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农业部遥感技术应用现状与发展思路  
  日期:2020-11-11 15:48:13  阅读次数:   来源:xwll  
 
 
  信息技术和生物技术是21世纪的两大前沿科学技术,遥感技术是现代信息技术的一种。当前,我国农业发展进入了新阶段,农业发展由过去的资源约束变为受资源和市场的双重约束,进行农业和农村经济结构的战略性调整、提高农业综合效益和农民收入的任务十分繁重。我国加入了WTO,又面临着新的机遇和挑战,农业发展由过去主要面对国内市场竞争变为参与国内、国际两个市场的竞争。这对农业科技发展提出了新的、更高的要求。遥感技术作为现代信息技术的前沿技术,能够快速准确地收集农业资源和农业生产的信息,结合地理信息系统和全球定位系统等其他现代高新技术,可以实现信息收集和分析的定时、定量、定位,客观性强,不受人为干扰,方便决策。因此,在农业发展的新阶段,运用遥感技术开展农业监测工作,将促使农业决策科学化提高到一个新的水平,同时也将为农业生产提供高质量的服务。

  一、农业遥感应用的简单回顾

  我国农业遥感应用工作起步还是比较早的。从20世纪70年代末开始,当时根据土壤普查和农业区划工作的要求,在国家计委、国家科委和农业部的支持下,联合国粮农组织(FAO)、计划开发署(UNDP)提供了资助,农业部门成立了专门的技术研究机构,开展了遥感应用的技术和设备引进以及人才培训工作。经过20多年的技术攻关、实验研究和生产服务,目前农业遥感技术应用已经形成了一支分属于13个工作单位、拥有技术人员200多名的专业队伍,能够承担和完成农业资源调查和监测、主要农作物估产、农业自然灾害监测和评估等任务。

  农业部开展遥感技术应用20多年来,取得了一大批重要成果。一是在农业资源调查和监测方面,开展了全国耕地变化监测。我国北方4省区10年(1987~1997年)土地开发利用综合评价、全国土地利用现状概查、松嫩平原土地利用遥感调查、内蒙古草原资源调查和监测等;二是在作物估产方面进行了北方7省冬小麦遥感估产、黑龙江省大豆及春小麦估产、南方稻区水稻估产、棉花面积监测等项研究;三是在生态环境变迁方面,进行了全国水土流失调查制图、北方地区土地沙漠化监测等;四是在自然灾害监测方面,开展了北方草原火灾监测、北方冬小麦旱情监测等。

  二、农业部遥感应用中心概况

  农业遥感工作虽然取得了上述一系列成果,但也存在着一些问题。一是农业遥感应用的项目、技术力量分散,存在与部中心工作和生产需求脱节的现象;二是缺乏有效满足大尺度运行监测的技术方法;三是技术设备难以满足及时处理大量遥感数据的需求。

  1998年机构改革后,为了更加有效地组织开展农业部的遥感应用工作,充分发挥现代高新技术在农业上的应用潜力,1999年3月,农业部党组决定成立农业部遥感应用中心,设在发展计划司(全国农业资源区划办公室)。“中心”是一个联合工作机构,“中心”首先明确了工作的基本思路,一是通过项目(任务)的方式把农业部内各遥感应用单位的力量整合组织起来,形成农业部遥感应用的骨干队伍;二是紧紧围绕农业部中心工作,为部领导决策和各司局工作提供基础性资料和参考意见。

  “中心”设置综合运行部、基础信息部、监测评估部、技术培训部和若干分中心。实际运行时各单位的分工如下:

  1.综合运行部:由中国农科院资源区划所承担,负责总体运行工作。

  2.技术培训部:由中国农业大学资环学院承担,主要负责技术培训和基础研究工作。

  3.基础信息部:由农工院农业资源监测总站承担,负责基础数据库建设,并承担黄淮海区的工作。

  4.监测评估部:由农业部信息中心承担,参与遥感监测结果的会商评估工作。

  5.农业遥感分中心:按照全国农业综合区划9个一级区设置。每个一级区设置1个专业技术单位。目前已有7个技术单位,负责8个区域的工作。成都农业遥感分中心(四川省农科院遥感所)负责西南区、南京农业遥感分中心(江苏省农科院遥感所)负责长江中下游区、哈尔滨农业遥感分中心(黑龙江省农科院遥感所)负责东北区、山西省农业遥感中心(山西省农业遥感研究所)负责黄土高原区、中国农科院草原所负责内蒙古及长城沿线区、甘肃草原生态所负责甘新区和青藏区,还有华南区和黄淮海区将暂时分别由农科院资源区划所和农工院资源监测站承担。

