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中化农业MAP智慧农业事业部王宏斌:遥感在智慧农业的应用

农世界网     2020-02-25 来源:农世界网

中化农业MAP 智慧农业事业部王宏斌

由中国农技推广协会数字农业分会举办的 2020数字农业助春耕公益直播周,2月22-29日每晚19:30准时开讲。

直播嘉宾包括:中关村大数据联盟秘书长,数字农业分会秘书长赵国栋天风证券研究所副所长;新兴产业与农业行业首席分析师 吴立;中化农业MAP智慧农业事业部遥感领域高级专家 王宏斌;大疆农业全球市场总监 陈韬;苏州农科院智慧农业研究中心副研究员 张海东;京东云与AI事业部高级经理 刘洋洋;云洋数据联合创始人COO 鲁锡峰;中农集团控股股份有限公司农服事业部副总经理 孙希园。

以下小编根据中化农业MAP 智慧农业事业部王宏斌现场直播整理:

大家好,我是王宏斌。首先感谢大家能够在今天晚上能够来到直播间,我们一起聊一聊有关遥感聊一聊智慧农业有关的一些事情。我们聊聊之前的首先介绍下我自己。我的本科到研究生一直做遥感和地理信息系统,这样一个专业的方向的事情。

工作之后也是一直在做遥感的这样一个方向啊,最早是在一个研究所工作,后来来到我们中化农业,进行遥感在农业方面的应用,我今天跟大家也不是讲智慧农业这整个摩天大楼从它的地基,到它的结构,到最后如何成型这么详细的过程。其实我今天给大家讲的是智慧农业或

者说数字农业中的非常小的一部分。今天就和大家以聊天的方式来说一下遥感能为我们智慧农业做什么,能给我们用户来做什么。

  一、什么是遥感?

首先我们来看一下什么是遥感?说遥感之前呢,我们先看一个短片。这个短片呢,实际上是卫星在升空飞的过程当中拍摄到的一个画面,大家可以看到,在城市中的我们比较常见的道路啊,相应的水啊,还有我们楼房等等,还有一些我们在平常的生活中,不常见的一些特别漂亮的一些景观。那是我们没有去过的地方,但是卫星能够帮我们来拍摄到这些东西。

从字面意义上来讲,遥感就是遥远的感知,不和物体接触对于物体进行一个探测和分析,这是我们从术语上来讲的话。那么就是说用我们比较普通的话来讲什么是遥感呢,就是隔空把脉,就是说我没有和你相接触,我离你距离很远。但是我能够诊断你的情况。这就是我们所说的隔空把脉。

  二、遥感离我们有多远?

遥感是用卫星来拍的,那么这个遥感到底离我们有多远。实际上来讲的话,一些遥感和我们的日常生活是密切相关的。遥感是我们不去这个附近而大致想了解这个区域,那么生活当中,哪些东西跟我们的生活是密切相关,我们看一看这两张图。

左下面这张图,大家是应该再熟悉不过了。包括我们植保无人机,娱乐无人机也好,我们会拍摄这样一些图像,我们左边这个无人机和右边的这样用无人机拍摄我们农业遥感的图。左边是无人机,右边是我们规划的一个路线。那无人机按照我们的规划路线,去把我们地里的这个区域飞出来,然后我们通过分析知道我地里的情况。

这个是我们可能在现实上当中比较常见的一个应用。卫星大家平常也看不到,他的高度一般都是在几百公里以上,多数的在六七百公里,还有五百、八百公里这样的高度。那么像右边这种图我们可能是见的比较多的。

那像现在我们看到现实当中的。我们眼睛可能看到房子顶是蓝的,路是灰的,可能我们看到的这个,树是绿的和我们真实的颜色是一模一样的。

卫星的这样拍摄的图像跟我们实际照片是非常非常类似的,就是好的相机拍出来的照片,他是非常清晰的,分辨率特别的高。卫星同样的就是他的传感器,他的镜头比较好的时候,他拍摄的我们地面的清晰程度是很高的。有些时候我们可以看到的卫星的一些图片和照片实际不一样。那我们看一下这个。

这两张是同一个区域的,一个是红色的,一个是蓝色的,可能我在这儿说这个照片呢,是不严谨的,我不想用这个术语,想用大家能够最大限度最好理解的方式来表达,或者说用不太严谨的词来表达,大家意思明白就好了。

这两张图它是卫星拍摄的,为什么颜色会不一样?在这里,我给大家简单来说下就是卫星,他在这样几百公里的高度,他拍摄的地面所用的光谱呢,或者光线,和我们人眼睛是有一样的,也有不一样的,很多是我们人眼是看不见的,他用我们人眼看不见的这些光谱或者光线拍摄出来的照片,他没有办法用我们人眼睛看到的颜色来还原出来。

