高光譜衛(wèi)星圖像在農(nóng)業(yè)中的使用改變了農(nóng)田的管理方式，以滿足氣候變化時不斷增長的人口日益增長的需求。近年來，該工具的進(jìn)步和商業(yè)化已轉(zhuǎn)化為不僅可以負(fù)擔(dān)得起對大型農(nóng)場的理解和監(jiān)控，而且還可以對各地的小型農(nóng)場進(jìn)行監(jiān)控。了解高光譜衛(wèi)星成像的概念及其對農(nóng)民和農(nóng)田的有益影響以及使用它們的方式非常重要。

衛(wèi)星圖像對農(nóng)業(yè)有何用處?

在人類歷史上的大部分時間里，農(nóng)業(yè)一直是嚴(yán)格基于土地的科學(xué)和實踐。然而，今天農(nóng)業(yè)的范圍已經(jīng)擴(kuò)展到了很大的高度，已經(jīng)達(dá)到了繞地球軌道運行的衛(wèi)星。但衛(wèi)星實際上是如何影響我們種植農(nóng)作物和生產(chǎn)食物的方式的呢?

答案在于農(nóng)業(yè)所依賴的因素，即土壤、天氣、溫度、降雨方式、作物生長、地形等。衛(wèi)星或天基技術(shù)使我們能夠通過計算機(jī)屏幕方便地測量和監(jiān)控這些因素，由此獲得的信息可用于規(guī)劃適當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)干預(yù)措施。衛(wèi)星在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用正在迅速發(fā)展。它已經(jīng)從僅僅收集信息發(fā)展到實際執(zhí)行精確的農(nóng)業(yè)操作，例如使用安裝有 GPS 的拖拉機(jī)進(jìn)行收割。值得注意的是，衛(wèi)星主要用于生成感興趣對象(在我們的例子中為農(nóng)田和農(nóng)作物)的精確地理空間數(shù)據(jù)。這是通過使用三顆以上衛(wèi)星的組合和三邊測量的概念來實現(xiàn)的。

此外，為了測量和監(jiān)測上述因素，衛(wèi)星配備了各種類型的高性能傳感器。正是通過這些機(jī)制的結(jié)合，衛(wèi)星在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中變得如此有用。

什么是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的高光譜成像?

高光譜成像是通過捕獲整個電磁波譜中的不同光譜特征來獲取有關(guān)物體的數(shù)據(jù)的過程，而不僅僅是我們可以看到的通過撞擊物體反射的光帶。這些光譜特征的捕獲是在衛(wèi)星上的專用相機(jī)傳感器的幫助下完成的。在農(nóng)業(yè)中，高光譜成像依賴于這樣一個事實：幾乎所有類型的農(nóng)作物在其生命周期的不同階段和不同的生理條件下都表現(xiàn)出不同的光譜特征。這些差異可歸因于預(yù)期或意外的觀察結(jié)果。

對于意想不到的結(jié)果，差異可以歸因于改變植物生理條件的幾個環(huán)境或管理因素。這有助于檢測：

土壤濕度

幾種疾病

復(fù)種系統(tǒng)的作物成分

雜草侵?jǐn)_

土壤養(yǎng)分水平等

精準(zhǔn)灌溉方法在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的作用通過仔細(xì)研究和分析這些發(fā)現(xiàn)，農(nóng)民可以輕松地調(diào)整其干預(yù)措施，以隨著時間和空間的推移實現(xiàn)最佳生產(chǎn)。在某種程度上，高光譜成像可以讓農(nóng)民了解作物的需求。農(nóng)業(yè)中的實際成像過程是從地面或空中實現(xiàn)的。對于地面，成像是通過配備高光譜傳感器的機(jī)器人或車輛完成的。對于航空高光譜成像，使用無人機(jī)(UAV)以及衛(wèi)星圖像。由于高光譜成像的工作機(jī)制涉及對光及其光譜帶的精確測量，因此即使系統(tǒng)中的微小移動或不規(guī)則性也會在很大程度上扭曲結(jié)果，并且弊大于利。因此，對于任何高光譜成像農(nóng)業(yè)作業(yè)使用可靠且準(zhǔn)確的系統(tǒng)和服務(wù)至關(guān)重要。最后，高光譜成像在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用最好在多個作物周期中定期使用，以便對作物的了解和監(jiān)測更加精確和準(zhǔn)確。

衛(wèi)星光譜圖像如何幫助精準(zhǔn)農(nóng)民?