  农业部遥感应用中心的基本任务是为部领导和业务部门的宏观决策提供及时、准确、可用的农业遥感成果。业务工作分为以下几部分:

  首先是经常性任务和基本遥感信息产品。一是农作物种植面积变化快速估测和产量预报。先做冬小麦和玉米作物,以后逐步过渡到夏粮和秋粮的面积变化以及产量估测和预报;二是农业灾害监测,包括旱灾、雪灾、草原火灾等及其对农作物产量的影响评价;三是渔情速报及海洋渔业环境调查监测。

  其次是固定周期的监测任务。一是耕地变化监测,查清每一定年间的净变化及其变化原因和特点;二是草原生产能力和草地生态平衡(包括荒漠化、开荒和撂荒等)监测;三是生态结构(重点是土地利用结构或土地覆盖类型普查)监测;四是大宗农作物面积普查。

  再次是非固定周期的工作。一是重点地区农业资源调查分析;二是重点区域农业生态灾害(土地退化、沙化、盐渍化、水土流失等)调查;三是农业重大项目跟踪监测和评估。农业部遥感应用中心的基本工作方法和程序是:“中心”将遥感数据处理和分析工作分配给所属各部门和各分中心,所需的地面调查点将尽可能地利用有关司局和各级农业区划办公室已有的工作基础,并由各有关分中心负责协调,形成地面点—分中心—中心的数据流程和工作路线,然后遥感中心各部门及有关司局进行会商形成工作成果,通过《遥感快讯》形式上报部领导并通报部内外有关单位。

  目前,农业部遥感应用中心已拥有一支专业技术队伍,并配备了相应的设备,基本具备了进行大规模农业资源调查和监测、农业生态评价、农作物种植面积快速估测和产量预报、农业灾害评估等各项工作的运行服务能力。

  三、农业部遥感应用中心近年来的主要工作

  农业部遥感应用中心成立3年来,紧紧围绕农业部的中心任务,做了大量的工作。在组织和管理方面,制定了农业部遥感应用中心的工作制度,完成了农作物遥感估产的技术规范制定,与国外一些相关机构建立了联系并组织开展了国外培训等。在业务运行方面,主要完成了以下几方面的工作。

  (一)全国冬小麦长势监测和估产

  从1999年开始,农业部遥感应用中心组织各有关农业遥感技术单位,对我国冬小麦种植面积变化、长势状况、旱情、单产和总产进行了监测和评价。在冬小麦种植面积变化量的遥感调查方面,主要是利用美国陆地卫星TM/ETM图像和中巴资源一号卫星图像,在完成遥感样区的调查后,通过空间外推模型得到全国的年际变化量;在冬小麦长势和旱情的遥感监测方面,主要是利用气象卫星的NDVI数据,每隔10~15天监测一次长势变化和旱情状况;在冬小麦单产评估方面,主要是利用长势和旱情遥感监测结果、农学模型和气象模型估测结果,以及地面样方实地调查结果综合评定后得出;当面积变化量(率)和单产变化量(率)得到后,可以计算得到总产量的年际变化量。现已完成了1999~2002年连续4年的遥感监测运行工作。

  (二)棉花主产区种植面积遥感调查

  棉花种植面积变化的遥感监测工作主要是在主产区进行的。1999~2001年,连续3年对长江中下游主产区和黄淮海主产区的棉花种植面积变化量进行了遥感监测。2001年,对新疆棉花主产区的面积变化量进行了遥感监测,并建立了新疆棉区遥感监测的空间外推模型。到2001年底,完成了全国棉花面积变化量的遥感监测模型和外推模型的建立工作,形成了全国棉花种植面积遥感监测系统。其主要调查方法是,首先利用陆地卫星图像和中巴资源一号卫星图像,采用遥感抽样与地面典型调查相结合的办法,得到遥感监测样区的棉花面积变化量(率),然后通过空间外推模型来完成全国的估测工作。在长江中下游和黄淮海棉区,采用分县外推的办法完成大尺度的外推工作,在新疆棉区,由于县域面积较大,采用了地形图(1∶2.5万比例尺)分幅外推的办法。