但是我们作为人,用眼睛去看,去感知可能是明确,也是最直观的。于是我们把这些用人眼看不见的光线拍摄到的照片给他附上相应的颜色。这样我们人为的去看的时候就能看得清楚,看得明白的。

可能这些颜色不知道他代表什么。但是从我们这个形状是大家可以看,不论你是变成蓝色还是变成红色,那么这些圈儿呢,我们肯定知道就是房子了,那就有利于我们去认知这事。

为了让大家更好的理解呢,我们可以把这个颜色变为我们人为的,平常容易理解的。这样的一些图像或图片会更好一些。那我们的实际的照片和我们卫星用人眼也看不到照片。

在实际应用当中到底有什么差异呢?我在这里给大家看这样的一张照片。大家知道,矿产资源开发过程当中是把地表进行的破坏之后呢,有些地区为了让这个景观美观一点或者说按照咱们国家的规定,要对破坏的地区,做一个植被的恢复。

但有些地方是没有恢复的,他怎么办呢?他刷绿色的漆,刷的好的话,在远处你很难发现这个是被挖过了还是长的植被,这对于人类眼睛来说,可能能够蒙骗的了我们。

但是对于这个卫星来讲,卫星用我们人眼看不到的这些光线去看的时候,刷过漆的和没刷过的他两个是一样的,他们呈现在我们的图上或者照片上的颜色是一模一样的,没有任何区别。所以说,卫星是我们人眼的延展和延伸,它能帮助我们看到我们人眼看不到的东西。就是说,你蒙骗的了我们的眼睛,但你蒙骗不了卫星。

  三、现实中我们会用到的遥感技术

(1)用遥感做出苗率。

首先,我们用遥感做出苗率,从机制上说可能是比较好的。因为大家在大型的农场里面,像一些企业,他可能也拥有无人机,他在种植制种玉米、棉花、甜菜等作物的时候,他用无人机去飞,他和卫星原理是一样的,只不过是无人机飞得比较低,而卫星飞得比较高。他把拍摄到的这些图片经过分析呢,他就知道我们哪些区域的幼苗铺的好,哪些地方铺的不好。

这样有助于我们后期知道,哪些地方我们需要补苗,哪些地方我不需要补苗。

(2)长势监测。

也就是说做作物生长的监测,我们叫长势监测。卫星每次都从我们头顶上飞过,拍摄了照片之后,我们可以把这个照片进行分析,分析完了之后我们就可以知道,我们地里哪些地方长得好,哪些地方长得不好。不好的话,我们可以看一下到底是什么问题,然后我们可以采取措施,帮助我们进行田间管理。

(3)一些营养管理和田间管理。

营养管理的话,比如说我们会通过遥感的一些技术,对于作物的氮素的含量,还有胡萝卜素的含量等进行监测。然后呢,可以提供我们施肥的一个建议,帮助我们去管理。

另外一个呢,最终大家可能比较关心的是,就是到了我这个年底了,我这个收成怎么样。

那我们通过遥感可以对我们做一个产量的预估。这样大家就可以说,我今年的产量大概会是在什么样的一个水平上。这样他是从种到收,整个环节上,都可以用遥感为我们去服务,这样有助于我们就是说降低我们的人工成本,节约我们的时间成本。同样的,我们田间管理水平也可以提高。

(4)案例

a) 案例一

首先我们看一下,这个是一个出苗率的,这个苗实际已经比较大了。这个是我们之前的示范农场,也就是我们在内蒙古地区的一个甜菜的情况。大家可以看一下从这个图里的颜色是有差异的,刚才我给大家讲了卫星会拍摄到许多我们人眼看不到的这些信息。

那么这些信息怎么还原成我们人眼能够识别呢?不是需要专业的技术人员去做,这是我们来,我们把这些数据经过分析,通过给予不同的颜色进行展示。

在这张图上,大家可以看,我们就是用人眼能看到的红色绿色,这样一个尺度就是红再到黄到绿,这三种颜色的一个跨度,颜色的深浅来表示就是说作物生长一个差异。对于这个图的识别呢,大家可以就看颜色不同所反应的作物的,或者说我们田里的庄稼的一个差异。

从这张图里我们看看红色区域,是长的相对来说出苗率当初就不好,最后呢,出现了这样的一个断垄。

到实地去验证的时候确实是这样的。我们绿色区域大家可以看一下这个苗情啊,整体上相对来说是比较好的,非常非常正常。

这样的话,我们在实际当中我们的地,比如说我可能有几千亩地,我用起来可能是有难度的。这样我们可以通过遥感,帮助我们去看哪些区域到底有问题,哪一区域没有问题,有问题到底是因为什么引起的。

