唐华俊,男,汉族,1960年生,研究生学历,理学博士,农业土地资源专家、研究员、博士生导师。1982年毕业于西南农业大学农业经济系,1991年毕业于比利时根特大学土地(土壤)资源专业。历任中国农业科学院农业资源与农业区划研究所所长,中国农业科学院副院长、党组成员,中国农业科学院党组副书记、副院长。现任农业农村部党组成员、中国农业科学院院长,中国工程院院士,比利时皇家科学院(海外)通讯院士。
中国农业遥感经历了40余年的发展历程,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。近日,本刊记者采访了农业农村部党组成员、中国农业科学院院长、中国工程院院士唐华俊,请他就高分系列卫星及农业遥感等相关问题进行解答。
“农业遥感正迎来前所未有的好时机,或将迎来井喷式高速繁荣的市场化应用,为我国的数字农业和智慧农业服务”
记 者:6月2日,“中国农业一号卫星”高分六号成功发射,中国农业科学院全程参与了撰写需求报告、应用测试等工作,请问高分六号在设计时优先考虑哪些应用需求?这与当前农业遥感技术发展趋势、农业发展应用需求有什么关系?
唐华俊:首先热烈祝贺高分六号卫星发射圆满成功!作为高分六号卫星的牵头主用户,我们组织完成了高分六号卫星工程需求与任务分析,感谢中国航天人充分考虑用户的需求,和我们反复沟通、充分论证,确定了适合农业、林业和减灾等行业应用的技术指标。每一个关键节点,都让用户参与了论证和评审,充分听取用户的意见,让用户了解、参与到整个研制过程。目前正在进行在轨测试工作。
从应用的角度,根据高分六号卫星和载荷的定位,在设计时首先考虑到的是全国和全球范围农情监测、农业资源调查、农业灾害监测和农业项目管理等方面的应用需求,重点是实现各类作物、农用地和农业环境的精确识别、信息提取和关键参数的定量反演等等。因此,在传统多光谱波段设置基础上,根据作物光谱特性提出了增加红边波段的需求。这个波段是植被特有的波段,对植被的含水量、叶绿素含量等变化更加敏感,可以增加作物分析的精度和灵敏度,提高作物的识别能力,特别是秋收作物的识别能力;提高作物生长状况的诊断分析精度,实现作物全生育期长势精细化监测等等,符合农业生产管理的需求,符合绿色农业发展对高精度资源监测的需求。
记 者:科研成果产业化落地是社会普遍关心的话题。近年来一些应用农业遥感的创新型企业也异军突起,推出针对农业的定制服务,您觉得农业遥感技术市场化应用发展现状如何?农业遥感技术在进入市场阶段时面临哪些难题?面向的受众是政府还是企业?您能否再结合高分六号谈一谈未来的应用和成果转化问题?
唐华俊:农业遥感正迎来前所未有的好时机,我国高分系列卫星的成功发射,以及后续国家民用空间基础设施的建设,将重点解决国产星载卫星数据缺乏的问题,为农业遥感监测提供越来越多、越来越好用的遥感数据源,可以加工生产出满足不同用户需求的农业专题产品。目前,科研院所、高校和高技术企业等单位已经研制了很多适合农业应用的遥感技术,开发了相关的产品,面向的受众不仅是政府,还包括企业、合作社、种田大户,甚至是单个农户。例如,高精度的农作物面积和产量遥感监测产品,可以服务于政府的农作物估产、种植结构调整、耕地轮作休耕核查等,也可以服务于农业保险公司的种植险投保验标和查勘定损,农业金融企业的信用评估,合作社和种植大户对种植类型的预判等等。
农业遥感技术在进入市场过程中,主要存在三方面的问题。一是遥感数据源的缺乏。适合农业生产过程监测的高分辨遥感数据还难以满足实时应用的需求。农作物和农业环境变化快,结构复杂,对数据的时间分辨率、空间分辨率和光谱分辨率要求高,目前在轨卫星数据还难以完全满足市场化应用的需求。农业农村部正在制定农业卫星的发展规划,在现有国家空基规划基础上,科学部署和发展我国自主的农业卫星网,满足农业遥感产业化应用需求。二是农业遥感监测方法区域适用性不强,需要根据各地区农业生产特点进行参数调整和模型优化,参数的获取难度大,限制了遥感产品的市场化应用。三是缺少高精度的农业空间基础设施。例如,大范围高精度地块数据、地面真实性检验同步观测网等等,国家已经开始重视这块的投入,像农村集体所有制土地确权数据库建设等等。高分六号卫星数据在市场化应用过程中同样存在这三方面的问题。这些问题解决好了,农业遥感将迎来井喷式高速繁荣的市场化应用,为我国的数字农业和智慧农业服务。
记 者:“中国农业一号卫星”是否意味着能够摆脱高分辨率遥感数据长期依赖国外卫星的局面?美国、欧洲都是较早在农业领域开展遥感技术应用的国家和地区,在核查补贴发放、开展国际贸易、维护粮食安全等方面发挥着重要作用,这对我国发展农业遥感技术有哪些借鉴?