  (三)玉米面积监测和总产量预报

  全国玉米种植面积变化监测和估产工作是从2000年开始的,现已连续两年完成了面积变化、长势和旱情、单产和总产量变化的遥感监测。在面积变化的遥感监测方面,首先是在我国玉米主产区内选择遥感调查样区,在遥感监测样区内,选择当年和上年两个时期的资源卫星图像,量算得到遥感样区内的玉米面积年际变化量(率);然后,利用空间外推模型计算得到全国的玉米面积变化率。在单产的遥感估测方面,首先利用全国玉米主产区1694个县多年平均单产数据,计算后形成玉米平均单产的分布图,再通过气象产量模型以及每10~15天一次的长势、旱情遥感监测结果得出单产的估测结果。当面积变化量(率)和单产变化量(率)得到后,可以计算得到总产量的年际变化量。

  (四)草原资源监测

  根据西部开发和全国生态建设的需要,从2000年开始,进行了“中国草地遥感监测和预警系统建设”项目。该项目是利用遥感技术、地理信息系统和全球定位系统等技术手段,建立中国草地退化和草畜动态平衡遥感监测系统。主要监测内容有4个方面,一是全国草地退化的遥感监测评价,主要利用多年的气象卫星数据和地面样方数据综合评定后完成;二是我国北方草地的生产能力估测,主要利用气象卫星的NDVI数据完成,结合牲畜饲养量统计数据,可以评价我国牧区的草畜平衡情况;三是近十几年来农牧交错区的农业资源变化情况,主要利用陆地卫星数据完成;四是牧区和农牧交错区农业资源变化遥感监测系统的研究,以期形成辅助规划的决策支持系统。

  四、农业部遥感估产运行系统投入运行

  农业部遥感应用中心通过3年来的工作,初步形成了农业遥感监测的技术方法和技术体系,进行了农作物遥感估产运行系统的试运行。2001年11月,我国遥感科学界权威专家对此进行了评审。专家组认为,农业部遥感估产运行系统设计合理,技术路线可行、时效性和实用性强,容易普及,精度较高,具有一定的创新性,该系统不仅符合中国当前的实际情况,也符合当今科技发展的潮流和水平。同时,专家们还一致认为,利用遥感技术、地理信息系统和全球定位系统等现代空间信息技术,结合地面调查方法,建立一个适合中国国情的、满足决策部门需求的、可长期业务化运行的全国主要农作物遥感估产和农情监测系统,对于及时准确地掌握农业生产情况、科学指导我国农业生产、合理应对加入WTO后的农业结构战略性调整、优化农业种植结构以及粮食安全预警等均有着十分重要的意义。因此,从2002年开始,农业部遥感估产运行系统投入正式运行。

  农业部遥感估产运行系统的成功运转,为我国农业资源开发与保护、大宗农作物估产、重大农业灾害(旱、涝等)评价、结构调整监测、农业预警、应对入世等方面提供了有效的科学手段。

  国外的遥感估产运行系统从20世纪80年代开始陆续投入运行,如美国农业部的全球农业遥感估产运行系统(FAS/USDA)、欧盟农业局的农作物遥感监测运行系统(MARS)、澳大利亚农业调查公司(AGRECON)的农作物预报遥感运行系统(CFS)等,这些运行系统分别为它们各自国家和区域的粮食生产、贸易及食物安全预警发挥了重要作用。

  目前,农业部建立长期稳定的运行系统已经具备了基本的条件。一是找到了满足国家级系统要求的有效运行方法,包括技术路线、标准规范、运行机制和工作制度等。二是农业部遥感应用中心已拥有一支专业技术队伍,配备了相应的设备,具备了进行大规模农业资源调查和监测、农业生态评价、农作物种植面积快速估测和产量预报、农业灾害评估等各项工作的运行服务能力。三是中国资源、气象、海洋系列卫星的发射,为我国农业遥感应用提供了更加有利的条件和广阔的应用空间。加上国外的相应卫星,目前天上有一批可以利用的卫星正在运转,为农业遥感长期稳定的业务化运行提供了有效的信息源保障。四是农业遥感中心的成立为长期运转提供了组织保障。五是农业部领导的重视,目前农业部已将遥感信息产品作为农业决策的主要信息源之一。