下面这个也是一个甜菜的,大家是可以看,就是说是两个红色的区域,和这个绿色的区域的一个差异。

我们当时技术人员和我们的实际线下确确实实做了一些实际的验证,发现了就是说这个苗情的差异性。这是对前菜的一个实际应用。

另外一个可能这个里头这个图,大家可能看起来相对来说就和我们实际看起来相对来说就要差一些了。

实际上可能详细的我们来看的话,这应该是一个玉米苗儿,这个玉米苗的这样一个识别。

从这个图上我们可以看到这个玉米苗,我们用这个绿绿色的框框起来的,这些所有的都是已经出苗的。像这个区域,他就没有苗。这就是我们通过我们的技术手段,利用无人机数据,

自动的来提取苗情的一个情况,这样就是对我们后期补苗儿可以提供一个技术支持。

可能大家在这里可能比较想着说到底是怎么识别这个?我跟大家简单的说一下这个识别的事。

他是把这个图像用无人机拍摄下来之后,通过我们的技术手段,把它拼接成一张完整的图之后,我们通过计算机自动提取和人工智能的方式,从图上去识别哪些区域是苗,哪些区域不是苗儿,然后把有苗的地方圈出来,是这样一个过程。这是用无人机数据来做的。说到这儿呢,我们也看到了,这里离我们生活最近的,其实就是无人机和卫星遥感两种。

无人机可能在我们生活当中大家见的是比较多的,但是卫星遥感在早期时候更多的是用的比较多的是政府和一些大型的项目,以及大的企业用户可能有能力,或者说有这个需求,

利用遥感去监测作物的生长的一个状况。

当然,以前我们这个没有大的用户,或者并不去做的时候,其实他的频率是有限的。我可能是一个月、一个季度或者半年我监测了一次。但是对于我们农事作业来讲,农事操作和农事纪录以及农作物来讲,其实我们需要的是频率更高,恨不得是每天都有一次,能够了解每天都发生的情况。但实际上,目前的卫星来讲的话,每天都有的这种地方有吗?有,但是不是所有的区域都有。

b) 案例二

这个呢,就是我们一个针对这个小麦的一个监测。这个左边的图呢,就是我们针对这个小麦的一个监测,这个区域是在我们河北,河北的板硝地区。

当时我们是拿着这个图片,整体来看这个区域还是比较好的。绿色的区域,这个小麦我们去验证了一下长势,比较均匀,高度也比较高。

我们发现了这个图上有斑点的区域,大家可以看,就是这个黄色的,内部还有稍微一点红的区域。我们去对应了实际地点,大家可以数字农业分会

看一下这个区域。一个是高度上来讲的话,就要差一些,比较矮,另外呢,苗本身从出苗的时候就比较稀。局部来看,这个地表的裸土还是能从照片上看出来的。

所以说,通过这种遥感差异性,我们肯定能发现,我们地里实际存在的一些作物生长的一些问题。这样有助于我们去巡田的时候,有目标,有针对性,这样的话解决我们田里的问题的时候,速度更快,效率更高。

这个右边的图是我们的水稻。这图呢,大家可以看一下。水稻下边绿色区域,是长的非常的好,比较整齐,这个苗也比较密。

上面那个区域,第一,他长得就不好,比较矮,另外,他还有杂草,局部地方还有倒伏。

我们需要通过色系的差异去寻找差异区,我们有目标性地去巡田,这是针对不同作物的一个情况。

下面,我给大家把一个我们当时去做巡田时候的例子讲一下。大家看一下图,这个圈呢,可能在北方比较常见,在南方可能就比较少见??赡艽蠹宜?,你讲的有玉米,有水稻,有小麦。我可能只关注水稻,我可能只关注小麦,我可能只关注马铃薯,但我不关注其他作物。

实际上,这些方法对所有作物都是适用的。到这张图上,能体现出来的,不论你是什么作物,你是水稻也好,小麦也好,玉米也好,它一样的,同样地能把我们所有的有差异的区域都给我们提取出来。

在这张图上大家可以看到,一个比较明显的黄色的区域,和这个红色的区域。这个图上我大致给大家圈了出来,你看这个是黄色的区域,这个也是黄色的区域,另外的区域就是绿色区。这几张照片呢,实际上是我们去实际巡田的过程中,我我们三个人绕着这个农场转了一个遍。

