——我國首顆農(nóng)業(yè)高分觀測衛(wèi)星的故事
2018年6月2日，由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作為牽頭主用戶的高分六號衛(wèi)星在甘肅酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，這標(biāo)志著藍(lán)天下的中國農(nóng)業(yè)有了專屬的“中國天眼”。
農(nóng)業(yè)農(nóng)村部副部長余欣榮說：“以‘數(shù)字技術(shù)+網(wǎng)絡(luò)技術(shù)’為代表的新一代科技革命已經(jīng)快速地走來，要依靠數(shù)字技術(shù)為農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革找到新的動力。高分六號衛(wèi)星補(bǔ)上了長期空白的‘天’的短板，為實現(xiàn)‘天空地’一體化監(jiān)測的數(shù)字農(nóng)業(yè)邁出了堅實一步。”
幾萬公里外的遙感衛(wèi)星拍照監(jiān)測農(nóng)作物長勢，如今，幫農(nóng)民防控減損，變得更加精準(zhǔn)和便捷，這背后是農(nóng)業(yè)走向現(xiàn)代化、智慧化的40多年歷程中，留下的深深淺淺的腳印：20世紀(jì)70年代末，我國成立專門的農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用技術(shù)研究機(jī)構(gòu)；1989年，農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用工作正式明確歸口司局；1999年，農(nóng)業(yè)部遙感應(yīng)用中心成立。
事實上，監(jiān)測農(nóng)作物生長、估算農(nóng)作物產(chǎn)量、監(jiān)測病蟲害、了解土壤墑情、掌握山水林田湖草資源等都需要遙感衛(wèi)星收集的大數(shù)據(jù)。但長期以來，我國的農(nóng)業(yè)監(jiān)測卻依賴國外同類衛(wèi)星數(shù)據(jù)或其他行業(yè)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，智慧農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)的實現(xiàn)缺少一顆專屬的“中國眼”。
黨的十八大以來，黨中央、國務(wù)院高度都重視農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用工作，2018年中央一號文件、國務(wù)院《全國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化規(guī)劃》、中辦國辦《關(guān)于創(chuàng)新體制機(jī)制推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的意見》都提出，要加強(qiáng)農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用，構(gòu)建天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)。十九大報告再次強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究，拓展實施國家重大科技項目，為建設(shè)科技強(qiáng)國、質(zhì)量強(qiáng)國、航天強(qiáng)國、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、交通強(qiáng)國、數(shù)字中國、智慧社會提供有力支撐。
加快我國農(nóng)業(yè)高分遙感衛(wèi)星研發(fā)已是箭在弦上，不得不發(fā)。
發(fā)起攻關(guān) 為“三農(nóng)”定制衛(wèi)星
2014年8月20日，高分二號衛(wèi)星的成功發(fā)射，標(biāo)志著我國遙感衛(wèi)星進(jìn)入了亞米級“高分時代”。中國國家國防科技工業(yè)局副局長張建華接受采訪時指出，這并不意味著我國盲目追求突破空間分辨率，而是根據(jù)用戶多元需求，分別搭配不同載荷，比如多光譜、微波等。
根據(jù)用戶需求設(shè)計高分系列研究衛(wèi)星，這為我國第一顆農(nóng)業(yè)衛(wèi)星的誕生提供了重要契機(jī)。
2009年高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項實施方案獲得批復(fù)后，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部高度重視、全力爭取，被確定為高分六號衛(wèi)星的牽頭主用戶，并由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院資源區(qū)劃所負(fù)責(zé)開展用戶需求和任務(wù)分析，提出應(yīng)用具體建議。2015年7月，高分六號終于立項，這意味著此前將近6年的論證正式進(jìn)入實施階段。
“相比其他領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測更具復(fù)雜性和特殊性。”中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院資源區(qū)劃所所長周清波長期從事農(nóng)業(yè)遙感研究工作，農(nóng)業(yè)監(jiān)測的時效性強(qiáng)、內(nèi)容龐雜、數(shù)據(jù)要求高等特點，為農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)攻關(guān)增加了多重困難。農(nóng)業(yè)遙感要面向生產(chǎn)提供宏觀決策服務(wù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)化運行，一方面迫切要改變我國農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)長期東拼西湊、縫縫補(bǔ)補(bǔ)的狀態(tài)，另一方面還要兼顧在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有較強(qiáng)的應(yīng)用性，高分六號衛(wèi)星在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域如何應(yīng)用成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
一次又一次的深入調(diào)研，反反復(fù)復(fù)的科學(xué)論證，最終才確定了高分六號衛(wèi)星的需求報告。“高分六號的設(shè)計更契合農(nóng)業(yè)，要突破僅僅3-5年的使用壽命短板，還要增加熒光、高光譜、超光譜等監(jiān)測新手段，實現(xiàn)大幅寬成像以及增加星上實時處理方案。”中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院資源區(qū)劃所研究員劉佳介紹，但這其中最關(guān)鍵的一項要求就是增加紅邊波段。
“增加紅邊波段，能有效提升對作物類型的識別能力。”劉佳解釋，紅邊波段能反映不同作物的特有光譜特性，例如玉米、大豆、棉花、馬鈴薯屬于同期生長的大宗作物，加入紅邊波段后區(qū)分不同作物的識別精度將得到不同程度的提高，也就為實現(xiàn)高精度、定量化和大范圍的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程和農(nóng)業(yè)資源環(huán)境要素監(jiān)測提供了可靠的支撐手段。
