕遥感AI领域，将20多年业务理解与计算机视觉技术创新融合，研发了智能遥感云平台DIEY。目前，DIEY平台已适配星源超100个，涵盖了国内外主流的多光谱、高光谱、雷达卫星；已训练农作物、林地、草地、裸地、水域、建筑、道路、硬化与推堆土、变化检测、多分类、无人机等相关模型500余个，打造了覆盖智慧国土、智慧农业、智慧水利、智慧林业、智慧城管、智慧环保、智慧交通、智慧应急、智慧发改、智慧审计、智慧电路等领域的120余个应用场景；已形成110余项专利，并在广东、新疆、甘肃、山东、江苏、宁夏、黑龙江、河南、陕西等20余个省市近50家单位开展生产。

往期“遥感×”精彩回顾

【声明】内容源于网络

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自然资源领域标准制定的参与者、数据质量的把关者、信息工程的承担者，多年来坚持新技术研发投入和行业业务研究，不断为自然资源“业务数据化、数据业务化”提供最佳实践。

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