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卫星遥感技术在农业中的应用

出新研究 2023/1/11 18:16:10 责编:梦泽

“遥感在农业中的应用可以通过提供与整个季节不同规模的作物状况相关的信息,帮助农业实践的演变面临不同类型的挑战。

多年来,农业不得不满足各种需求,因此更需要采用创新的解决方案。在遥感技术方面,自 1950 年代以来,农业部门很早就使用了它。然而直到最近,卫星传感器技术才出现。

现如今,农业是卫星遥感器的最大消费者之一。通过使用卫星遥感器提供的先进卫星图像来监测作物的生长。与无人机图片不同,卫星技术可能会出现人眼不可见或无法触及的问题。这可以作为一种预警机制,通过消除维护作物所涉及的风险和耗时的做法来拯救农作物。

遥感卫星能够快速准确地获取地面信息,结合地理信息系统 (GIS)和全球定位系统(GPS)等其他现代高新技术,可以实现农情信息收集和分析的定时、定量、定位,客观性强,不受人为干扰,方便农事决策,使发展精准农业成为可能。

使用拍摄的卫星照片,专家比较图像并可以快速注意到变化。那些实施其他工业 4.0 技术(例如预测和基于 AI 的分析)的人可以获得有关如何避免任何风险的建议和宝贵见解。

将遥感技术注入农业的整个过程称为精准农业。通过这种方式,农民可以采用可行的方法施肥、植物保护、定量灌溉和更多的农业活动。这也使农业能够节省资源和总体成本。

01、使用卫星遥感技术如何工作?

虽然现在许多卫星和遥感器都在绕地球运行,但每颗卫星和遥感器都用于不同的目的,其覆盖的面积也各不相同。当涉及到大片土地的农业时,卫星遥感器通过一张图像帮助监测它们,无论其面积大小如何。或者可以拍摄作物集中部分的快照。因此,传感器技术也可以提供土壤湿度图。

由于轨道速度很慢,卫星传感器可以覆盖地球的整个圆周。所有这些数据都被处理到一个“作物监测平台”中,用户可以在几分钟内评估作物并看到变化。

遥感和农业是相辅相成的。这项技术与无人机、卫星和其他平台的基本工作原理几乎相同。能量以光的形式从太阳传播到地球。光波几乎像海浪一样传播 —— 一个波的峰值到下一个波的峰值之间的距离被称为波长。太阳发射的能量被称为电磁能,是电磁频谱的一部分。用于农业应用的波长覆盖了少量的电磁频谱

当这种电磁能量撞击植物时,根据能量的波长和植物的类型,它可以被吸收、反射或传输。在人眼能够看到绿色作物的地方,这意味着能量已经反弹。这是因为植物的叶绿素吸收了大部分能量,反射绿色。剩余的能量通过叶子传递并浸入地下。

遥感在农业中的工作原理

通过监测反射、吸收和传输的能量,传感器识别“光谱”特征,这有助于确定某些植物物种的独特特征。该技术可以根据健康和不健康的植物对这些功能进行分类,警告农民他们的作物有没有出现问题。

02、卫星图像如何帮助解决农业问题?

虽然卫星遥感器只是拍下了一片庄稼的快照,但它不是任何常规类型的图片。

使用提供高分辨率图像的极其先进的相机,农民甚至可以在严重的作物问题变得不可逆转之前检测到它们。以下是传感器技术帮助农业部门的几种方式:

识别营养缺乏、杂草侵扰、疾病和损害

监测作物的颜色是了解植物健康状况的关键方法之一。植物的颜色能够让农民评估它接受的叶绿素水平,表明营养吸收的程度。该卫星部署了红外和短波传感器,这些传感器描绘了如果光线改变平台的颜色,叶子内部会损坏。

归一化差异植被指数(NDVI)是了解健康和不健康色觉的标准模型。即使在初始阶段也能检测到损害,使农民有时间确保它不会扩散到其他作物上,并试图纠正任何植物已经遭受的损害。

此外,卫星遥感技术可以很容易地探测到任何污染或昆虫攻击。在农作物数量众多的地区,农民很容易准确地注意到污染的来源,并迅速阻止它们传播。

监测水况

农民使用卫星遥感技术来记录土壤中盐分的状况及其健康状况。当有大量盐物质时,该技术将以更明亮的颜色突出显示该部分。这向农民表明,土壤需要更多的水,需要处理。相比之下,热传感器可以检测缺水的地方。这是通过监测热量来完成的,热量会变成较浅的色调。

由于人口增长和粮食需求,预计到 2050 年灌溉土地将翻一番。它将减少水资源供应,导致气候变化,并导致其他环境变化。因此,监测和评估农业水资源对于实现可持续的粮食安全和发展至关重要。精准农业遥感成功地提供了水体、灌溉农田、作物和土壤水分状况以及各种尺度等准确及时的信息。

观察土壤条件

利用遥感 | 观测的耕作土壤

对于精准农业,监测土壤至关重要。优化作物管理的一些关键土壤参数包括土壤有机质 (SOM)、土壤质地、土壤 pH 值、水分含量等。农业遥感技术还将提供冠层健康、生长阶段、产量、生物量和营养密度。如果要研究作物生长模式的变化,则需要强调作物性能与土壤条件之间的联系。

灾害管理

卫星遥感器的一个众所周知的优点是能够帮助预测天气状况。将这项技术与地面传感器相结合,对农民来说可能是一笔巨大的财富。这些数据相结合,提供了关于损失评估的准确信息。例如,排水框架不良的地区在季风期间或任何时候降雨过多时都处于危险之中。这反过来又会影响收成和产量。获得这些信息可以帮助农业行为者规划未来的损害控制,并减少发生的附带损害。它还可以预测其他自然灾害,为尽可能多地拯救农作物提供时间

用于精准农业

在过去几十年中引入新的耕作技术,帮助农业跟上人口不断增长的粮食需求。使用遥感的精准农业和作物测绘旨在提高作物产量并最大限度地减少对自然环境的压力。人工智能或物联网等现代技术已被证明在这方面很有用。遥感在农业中的应用也被用来提高作物的生产力。

监测和预测气候变化

遥感概念和在农业中的应用在通过量化海洋、陆地和大气的时间状态来理解气候变化方面取得了许多进展。虽然技术可以检测天气和气候变化,但没有像这个那么精确。在农业和农业方面,天气起着重要作用,并将决定产量结果。因此,这项技术已被证明是准确预测气候变化的宝贵工具。

本文来自微信公众号:出新研究 (ID:chuxinyanjiu),作者:唐诗

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关键词:卫星遥感农业

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