整体上来看,就是看卫星分析的整齐度,和实际相不相符。实际上我们也看到,这个黄色区域和绿色区域,它确实是有差异的。从寻找的一个健康程度,或者说它的相对的差异性来讲,绿色的区域总体来讲的话,长得要比较好一些,而黄色的区域就要差一些。另外一个,大家可能在这个图上应该也能看见,大家可以看一下,这里有一些斑斑点点的小点,这可能

也是平常我们可能极易忽略的,这个斑斑点点的小点,实际上我们也做了一些验证。

c) 燕麦草案例

可以看一下这是我们在内蒙古阿旗的一个燕麦草。他的一个种植区的一个圈儿里头。大家可以看这个区域就是各个区域的,我们把它放大之后这个区域是这样,他在这个喷灌车圈行驶轮的两侧,就是1 区域和2 区域,距离非常非常近。有时候两边他就有一个是绿色,一个是黄的,甚至又是发红。

但是我们就对此不理解怎么会这样呢?于是我们三个人去验证这块区域。怎么来验证呢?

我们就沿着轴这个位置发现这红色区域呢,其实这一块还正好是比较宽的。然后地在外边裸露着什么都没有,所以他是红的,这没有问题。

那么一区和二区我们标的这个区域。首先两个区域呢,地势平整,也不存在说哪个区域比较低,哪个区域比较高。

从作物这个颜色上来看,人眼来看的话,都是绿的,没有任何差异。虽然我们量高度,但我们演绎不同呢,我们是拿着尺子,拿着我们个人的腿来比,在不同地区两边高度也是一样。

于是我们就不明白了。从人眼来看的话,为什么这个区域卫星遥感是两个有差异,我们实际看不出差异来。难道是卫星遥感欺骗我们了吗?

我们突然发现没讨论出所以然。于是我们就说,咱们走到地里头,看看到底是什么情况。在我们不停的走的时候,垂直向下去的时候,我们才发现了这个秘密。所以说,大家可以看一下。这个垂直向下的时候,他是非常密的,没有什么明显的说地露出来。但是二区的区带,其实这个拍摄的土豆还稍微有点斜,可以看一下这个就是说还有裸露的区域。

于是我们就想过这样的一个问题,就是这两个区域,虽然高度一样,颜色也一样,地也都是平的一模一样。也就是说,从各方面条件也是一样情况下他这种差异是因为这个区域的稀疏、密集是造成的。

另外的一个就是说我给大家刚才在上边图上看到这个图上斑斑点点的就是我在这儿给大家圈出来的这个。

我们也是逐一的做了一个验证。就对他做了一个验证这个草地里头的斑点到底是因为什么引起的呢?大家可以看一下,这我们实际是一个一个都验证了,这个图片大家可以看一下,这是一个杂草分布的区域。这是一个杂草区域,这杂草不是特别特别明显,并且我们同时在一个集中的杂草的区域,就把这一根一根杂草,我们也做了一个标记。

所以说就是从这一件事上我们来看的话,就说遥感他不会欺骗我们的。从遥感图像翻译出来有差异的,他指定有区域是有差异的,只不过是我们人为的看到,或者说没有看到只有这个区别。没有别的对吧,那我们通过差异去找到我们地的一些问题。解决这个问题,那这样的话,我们在管理水平上来了,那我们的产量也会上来,我们的收入也会提高。

(5)我们可以用遥感技术去做一些其他的事。

像这个是我们在早期,我们进行这个实际验证的时候分析的,一个是有关这个洪涝灾害的一个事情。像这个区域的,这个小麦它是由于这个水淹的比较厉害。

在这个图上,大家看这个已经圈出来了,这个区域的颜色和其他区域都是不一样的。那我们去看看这个区域淹的是比较厉害的。

可能这个是在我们后期在遇到这个洪涝灾害的时候,如果是投保了保险公司索赔的时候,这是一个很有力的证据。像以前的话保险公司说,哎呀你没淹那么多,我说差不多淹完了。双方就是相持不下。这样,如果我们有遥感的分析。分析完之后,基本上哪些地方淹的比较厉害,哪些地方不不厉害,到底有多少面

积这个我们都可以通过我们遥感手段来获得。而我们其实索赔的时候,实际上就一个非常好的一个证据。

这样就说就没有像以前这个相互推诿,你扔这保险公司,这人说话你要的你说的面积大了,严重程度都高了。我们觉得我们其实报的不高,其实这就是实情。

  四、总结

回顾一下讲的内容,今天主要给大家讲的遥感在农业方面的应用,对遥感本身,从卫星怎么去拍,卫星数据怎么来,再到怎么去加工,到最后怎么从加工的地方到应用,这个流程大多数人也没怎么关注,可能我们种好地就行了。

但是我们用遥感技术在解决我们农业问题上越来越强大,能够越来越好的帮助到农户,发挥着非常重要的作用。

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