·６·专家视点 中国农业文摘·农业工程２０１８年第５期 农业遥感研究进展与展望 唐华俊 （中国农业科学院，北京１０００８１） ０ 引言 中国农业遥感经历了２０世纪７０年代的引进学习 阶段，８０～９Ｏ年代中期的技术攻关阶段，９０年代后 期～２０１０年监测应用阶段以及２０１０年至今全面深化研 究与应用阶段。４０余年来，国内农业遥感科学家紧密 结合农业生产的实际需求，不断攻克技术难关，使得 农业遥感技术研究和应用从深度和广度上都得到长足 发展，取得众多成果。笔者旨在回顾农业遥感研究的 百年发展历程，分析农业遥感发展不同阶段的特点， 归纳总结一批近年来国内农业遥感研究取得的成就及 重要成果、重要人物以及农业遥感发展的国际前沿情 况，展望未来发展前景和趋势。 １ 回顾农业遥感研究的发展历程 现代遥感技术可以从１９１５年世界上第一台航空 摄影相机的出现作为开始。第二次世界大战期间，彩 色摄影、红外摄影、雷达技术、多光谱摄影、扫描技 术，以及运载工具和判读成图设备等被广泛应用于军 事目标探测，随后逐步扩展应用到测绘、土地、林业 和农业等领域。２Ｏ世纪中期，随着无线电电子技术、 光学技术、计算机技术和信息技术的发展，遥感技术 迅速发展。遥感器的搭载平台从飞机发展为卫星、宇 宙飞船和航天飞机等，遥感从航空摄影技术为主的遥 感进入到卫星遥感时代。遥感谱段从可见光发展到红 外、微波，遥感信息的记录和传输从胶片成像、图像 直接传送发展到非图像的无线传输，探测地物的能力 和应用范围得到了极大地拓展。遥感技术的不断发展 为其在农业上的应用奠定了强大基础。 作为遥感科学的重要分支，农业遥感伴随着遥 感技术的发展而发展。农业遥感指利用装载在航天、 航空及地面等不同遥感平台上的传感器，获取农业对 象目标的电磁波波谱信号，利用计算机、地理学、农 学等多学科的理论和技术方法，揭示农业地物、生态 环境和生产过程的数量、属性及其时空变化特征。 １９７２年，美国成功发射第一颗陆地资源卫星对农业遥 感发展意义重大，为农业遥感应用提供了持续稳定的 遥感数据源。１ ９７４年，美国开始采用卫星遥感技术建 立大范围的农作物面积监测和估产系统（ＬＡＣＩＥ）， 随后开展的ＡｇＲＩＳＴＡＲＳ计划成为美国农业遥感监测的 业务系统，不但服务于美国国内农业的实际生产，同 时也开展了全球粮食生产信息监测。１ ９８８年，欧盟利 用遥感技术建立了农业遥感监测系统ＭＡＲＳ，监测欧 盟成员国农业生产情况，核查补贴发放。ＭＡＲＳ系统 的监测范围后来扩展到全球主要农业区，监测信息服 务于欧盟的农业对外援助与国际合作。２０世纪９０年代 开始，很多国家或国际组织纷纷建立农业遥感监测业 务系统，服务农业生产管理、防灾减灾、粮食安全以 及国际合作。２０１１年，２０国集团（Ｇ２０）成员发起全 球农业监测计划（ＧｅｏＧＬＡＭ），整合多个国家与国 际组织的区域以及全球农业遥感监测系统，通过数据 与信息共享，实现对全球农业的遥感监测。这一阶段 的主要发展特点是利用遥感技术监测农业生产信息， 监测范围从单个国家、局部区域不断扩展到全球范 围。 近１０年来，随着各类高空间、时间、光谱分辨 率民用卫星的出现，定量遥感技术的进一步发展，农 业遥感与地理信息系统、全球导航技术及物联网等技 术不断融合，遥感在农业领域的应用广度和深度不断 扩展，在农业资源调查、生物产量估计、农业灾害监 测等方面发挥了重要作用。农业遥感发展特点从获取 传统的总产、面积、单产三要素向更多监测要素深 入，如土壤湿度、作物健康、作物品质、物候、病 虫害等。在农业遥感应用的学科领域，也从传统的资 源、环境向植保、农学等方向扩展，农业遥感正逐步 成为农业科学的基础关键技术。 ２ 中国农业遥感研究取得的成就及重要成果 ２．１农情遥感领域 从２０世纪９０年代开始，国内农业遥感研究优势 单位围绕“农作物空间信息获取一信息分析一信息应 用与服务”的主线，创建了适合于农作物遥感监测 的理论、方法和技术体系。中国农业科学院农业资 中国农业文摘·农业工程２０１８年第５期 专家视点·７· 源与农业区划研究所建立的国家农作物遥感监测系统 （ＣＨＡＲＭＳ）稳定运行超过１０年，成为国际地球观测 组织（ＧＥＯ）向全球推广的农业遥感监测系统之一。 