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高光谱卫星图像如何帮助精准农业?

发布时间:2023-09-21
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高光谱卫星图像在农业中的使用改变了农田的管理方式,以满足气候变化时不断增长的人口日益增长的需求。近年来,该工具的进步和商业化已转化为不仅可以负担得起对大型农场的理解和监控,而且还可以对各地的小型农场进行监控。

高光谱卫星图像在农业中的使用改变了农田的管理方式,以满足气候变化时不断增长的人口日益增长的需求。近年来,该工具的进步和商业化已转化为不仅可以负担得起对大型农场的理解和监控,而且还可以对各地的小型农场进行监控。了解高光谱卫星成像的概念及其对农民和农田的有益影响以及使用它们的方式非常重要。

高光谱卫星图像如何帮助精准农业


卫星图像对农业有何用处?


在人类历史上的大部分时间里,农业一直是严格基于土地的科学和实践。然而,今天农业的范围已经扩展到了很大的高度,已经达到了绕地球轨道运行的卫星。但卫星实际上是如何影响我们种植农作物和生产食物的方式的呢?

答案在于农业所依赖的因素,即土壤、天气、温度、降雨方式、作物生长、地形等。卫星或天基技术使我们能够通过计算机屏幕方便地测量和监控这些因素,由此获得的信息可用于规划适当的农业干预措施。卫星在农业中的应用正在迅速发展。它已经从仅仅收集信息发展到实际执行精确的农业操作,例如使用安装有 GPS 的拖拉机进行收割。值得注意的是,卫星主要用于生成感兴趣对象(在我们的例子中为农田和农作物)的精确地理空间数据。这是通过使用三颗以上卫星的组合和三边测量的概念来实现的。

此外,为了测量和监测上述因素,卫星配备了各种类型的高性能传感器。正是通过这些机制的结合,卫星在现代农业中变得如此有用。


什么是精准农业中的高光谱成像?


高光谱成像是通过捕获整个电磁波谱中的不同光谱特征来获取有关物体的数据的过程,而不仅仅是我们可以看到的通过撞击物体反射的光带。这些光谱特征的捕获是在卫星上的专用相机传感器的帮助下完成的。在农业中,高光谱成像依赖于这样一个事实:几乎所有类型的农作物在其生命周期的不同阶段和不同的生理条件下都表现出不同的光谱特征。这些差异可归因于预期或意外的观察结果。

对于意想不到的结果,差异可以归因于改变植物生理条件的几个环境或管理因素。这有助于检测:

土壤湿度

几种疾病

复种系统的作物成分

杂草侵扰

土壤养分水平等


精准灌溉方法在现代农业中的作用通过仔细研究和分析这些发现,农民可以轻松地调整其干预措施,以随着时间和空间的推移实现最佳生产。在某种程度上,高光谱成像可以让农民了解作物的需求。农业中的实际成像过程是从地面或空中实现的。对于地面,成像是通过配备高光谱传感器的机器人或车辆完成的。对于航空高光谱成像,使用无人机(UAV)以及卫星图像。由于高光谱成像的工作机制涉及对光及其光谱带的精确测量,因此即使系统中的微小移动或不规则性也会在很大程度上扭曲结果,并且弊大于利。因此,对于任何高光谱成像农业作业使用可靠且准确的系统和服务至关重要。最后,高光谱成像在农业中的应用最好在多个作物周期中定期使用,以便对作物的了解和监测更加精确和准确。


卫星光谱图像如何帮助精准农民?


卫星及其相关技术不仅帮助农民有效管理他们的农场,而且还帮助他们管理农场。他们正在改变全球农业的生产方式。卫星为农民提供了对整个农田的视野和洞察力,这是他们几十年前从未梦想过的。卫星帮助农民有效、可持续地管理农场的不同方式如下:


测绘:使用卫星进行精准农业的第一步涉及对整块土地进行彻底测绘。这对于大面积农田的情况尤其有利,使农民能够根据空间特征识别和优先考虑他们的土地。

测量和研究:直接或间接安装在卫星上的多光谱相机和传感器可以测量大量重要的农田特征,如作物健康、营养、土壤水分压力、种植阶段、天气模式、疾病等。

执行和监控:接下来,卫星数据及其功能可用于执行自动化技术机械,并允许精确地改变施肥率和灌溉模式。而且,随着时间的推移,图像不断堆积,反映了农田特征和环境的格局。这有助于预测未来事件并提前计划和准备,以最大限度地减少干旱、气候变化、疾病爆发等因素造成的极端损失事件。

它在农业中的应用,包括高光谱图像,属于精准农业的广泛范畴。因此,卫星图像很少单独使用,而是精准农业中使用的物联网 (IoT) 的要素之一。

农作物保险的主要类型卫星图像与地面数据、人工智能、大数据分析相结合,并使用智能手机和应用服务将数据传播到农民层面。


卫星图像有助于精准农业


更准确地说,农业中的高光谱图像可以实现以下目标:


1.作物健康检测:

根据多光谱卫星图像计算出的不同类型的植被指数用于了解、检测和监测农作物的健康状况。如前所述,不同的健康状况或活力会导致不同波长的光被吸收或反射。

传感器捕获并计算指标,并且可以近乎实时地使用最好的指标来生成适当的管理策略。


2. 土壤状况及性质:

就像农作物及其叶子在不同的健康条件下显示出不同的光谱特征一样,土壤及其特性的变化也转化为机载传感器反射的不同光谱的光。

例如,土壤亮度指数就是用于测量和绘制土壤特性的指数之一。由于水分、养分水平、质地、可蚀性和 pH 值等土壤特性对整个农业系统的整体成功或失败起着重要作用,因此准确、定期地绘制、管理和监测土壤状况非常重要。系统土壤采样可以更准确地描述土壤特性,但在大面积区域可能成本高昂且效率低下。因此,最好的方法是将高光谱成像与土壤的系统网格采样相结合,以获得不同土壤特性的准确可靠的地图。


3. 作物生长和作物/品种类型检测

在大型农场的多种种植系统中,应用多光谱卫星图像来了解和监测作物生长以及作物成分至关重要。在大型农场中,不同的土地可能存在局部环境因素,导致偏离正常的生长模式。此外,杂草等不需要的植物可能会在影响主要农作物生长的地区生长。为了监控所有这些问题并确保整个土地产生最佳结果,多光谱卫星图像会生成数据层,您可以比较这些数据层并做出明智的决策。除了 HS 图像的这些常见应用之外,其他应用还包括早期洪水检测和预警、野火检测、牲畜监测等。


农业精准害虫防治综上所述,高光谱卫星图像在农业及其转化为应对 21 世纪日益严峻的挑战的先进实践方面具有巨大的潜力和应用。农民可以通过多种方式从这一强大的工具中受益,并使他们的农艺实践变得更容易、有效、可持续,最重要的是有利可图。然而,同样明显的是,其应用需要高水平的精度和知识,农民需要确保使用具有高运营效率和技术专业知识的可靠农业服务提供商平台。所使用的技术具有非常高的精度,具有 3m 的高分辨率和数年的图像数据库,可以为您的农田建立植被趋势和管理区域。


使用所有这些信息和数据层,分析农田的整体生产力特征,并为您的农田规定可变的投入率,例如肥料、灌溉或作物品种,目的是从可持续和财务的角度增强您的农艺实践。

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