唐华俊:高分六号卫星,也就是“中国农业一号卫星”的成功发射,将替代一部分国外卫星数据。但是单靠一颗或几颗卫星,是无法满足农业遥感的数据需求的,需要综合应用在轨卫星数据,充分挖掘每类数据的优势为农业服务,农业遥感任重道远。
美国和欧盟都是农业遥感发展较早和应用得好的国家和地区,为他们国家产生了巨大的经济效益和社会效益,他们不仅监测自己国内的农业生产情况,同时很早就开始监测全球的农业生产,掌握着全球农业话语权。我们国家从20世纪90年代末开始农业遥感监测业务运行工作,从单一作物的面积监测,逐渐发展到对我国和世界主要农业国家的多种大宗作物估产,以及农业资源的本底调查,农业灾害的动态监测等等。特别是从去年开始,把遥感技术应用于我国耕地轮作休耕制度的核查中,为农业补贴的精准核发提供了客观的、可视化的依据。后续将会把遥感技术与更多的农业项目监管联系起来,实现数字化的农业项目设计和管理。
“继续开展田块级的农业灾害预警、降水预测等技术攻关,与地面物联网技术和其他技术结合,为农业生产提供精准服务”
记 者:遥感在农业中的应用有很多,而有一个问题是农业生产者、地方农业主管部门更关心的,就是“种植什么作物能做到收益最大化”,请问遥感技术能否回答这个问题?农业靠天吃饭能否变成“靠星吃饭”?
唐华俊:遥感技术暂时还不能直接回答“种植什么作物能做到收益最大化”,效益问题受国内外市场、政策等因素的影响很大。但是,采用遥感技术能够掌握历年作物的种植结构和产量,分析出作物种植面积和产量在数量和空间格局上的历史变化规律,帮助农业生产者和主管部门把握市场总体趋势;能够在作物收获前提前获得作物种植的面积和空间分布,预测作物产量,不仅是国内的,还包括国外主产区的情况,帮助农业生产者和主管部门对后期的生产调度和经营提前进行布局。目前,遥感技术在农业生产过程预测和监测方面已经取得了一定的成果,但离农民的要求还有一定的距离,包括田块级的农业灾害预警、降水预测等等,需要继续开展技术攻关,与地面物联网技术和其他技术结合起来,共同为农业生产提供精准服务。
记 者:农业农村部提出构建天空地数字农业管理系统,利用航天遥感、航空遥感、地面物联网一体化观测技术,实现资源环境的动态监测和精准化管理,为不断动态调整农业主体功能和空间布局提供支撑。请问遥感技术在对环境资源的动态监测和精准化管理过程中如何发挥“千里眼”作用?
唐华俊:遥感技术能够客观、及时、全面和准确地实现大范围农业资源环境的动态监测。随着遥感数据空间分辨率和时间分辨率的不断提高,谱段设置的不断优化,利用航天遥感、航空遥感、地面物联网一体化观测技术,监测精度将不断提高,监测领域也将不断扩大。遥感数据具有传统技术手段无法提供的可视性,可以把地面上的农业生产活动和资源变化客观记录下来,包括空间上的变化和时间上的变化,好像千里眼一样,“人在做、天在看”,大大减少了人为因素的影响。将监测结果应用于农业主体功能和空间布局中,通过各要素之间的叠加分析,实现农业生产和资源环境的精准化管理。
“未来,进一步完善我国的卫星数据和其他辅助数据的使用政策,让卫星的效益能够最大化”
记 者:2018年中央一号文件特别提到“大力发展数字农业,实施智慧农业林业水利工程,推进物联网试验示范和遥感技术应用”。在发展数字农业、智慧农业中特别提到遥感技术应用,这是否意味着遥感技术发挥着关键性作用?
唐华俊:与传统技术手段相比,遥感技术具有很多以往在农业信息采集、生产过程管理等环节中采用的传统技术无法比拟的优势。一是监测范围广、受地面条件限制少,可以实现农业的大面积同步观测;二是遥感数据更新频率快、时效性高,可以实现对快速变化的农作物和农田环境等的动态跟踪;三是信息丰富,可以以数字化的形式展现农业资源和生产过程的各个参数,将遥感技术与传统的技术手段相结合,能够全面、高效、高精度地揭示农业各要素之间在空间和时间上的关联性,为生产决策提供客观的科学数据支撑。因此,中央在今年的一号文件中特别提出了遥感技术,它是实现数字农业必不可少的技术手段。
记 者:习近平总书记在今年的两院院士大会上指出,“破除一切制约科技创新的思想障碍和制度藩篱”。据了解,当前,我国遥感卫星应用主要限于国土、矿产、气象、环境等领域,如何破解卫星应用体系建设相对滞后,卫星数据应用效率不高,共享机制不够完善等难题?
唐华俊:习近平总书记要求“破除一切制约科技创新的思想障碍和制度藩篱”,是充分意识到了阻碍我国科技发展的障碍之一是体制机制关卡过多,要打通这些关卡,理顺各个环节才能使我国的科技快速发展。在农业遥感技术的发展过程中,存在着遥感数据、各类基础数据共享机制不完善,导致卫星数据的使用率低,卫星的效益没有得到充分发挥;行业卫星应用体系建设投入不足,也导致行业应用业务化能力不强、应用的深度和广度不够等。
高分专项的实施,特别是高分卫星数据免费为行业服务的数据政策,为农业遥感提供了大量有效数据,打破了多年来农业遥感业务运行系统中中高分辨率遥感数据依赖外国卫星的局面,遥感数据的覆盖率大大提高,应用领域不断拓展,使用人群不断壮大。在高分农业应用示范过程中,农业农村部以科研促应用、以应用带科研的思路,研制开发了一批紧扣业务化需求的专题产品,已纳入到农业农村部农业遥感业务化系统运行。目前,在轨高分卫星数据已成为农业遥感的主要数据源之一,广泛应用于农情监测和农业资源调查中。