中国科学院遥感应用研究所建立的全球农情遥感速报 系统（ＣｒｏｐＷａｔｃｈ）在全球尺度提供农情遥感监测信 息。中国气象局研制了气象卫星农业遥感估产信息的 提取、加工和处理技术，开创了国内以应用气象卫星 为主的大面积遥感综合估产的先例。这期间，先后涌 现出了孙九林、童庆禧、李小文、唐华俊、郭德友、 吴炳方、顾行发、李召良、王长耀、周清波、毛留喜 等一批农情遥感领域的著名专家。 总的来说，取得的创新性突破为：（１）创建了 多源多尺度农情遥感监测技术体系。突破了国内独特 复杂种植条件下农作物精细识别、农作物长势和土 壤墒情多源遥感协同监测、产量多模型估测等技术 瓶颈；建立了业务化运行的全国农作物种植面积、 长势、土壤墒情及产量的遥感监测。（２）创建了天 （遥感）地（地面）网（无线传感网）一体化的农情 信息获取技术。解决了以往基于单一遥感信息的农作 物监测数据时空不连续的关键难点，大范围农田信息 获取成本较传统人工地面采集方式节约了９０％以上； 发展了多源遥感数据组网、空间尺度转换、海量农业 遥感数据处理技术，大大提高了国内农情信息快速、 高效、经济获取的能力。（３）研制了面向农作物遥 感监测的光谱响应诊断技术，研发了全面覆盖农作物 和农田环境参数的定量反演算法和模型。作物生化参 数高光谱反演的研究，开辟了无损条件下获取田间农 作物品质及养分等诊断信息的新途径；研发了作物物 候期、叶面积指数、光合有效辐射等关键参数的遥感 定量反演算法和模型，提高了区域农作物和农田环境 参数遥感反演精度。 ２．２农业灾害遥感领域 ２１世纪以来，中国农业自然灾害发生频率加 快、范围加大、危害加重。及时、准确获取多尺度农 业旱涝灾害信息成为农业主管部门的迫切需求。中国 农业科学院农业资源与农业区划研究所紧扣“理论创 新一技术突破一应用服务”的研究主线，创建了国内 首个精度高、尺度大和周期短的国家农业旱涝灾害遥 感监测系统。中国科学院遥感应用所建立了主要农作 物病虫害遥感监测系统，开展了业务化运行。这些农 业灾害遥感监测系统广泛应用于农业部、国家防汛抗 旱总指挥部、中国气象局和国家减灾中心等部门的全 国农业防灾减灾工作。先后涌现出了陈述彭、徐冠 华、徐希孺、周成虎、唐华俊、李召良、黄诗峰、赵 春江、黄文江、黄敬峰等一批农业灾害遥感领域做出 突出贡献的专家。 取得的创新性突破为：（１）创新了面向农业旱 涝灾害遥感监测的理论体系。构建了以地表蒸散发参 数为核心的农业干旱遥感定量反演理论和农业干旱参 数遥感反演的空间尺度效应解析理论体系，实现了全 国尺度地表蒸散发等干旱核心参数的全遥感反演。提 出农业洪涝灾害全过程数值解析理论，精确解析了农 业洪涝灾害发生的全过程及其对作物生长过程的影响 机理，奠定洪涝灾害作物灾损定量评估的理论基础。 （２）突破了农业旱涝灾害遥感监测精度低、时效差 的技术难题，实现了高精度、短周期和多尺度的农 业旱涝灾害遥感监测信息服务与决策支持。建立了 “星一机一地”多平台一体化的农业灾害信息快速获 取技术，实现不同尺度旱涝灾情信息获取时间缩短到 ２４ｈ以内。创建了多模型整合的土壤墒情监测技术， 建立了全波段和主被动遥感协同的微波全天候水体 识别技术，实现区域洪涝灾害监测保证率９０％以上。 研制了面向作物全生育期的旱涝灾害损失遥感评估 技术，实现了针对不同农作物和发育期的受损面积和 受损程度快速评估。实现了信息采集、数据处理、灾 情解析、灾损评估和信息发布等农业旱涝灾害遥感监 测规范化和流程化。（３）建立了全国尺度作物病虫 害遥感监测和预测系统。明确了小麦、水稻、玉米等 主要作物病虫害光谱特征和敏感波段，实现了不同病 虫害胁迫类型及病虫害胁迫与养分、水分等胁迫的区 分；建立了“作物病虫害遥感监测与预测系统”，实 现了作物长势及生境参量反演、病虫害发生发展状况 的高效遥感监测与预测。 ２．３农业资源环境遥感领域 先后搭建了农业环境要素监测网络，形成了耕 地、草原、渔业等农业资源遥感监测业务体系，突 破了信息提取、参数反演、模型构建和精度检验等 一系列技术难题。