衛(wèi)星及其相關(guān)技術(shù)不僅幫助農(nóng)民有效管理他們的農(nóng)場，而且還幫助他們管理農(nóng)場。他們正在改變?nèi)蜣r(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式。衛(wèi)星為農(nóng)民提供了對整個農(nóng)田的視野和洞察力，這是他們幾十年前從未夢想過的。衛(wèi)星幫助農(nóng)民有效、可持續(xù)地管理農(nóng)場的不同方式如下：

測繪：使用衛(wèi)星進(jìn)行精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的第一步涉及對整塊土地進(jìn)行徹底測繪。這對于大面積農(nóng)田的情況尤其有利，使農(nóng)民能夠根據(jù)空間特征識別和優(yōu)先考慮他們的土地。

測量和研究：直接或間接安裝在衛(wèi)星上的多光譜相機(jī)和傳感器可以測量大量重要的農(nóng)田特征，如作物健康、營養(yǎng)、土壤水分壓力、種植階段、天氣模式、疾病等。

執(zhí)行和監(jiān)控：接下來，衛(wèi)星數(shù)據(jù)及其功能可用于執(zhí)行自動化技術(shù)機(jī)械，并允許精確地改變施肥率和灌溉模式。而且，隨著時間的推移，圖像不斷堆積，反映了農(nóng)田特征和環(huán)境的格局。這有助于預(yù)測未來事件并提前計劃和準(zhǔn)備，以最大限度地減少干旱、氣候變化、疾病爆發(fā)等因素造成的極端損失事件。

它在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，包括高光譜圖像，屬于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的廣泛范疇。因此，衛(wèi)星圖像很少單獨使用，而是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中使用的物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的要素之一。

農(nóng)作物保險的主要類型衛(wèi)星圖像與地面數(shù)據(jù)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，并使用智能手機(jī)和應(yīng)用服務(wù)將數(shù)據(jù)傳播到農(nóng)民層面。

更準(zhǔn)確地說，農(nóng)業(yè)中的高光譜圖像可以實現(xiàn)以下目標(biāo)：

1.作物健康檢測：

根據(jù)多光譜衛(wèi)星圖像計算出的不同類型的植被指數(shù)用于了解、檢測和監(jiān)測農(nóng)作物的健康狀況。如前所述，不同的健康狀況或活力會導(dǎo)致不同波長的光被吸收或反射。

傳感器捕獲并計算指標(biāo)，并且可以近乎實時地使用最好的指標(biāo)來生成適當(dāng)?shù)墓芾聿呗浴?/p>

2. 土壤狀況及性質(zhì)：

就像農(nóng)作物及其葉子在不同的健康條件下顯示出不同的光譜特征一樣，土壤及其特性的變化也轉(zhuǎn)化為機(jī)載傳感器反射的不同光譜的光。

例如，土壤亮度指數(shù)就是用于測量和繪制土壤特性的指數(shù)之一。由于水分、養(yǎng)分水平、質(zhì)地、可蝕性和 pH 值等土壤特性對整個農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的整體成功或失敗起著重要作用，因此準(zhǔn)確、定期地繪制、管理和監(jiān)測土壤狀況非常重要。系統(tǒng)土壤采樣可以更準(zhǔn)確地描述土壤特性，但在大面積區(qū)域可能成本高昂且效率低下。因此，最好的方法是將高光譜成像與土壤的系統(tǒng)網(wǎng)格采樣相結(jié)合，以獲得不同土壤特性的準(zhǔn)確可靠的地圖。

3. 作物生長和作物/品種類型檢測

在大型農(nóng)場的多種種植系統(tǒng)中，應(yīng)用多光譜衛(wèi)星圖像來了解和監(jiān)測作物生長以及作物成分至關(guān)重要。在大型農(nóng)場中，不同的土地可能存在局部環(huán)境因素，導(dǎo)致偏離正常的生長模式。此外，雜草等不需要的植物可能會在影響主要農(nóng)作物生長的地區(qū)生長。為了監(jiān)控所有這些問題并確保整個土地產(chǎn)生最佳結(jié)果，多光譜衛(wèi)星圖像會生成數(shù)據(jù)層，您可以比較這些數(shù)據(jù)層并做出明智的決策。除了 HS 圖像的這些常見應(yīng)用之外，其他應(yīng)用還包括早期洪水檢測和預(yù)警、野火檢測、牲畜監(jiān)測等。

農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)害蟲防治綜上所述，高光譜衛(wèi)星圖像在農(nóng)業(yè)及其轉(zhuǎn)化為應(yīng)對 21 世紀(jì)日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)的先進(jìn)實踐方面具有巨大的潛力和應(yīng)用。農(nóng)民可以通過多種方式從這一強(qiáng)大的工具中受益，并使他們的農(nóng)藝實踐變得更容易、有效、可持續(xù)，最重要的是有利可圖。然而，同樣明顯的是，其應(yīng)用需要高水平的精度和知識，農(nóng)民需要確保使用具有高運營效率和技術(shù)專業(yè)知識的可靠農(nóng)業(yè)服務(wù)提供商平臺。所使用的技術(shù)具有非常高的精度，具有 3m 的高分辨率和數(shù)年的圖像數(shù)據(jù)庫，可以為您的農(nóng)田建立植被趨勢和管理區(qū)域。

使用所有這些信息和數(shù)據(jù)層，分析農(nóng)田的整體生產(chǎn)力特征，并為您的農(nóng)田規(guī)定可變的投入率，例如肥料、灌溉或作物品種，目的是從可持續(xù)和財務(wù)的角度增強(qiáng)您的農(nóng)藝實踐。