事實上，高分六號衛(wèi)星已成為我國第一顆具備紅邊波段傳感器的衛(wèi)星，也是世界上第一顆具備紅邊波段的寬視場多光譜中高分辨率衛(wèi)星。
超級“千里眼” 為農(nóng)業(yè)監(jiān)測撥開云霧
高分六號衛(wèi)星搭載了2個光學(xué)傳感器，分別是高分相機(jī)和寬幅相機(jī)，可以獲取從紫到近紅外譜段的多光譜遙感數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對陸表資源的綜合觀測，可以說具備了超級“視力”。高分相機(jī)拍攝幅寬幅寬超過90km，多光譜數(shù)據(jù)的空間分辨率為8m，支持高精度的農(nóng)業(yè)資源調(diào)查等;寬幅相機(jī)的觀測幅寬超過800km，空間分辨率為16m，支持大范圍農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程動態(tài)監(jiān)測。高分六號將充分發(fā)揮大范圍、重訪周期短、定量化探測等優(yōu)勢，在農(nóng)業(yè)常規(guī)監(jiān)測、農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、農(nóng)業(yè)政策落實情況核查、農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測與損失評估等領(lǐng)域充分發(fā)揮作用。
農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)管理司司長曾衍德在今年耕地輪作休耕試點工作新聞發(fā)布會上說：“我們采用衛(wèi)星遙感技術(shù)，對輪作休耕區(qū)域進(jìn)行遙感監(jiān)測，輪在哪里、休在哪里，輪了多少、休了多少，一掃就知、一目了然。”高分六號衛(wèi)星成功發(fā)射后，耕地輪作休耕制度試點等農(nóng)業(yè)政策落實情況的核查也將獲得更加精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步加快了農(nóng)業(yè)督查一掃便知的實現(xiàn)進(jìn)程。
為農(nóng)業(yè)“量體裁衣”設(shè)計的高分六號衛(wèi)星將在摸清農(nóng)業(yè)資源家底、落實農(nóng)業(yè)政策中發(fā)揮重要作用。利用高分系列數(shù)據(jù)，農(nóng)村土地確權(quán)登記，全國糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護(hù)區(qū)“兩區(qū)”劃定，“鐮刀彎”地區(qū)、退耕還林還草區(qū)、東北黑土區(qū)、地下水超采區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等重大項目的實施情況都將置于“天眼”之下。
“屆時，行業(yè)用戶可以免費使用高分六號衛(wèi)星獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，高時空分辨遙感數(shù)據(jù)保障率有效提升，徹底擺脫了農(nóng)業(yè)遙感中高分辨率遙感數(shù)據(jù)長期依賴國外衛(wèi)星的局面。”劉佳介紹，農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用將為中央的宏觀決策提供技術(shù)支撐。針對高分六號衛(wèi)星平臺和載荷特征，他們還將進(jìn)一步開展農(nóng)業(yè)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、農(nóng)業(yè)專題產(chǎn)品生產(chǎn)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)建、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測與評價技術(shù)規(guī)范等內(nèi)容的研究與建設(shè)。
數(shù)字農(nóng)業(yè) 布局“天空地”一體化監(jiān)測
“高分六號衛(wèi)星發(fā)射后，將與2013年發(fā)射的高分一號衛(wèi)星進(jìn)行組網(wǎng)，使得衛(wèi)星的重訪周期從4天縮短到2天，數(shù)據(jù)保障能力翻倍，快速實現(xiàn)對作物和農(nóng)田環(huán)境的監(jiān)測。”周清波所長介紹，隨著我國高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項的實施，國產(chǎn)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用比重逐漸提高，在替代國外數(shù)據(jù)的同時，也逐漸提高了農(nóng)業(yè)遙感的監(jiān)測精度，拓展了遙感在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域。
我國地域廣闊，作物類型多樣，種植結(jié)構(gòu)復(fù)雜，監(jiān)測方式不僅通過衛(wèi)星遙感，還有地面無人機(jī)和地面調(diào)查系統(tǒng)，作物監(jiān)測內(nèi)容較多。南方地區(qū)云雨天氣多，除傳統(tǒng)的光學(xué)衛(wèi)星遙感外，還需要雷達(dá)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。要獲取海量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、資源環(huán)境、自然災(zāi)害等有價值的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)和信息，形成了一批重要的農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測成果，為農(nóng)業(yè)信息化奠定基礎(chǔ)，需要進(jìn)一步構(gòu)建完善衛(wèi)星、航空、地面無線傳感器等“天空地”一體化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
據(jù)了解，我國將按照分步實施、急用先行的原則繼續(xù)布局農(nóng)業(yè)遙感衛(wèi)星星座，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)行業(yè)大部分要素覆蓋，重點滿足我國國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常規(guī)監(jiān)測、重大農(nóng)業(yè)政策執(zhí)行情況監(jiān)測等行業(yè)業(yè)務(wù)的觀測需求。同時，針對農(nóng)業(yè)高時效的觀測需求，利用多星組網(wǎng)，實現(xiàn)較高的觀測時間分辨率。不斷提升觀測時效性和要素的覆蓋性，形成高效完善的觀測能力。
在“大國小農(nóng)”的現(xiàn)實背景下，要實現(xiàn)從粗放傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向綠色現(xiàn)代農(nóng)業(yè)全面轉(zhuǎn)型，數(shù)字技術(shù)已然成為提升農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化治理水平的關(guān)鍵。第一顆農(nóng)業(yè)衛(wèi)星是構(gòu)建“天空地”的數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)的重要開篇，也是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)強(qiáng)國重要的技術(shù)支撐。
