发布时间：2022-05-06 发布者：谱视界来源：谱视界

谱视界 |“天空地”智慧农业监测解决方案

“天空地”智慧农业监测解决方案

背景

　　我国是一个农业大国，农业关系到国计民生，是国民经济的支柱产业。我国农业的生产结构包括种植业、林业、畜牧业、渔业和副业，但数千年来一直以种植业为主。其中，2021年我国农业总产值为83086亿元，同比上涨7.1%，占国内生产总值的7.26%。

　　在农业监测管理中，农业数据通常非单一，需要多传感器等技术手段进行多元化监测。随着近年来无人机技术的迅速发展，基于空地一体化技术的方式可以搭载设备，用于农业信息获取，此种方式迅速发展到各个领域。现有的航天、航空和地面遥感技术已广泛应用于监测农田作物的生长状况，加强了农作物的精准管理，提高了农业生产效益。

　　“十三五”规划纲要、2016年以来每年的“中央一号文件”、近年发布的《新一代人工智能发展规划》《数字乡村发展战略纲要》《数字农业农村发展规划（2019—2025年）》等，都对农业数字化和智能化发展作出顶层设计和系统谋划。发展智慧农业是贯彻落实我国“四化同步”国家战略、加快转变农业发展方式和推进农业现代化建设的迫切需要，有助于促进信息化与农业现代化深度融合，推动农业全产业链改造升级，进行资源优化配置和科学管理，有效提升农业生产经营效率和改善农业生态环境，对建设数字中国、实施乡村振兴战略、推进农业高质量发展具有重要意义。

智慧农业与“天空地”一体化

　　智慧农业的关键是数据，需要解决数据获取、处理与应用三大问题。数据是基础性战略资源，数字经济是现代经济发展新动能。党的十九届四中全会首次提出，将数据作为生产要素参与收益分配，数据作为新生产要素从投入阶段贯穿到产出和分配阶段。

　　数据获取是智慧农业的基础。通过精准感知和数据采集技术创新，构建“天空地”一体化的农业农村信息采集技术体系，开展数据采集、输入、汇总、应用、管理技术的研究，提升原始数据获取和处理能力，解决“数据从哪来和如何管”这一基础问题。重点是推进满足农业农村需求的专业遥感卫星研发，突破无人机农业应用的共性关键技术，攻克农业生产环境和动植物生理体征专用传感器制造，实现重要农区、牧区的资源环境、生产、经营、管理、服务等跨区域、全要素、多层次的数据采集；研发农业农村大数据管理平台，突破“集中+分布式”农业农村资源资产一体化云架构、数据安全等关键技术。

　　与传统的智能农业相比，天空地是关键技术手段，旨在利用航天遥感覆盖区域广、空间连续，航空遥感观测精度高、时间连续，以及地面物联网实时观测、信息真实的联合优势，建立航天卫星遥感为主，航空遥感辅助应急、地面真实值的天空地一体化观测系统，克服单一传感器、单一平台观测的局限性，实现农业信息的高精度、多尺度、立体化、时空连续获取；智慧农业是作用对象和服务目标，其核心是利用现代技术建立农业大数据分析与应用平台，推进农业资源要素及权属数字化，加强农业生产过程监测、灾害动态监测和市场监测预警，指导农业绿色发展，服务全球农业合作，实现智慧农业跨越式发展。

“天空地”一体化

　　“天空地”一体化解决了单一传感器、单一遥感平台在实际农业应用中存在较多局限性，因此，综合天基、空基和地基观测的天空地协同感知成为智慧农业的发展方向。表1为“天空地”一体化各平台的作用总结。

（1）天基：卫星传感器

　　“天”是利用卫星遥感技术对农作物长势及面积进行大尺度监测。常用的卫星如国产资源系列卫星、高分系列卫星、气象卫星、Landsat系列卫星、Wordview系列卫星、RapidEye卫星、Spot系列卫星等。

（2）空基：飞艇、无人机传感器、高空气球

　　“空”主要是利用航空遥感技术对重点关注农作物进行中小尺度监测。航空遥感环境监测是利用各种飞机、飞艇、高空气球等作为传感器运载工具，搭载特定的传感器对单体环境事件和地方层面、局部区域实施的遥感监测，比如发生重大作物病虫害或者灾害事故时，在空中实施的遥感监测。

（3）地基：地面物联网感知设备

　　“地”是在地面采用多种监测手段（如陆基和手持设备等），实现精细化的综合监测。地基传感器，通常用作连续性、长时间监测，可以监测事件的发生前、发生中、发生后等一系列过程。

　　无锡谱视界科技有限公司（以下简称谱视界）基于多年的光谱设备研发经验及农业应用技术积累，综合利用天基、空基、地基、手持等多类型设备对较大空间范围和较长时间跨度的农作物长势、病害等进行全天候、多维度监测与数据分析，将数据分析结果通过4G/5G网络上传至在线监测平台，平台对其进行快速处理，并将分析结果实时展示在大数据看板中。大数据看板集多维数据与数据分析、看板展示于一体，同时配备手机端，及时推送预警信息为用户提供决策依据。谱视界构建的“天空地”一体化智慧农业在线监测平台的方案清单如表2所示。

表1 “天空地”一体化各平台的作用总结

序号	平台	作用
1	航天平台	国家、省级、市级农作物耕作面积、农作物种类、农作物长势、空间分布、地形特征，大范围普查，精度较低
2	机载平台-激光雷达	植被高度、生物量等。优势是高度测量精确，分辨率高；缺陷是价格高，光束窄，数据处理工作量大，受水体干扰大。
	机载平台-多光谱	面积、长势初判、覆盖度、养分状况等。优势是数据量小，处理速度快，传感器成本低；缺陷是波段有限，光谱信息量小。
	机载平台-高光谱	面积、覆盖度、长势、叶面积指数、病虫害、水肥胁迫、分类等。优势是光谱分辨率高；缺陷是数据量大，成本高。
	机载平台-热红外	植被气孔导度、环境胁迫、病害监测。优势是能够对大区域冠层一次性成像获取温度；缺陷是受外界环境影响较大，对小幅度温度变化不敏感，高分辨率的传感器较重。
3	地面平台	实时、定位、定量、连续地进行获取和分析点位尺度农作物的长势状况、病害胁迫情况以及土壤肥力情况等

图1 “天空地”一体化协同助力智慧农业发展

表2 “天空地”智慧农业监测体系建设方案全套位置清单

序号	设备名称	品牌	实体图	产品功能简介
1	机载Specvision	谱视界		实时在线、可视化对农作物长势与病害、耕地肥力等信息用“一张图”进行展示
2	塔基Lambda	谱视界		安装于高塔之上，大面积对农作物重点观测区域可视化、多参数、实时在线监测
3	岸基VisionField	谱视界		小尺度、实时、可视化地对目标区域的农作物进行长势、病害和胁迫监测
4	地基Visionpoint	谱视界		点位尺度、实时、多参数进行信息精准感知
5	手持Visionhand	谱视界		人工排查，助力多角度、多维度监测农作物长势
6	农作物监测云系统	谱视界		云平台集天空地多尺度数据、数据分析、看板展示于一体，同时配备手机端，及时推送预警信息为用户提供决策依据
7	卫星数据	中国		天基数据可对农作物长势分布、种类分布、土壤肥力等进行大尺度的监测