  对于当前已经开展的主要农作物面积变化的监测来说,主要是利用资源类遥感卫星图像(中国资源一号遥感卫星CBERS图像、美国陆地卫星TM图像等)量算作物的面积,可以在作物收割前一个月完成种植面积变化的全国性计算工作,并获得该种作物种植面积的年际变化量。如冬小麦面积变化可在4月底以前得到当年的实际变化量;玉米种植面积变化可在9月10日前获得结果;棉花面积变化可在10月底以前得到最后结果。对于作物长势的遥感监测来说,主要是利用气象类遥感卫星图像(中国风云系列气象卫星图像以及美国新一代气象卫星MODIS图像、美国气象卫星NOAA图像等),通过与地面气象台站数据以及实地调查数据的综合分析,对比和评定农作物区域性的长势变化。这种对比和评定工作目前可以做到每10天监测和发布一次。作物监测区域内旱情的评定方法和监测频率与作物长势的评定和发布同步进行,这样做主要是为了评定和计算单产的需要。监测作物品种的单产评定和计算工作,是在作物长势评定、作物旱情评定、地面样方实地调查验证的基础上,结合全国700多个气象台站的主要气象影响因子,通过多种模型(农学模型、气象模型、遥感模型等)计算的结果,再由地面实地资料验证后得出。当监测作物品种的面积变化和单产变化计算得出以后,即可在该类作物收割以前,得到其总产量的年际变化量。对于产量的监测和预报工作,伴随着作物的生长发育过程,每季作物可监测3次。

  对于我国北方草地资源的监测工作来说,主要是利用资源卫星图像(中巴卫星图像和美国陆地卫星TM图像)和气象卫星图像,结合气象数据和实地调查数据,进行草畜平衡监测,结合近20年来的草地退化评价和半农半牧区主要农业资源类型的演变监测,建立相应的数据库,为草地建设和生态环境规划提供了科学依据。

  五、下一步农业遥感应用工作总体思路

  农业部农业遥感应用的总体目标是建立直接为农业和农村经济宏观决策服务、为农业生产服务的,覆盖全国、体系健全、遥感与地面结合、能长期稳定运行的农业生产与资源动态监测系统。“十五”期间,重点建设主要农作物遥感监测系统、国家农业资源监测系统、数字农业和精确农业示范系统3个系统。这3个系统除了提供生产估测信息外,还可以为农业部正在进行的建立农产品预警系统、农业结构战略性调整、农业资源区域优势分析和优势农产品区域布局规划等重点工作,提供基础性和支持性信息。

  在利用遥感技术完成这些公用性基础信息的过程中,将与农业部有关司局紧密配合、分工协作,形成一个有机整体,共同为农业部的宏观决策提供科学依据。目前,在建立农产品预警系统的过程中,可以利用遥感技术周期性和宏观性强的特点,快速监测大宗作物的种植面积及产量的年际变化,以便迅速做出反应,这需要研究和确定农业部遥感应用中心可以承担的任务和具体要求。

  在对主要农作物长势和旱情的监测方面,农业部遥感应用中心可以每10天完成一次监测;在对主要农作物单产的监测过程中,可以每月完成1次监测,提供全国范围的作物长势旱情和单产信息。下一步可以与市场信息司、种植业管理司的统计在监测时间和频率上加以协调,以便相互印证,实用性和整体性更强。

  在草原资源监测方面,农业部遥感应用中心主要利用多种卫星遥感图像,大范围地定期监测草地的现实产草量和产草能力、草地的退化沙化情况及其演变趋势,利用各地的实有食草类牲畜数量评价草原的草畜平衡状况,利用较高分辨率卫星图像监测草原地区的主要农业资源类型演变,并提出退耕还林还草的定位信息。农业部遥感应用中心将与畜牧兽医局加强合作,利用现有的草原监测站系统,加强所需地面资料的调查,同时根据今后草原保护和建设的需要,承担新的任务。

  在利用遥感技术监测渔业生态环境和鱼情方面已开始做了一些研究工作,利用前景广阔,随着我国海洋专用系列卫星的发射(第一颗已于2002年4月份发射成功),近期内可以建立海洋渔业环境和鱼情的监测体系,农业部遥感应用中心可以提供海洋渔业环境质量及其分布、海洋温度场分布及赤潮发生发展过程监测。农业部将与渔业局加强联系,尽快开展为渔业服务的工作。

  当前,遥感技术在国民经济各部门的应用非常普遍,遥感技术自身的发展也相当快。在实际应用当中,遥感技术已经成为现代空间信息技术的代表,遥感技术的应用与全球定位系统、地理信息系统、数字影像处理系统和专家系统密不可分。因此,我们需要紧密跟踪其发展前沿,及时引入先进实用的方法,不断挖掘遥感技术在生产实践中的应用潜力,提高应用水平。
 
 
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