取得的重要成果包括：（１）中国 １：１００ ｏｏｏｔＥ例尺耕地资源现状遥感监测数据库及基 于国产高分数据的作物一张图数据。以遥感影像为 ·８·专家视点 中国农业文摘·农业工程２０１８年第５期 主要数据源，经过多年的积累建立了从２０世纪８Ｏ年代 末期开始，每５年一期的覆盖全国陆地区域的多时相 １：１００ ０００比例尺土地利用现状数据库。其中的耕地 获取参数种类也不断增加。特别是人工智能与数据同 化技术的发展，也为农业定量遥感技术发展提供了新 的生长点。 ３．２无人机遥感 农业由于较强的季节性、地域性特征，对遥感 资源包括熟耕地、新开荒地、休闲地、轮歇地、草田 轮作物地，种植农作物为主的农果、农桑、农林用 地，及耕种３年以上的滩地和海涂等。近年来，攻克 了基于国产高分卫星数据的冬小麦自动识别的技术瓶 数据的时效要求较高。卫星遥感数据受天气、轨道周 期、分辨率等的影响，往往很难及时获取满足监测条 件的高质量卫星遥感数据，无人机航空遥感正在成为 颈，获得了全国第一张１６ｍ空间分辨率冬小麦种植区 空间分布图。叶嘉安、杨士中、刘纪远、刘明亮、张 增祥、庄大方等在耕地资源遥感监测领域贡献突出。 （２）创建了草原产草量、草畜平衡状况遥感监测的 新方法和模型库，实现了全国天然草原产草量的动态 定量监测。提出了像元尺度阈值参数和判定准则，实 现了对中国牧区和半牧区２６８个县（旗）草畜平衡的 每年定期监ｉ见０和优化管理，建成了高效稳定的草原植 被遥感监测业务化信息系统，实现了中国草原植被快 速遥感监测、草畜平衡动态评估和草原资源数字化的 高效管理。李博、史培军、李建龙、方精云、辛晓 平、徐斌、陶伟国等科学家在中国北方草地资源遥感 监测及草畜平衡评估遥感监测方面贡献突出。（３） 构建了水产养殖遥感监测及渔场渔情分析预报业务化 应用体系。遥感在渔场渔情信息服务、水产养殖规划 及评估、渔业资源管理、渔船监控与管理等方面形成 特色，开发了一系列具有自主知识产权的海洋渔业应 用软件系统（北太平洋鱿鱼渔场渔情预测系统、大洋 金枪鱼渔场渔情分析速预报系统等），能为国内远洋 主要作业渔场提供海洋遥感环境参数信息、历史作业 渔场查询和渔场预报等信息。潘德炉、陈雪忠、陈新 军、程家骅等在渔业遥感领域贡献突出。 ３农业遥感研究发展的国际前沿 ３．１农业定量遥感 农业定量遥感是农业遥感的理论基础。过去由 于数据和技术的限制，遥感和农业遥感的定量化程度 不高，以类型判别（如作物遥感识别与分类、土地利 用与覆盖变化遥感监测）或指数分析占主导，限制了 遥感技术在农业科研与生产上发挥更大作用。近年来 由于传感器技术不断提升，越来越多高质量的遥感数 据获取成为可能，如高光谱遥感、多角度遥感、微波 遥感、热红外遥感、激光雷达遥感等，同时定量遥感 理论也不断进步，遥感反演模型精度不断提高，遥感 农业遥感数据获取的重要组成部分，目前国内外无人 机遥感呈现爆发式发展，在农田地块边界和作物面积 等农情遥感，在农业灾害的动态连续监测及农业灾后 快速评估方面，在土壤污染、农业设施、渔场渔情资 源调查方面正发挥其独特的优势。 ３．３作物表型遥感 作物表型遥感是近年来农业遥感技术与作物遗 传育种学科交叉产生的新兴研究领域。在作物遗传育 种作物表型传统研究中一般采用人工取样，费时费 力，且对样品具有损伤。近年来农业遥感传感技术与 数据处理技术的发展，可以使用搭载在近地平台或低 空遥感平台的遥感器快速准确获取与分析作物表型参 数、测试环境参数，大大提高了效率。作物表型遥感 是农业遥感的研究热点，具有旺盛的生命力和良好的 发展前景。 ４未来发展前景与趋势 “十三五”及未来１０年，随着“高分辨率对地 观测系统”重大专项的进一步深入实施以及国家空间 基础设施建设的推进，中国将拥有更多的国产卫星。 随着传感器、物联网、互联网＋、大数据、人丁智能 等技术的发展，以及现代农业发展的需求，国内农业 遥感技术的研究与应用将进一步深入发展。 ４．１ 天空地一体化的农业遥感大数据获取 目前天空地协同观测对农业资源环境监测应用 的满足度还不高，卫星和传感器参数设计没有充分体 现农业特有需求。关键作物生长期与关键农事管理 节点需要微波遥感全天候遥感观测数据的获取；土 壤定量遥感、作物品种与品质监测、病虫害遥感监 测等需要高光谱遥感数据；作物生理与生长状态监 测需要荧光遥感、偏振遥感等新型遥感器应用；天 空地多源观测数据的融合与同化理论和技术方法需 （下转第５页） 中国农业文摘·农业工程巩固和完善农村基本经营制度、深化农村土地制度改 ２０１８年第５期 政策解读·５· 落实的工作机制。党政一把手是第一责任人，五级书 记抓乡村振兴。县委书记要下大力气抓好“三农”工 作，当好乡村振兴的“一线”总指挥。要加强各级党 革、深入推进农村集体产权制度改革、完善农业支持 保护制度、全面建立职业农民制度、建立市场化多元 化生态补偿机制、自治法治德治相结合的乡村治理体 系、乡村人才培育引进使用机制、鼓励引导工商资本 参与乡村振兴等方面，部署了一系列重大改革举措和 制度建设。 委农村工作部门建设，充分发挥其在乡村振兴中决策 参谋、调查研究、政策指导、推动落实、督导检查等 方面的作用。要加强各部门的协同配合，形成乡村振 兴工作合力。各省（自治区、直辖市）党委和政府每 年要向党中央、国务院报告推进实施乡村振兴战略进 展情况。建立市县党政领导班子和领导干部推进乡村 振兴战略的实绩考核制度，将考核结果作为选拔任用 领导干部的重要依据。 关于加强“三农”工作队伍建设，文件提出， 把懂农业、爱农村、爱农民作为基本要求，加强“三 农”工作干部队伍培养、配备、管理、使用。扎实推 进抓党建促乡村振兴，建立选派第一书记工作长效机 五是对解决“钱从哪里来的问题”有全面的谋 划。文件对开拓投融资渠道、强化乡村振兴投入保障 做出全面部署安排。比如，要求建立健全实施乡村振 兴战略财政投入保障制度，公共财政更大力度向“三 农”倾斜，确保财政投入与乡村振兴目标任务相适 应；坚持农村金融改革发展的正确方向，健全适合农 业农村特点的农村金融体系，推动农村金融机构回归 本源，把更多金融资源配置到农村经济社会发展的重 点领域和薄弱环节，更好满足乡村振兴多样化金融需 求；等等。 五、坚持和完善党对“三农”工作的领导 实现乡村振兴，关键在党。加强党对农村工作 的领导，是实施乡村振兴战略的根本保证。要发挥党 制，全面向贫困村、软弱涣散村和集体经济薄弱村党 组织派出第一书记。把到农村一线工作锻炼作为培养 干部的重要途径，注重提拔使用实绩优秀的干部，形 成人才向农村基层一线流动的用人导向。 关于强化乡村振兴法治保障，文件提出，抓紧 研究制定乡村振兴法的有关工作，把行之有效的乡村 振兴政策法定化，充分发挥立法在乡村振兴中的保障 和推动作用。 的领导的政治优势，压实责任，完善机制，强化考 核，把党中央关于乡村振兴的部署要求落实下去。 关于完善党的农村工作领导体制机制，文件提 出，健全党委统一领导、政府负责、党委农村工作部 门统筹协调的农村工作领导体制。建立实施乡村振兴 战略领导责任制，实行中央统筹、省负总责、市县抓 （作者系人民日报记者） （摘编自：（（农民日报 ２Ｏ１８年０２月０５日０３版） （上接第８页） 要加强。 ４．３农业遥感的应用范围和应用领域的拓宽 ４．２ 人工智能与大数据等的信息智能提取和挖掘技 术应用 遥感观测与导航定位、互联网、物联网、大数 据等技术的融合，与农学领域的其他学科交叉结合， 可以从方法学上推动自身学科发展，同时跨学科应用 也将拓展应用领域。需要进一步建立天空地一体化的 农业管理系统，推进天空地协同遥感观测在精准／智 慧农业、作物育种表型、农业保险监测与评估、农业 无论是土地利用类型、作物种类的分类识别， 还是作物生长状态和环境要素的定量遥感，都是非常 复杂的认知过程。由于遥感数据本身波段间的相关 性，遥感器设计波段的有限性，以及地物同物异谱、 异物同谱的光谱复杂性，遥感信息提取和智能挖掘具 有病态问题，存在很多不确定性。人工智能与大数据 技术的发展，为农业资源环境信息反演、提取与应用 提供了崭新的技术途径。 绿色发展、农业政策效果评估等方面的应用深度发 展 （摘自： （（农学学报》２０１８年第１期）
