隨著成本下降以及定期從小型、成本較低的軌道衛(wèi)星系統(tǒng)收集大面積陸地圖像的能力增強，衛(wèi)星技術在精準農業(yè)上的應用越來越多樣化。由于具有覆蓋面積廣、重訪周期短、獲取成本相對低等優(yōu)勢，衛(wèi)星遙感技術對大面積農業(yè)生產的調查、評估、監(jiān)測和管理具有獨特作用。

35斗（微信號：vcearth）對衛(wèi)星技術的發(fā)展及現(xiàn)狀、未來趨勢進行了梳理，同時盤點了國外將衛(wèi)星技術應用于農業(yè)的創(chuàng)業(yè)公司。隨著數(shù)據(jù)與具體應用場景相結合、技術實現(xiàn)商業(yè)化落地，這一新興技術的應用也會呈現(xiàn)出差異化的需求，更好地服務于眾多小散農戶以及涉農企業(yè)。

衛(wèi)星技術三大應用：

資源調查、產量預測、災害評估

關于衛(wèi)星技術及圖像的應用，其中很重要的一個概念是地球觀測系統(tǒng)（EOS）計劃。1991 年，美國宇航局發(fā)起了EOS計劃，旨在將地球作為一個整體，通過空間技術進行連續(xù)綜合的觀測，以了解地球系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及變化過程。

EOS衛(wèi)星是對這一計劃中一系列衛(wèi)星的簡稱，其中包括 Acrimsat、Aqua、Landsat7、Jason-1 等多顆衛(wèi)星。1999年12月18日，第一顆EOS軌道衛(wèi)星“Terra”成功發(fā)射升空，主要目的是對地球表面進行觀測。

此外， NASA的地球觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng) ( EOSDIS ) 提供了Terra和 Aqua衛(wèi)星數(shù)據(jù)及相關產品的共享服務，歐空局的 " 哥白尼計劃 " 則強調對地觀測平臺數(shù)據(jù)的協(xié)調和使用。

Modis是搭載在Terra和Aqua衛(wèi)星上的一個重要傳感器，是衛(wèi)星上唯一將實時觀測數(shù)據(jù)通過X波段向全世界直接廣播，并可以免費接收數(shù)據(jù)并無償使用的星載儀器，全球許多國家和地區(qū)都在接收和使用Modis數(shù)據(jù)。

EOS的一系列低軌道衛(wèi)星，可以實現(xiàn)從單系列極軌空間平臺上對太陽輻射、大氣、海洋和陸地進行綜合觀測，獲取有關海洋、陸地、冰雪圈和太陽動力系統(tǒng)等信息；進行土地利用和土地覆蓋研究、氣候的季節(jié)和年際變化研究、自然災害監(jiān)測和分析研究、長期氣候變率和變化以及大氣臭氧變化研究等，進而實現(xiàn)對大氣和地球環(huán)境變化的長期觀測和研究。

在生長模型中利用EOS監(jiān)測區(qū)域水稻生長階段變化

圖片來源：ESA

Modis載荷的特性使之成為研究地球科學的首選數(shù)據(jù)源，該數(shù)據(jù)可以廣泛應用于陸地科學、海洋科學和大氣科學。其中在陸地科學上的應用涉及：土地利用變化、土地覆蓋、植被指數(shù)、地表溫度、旱澇災害檢測、雪蓋監(jiān)測、荒漠化監(jiān)測等。

提供的三類陸地產品類型包括：輻射收支變量（地表反射/大氣校正算法、地表溫度和發(fā)射率、冰雪覆蓋、二向性反射分布函數(shù)與反照率）、生態(tài)系統(tǒng)變量（植被指數(shù)、葉面積指數(shù)和部分光合活動輻射、植被產品，凈初級生產力、蒸發(fā)蒸騰與表面阻抗）、土地覆蓋變量（火點與熱異常、土地覆蓋、制備覆蓋變化、土地利用變化）。

針對農業(yè)領域，衛(wèi)星技術主要以作物、土壤為對象，利用地物的光譜特性，進行作物長勢、作物品質、作物病蟲害等方面的監(jiān)測，其主要應用可大致分為以下三類：農作物產量預估——小麥、玉米、水稻、棉花等大宗農作物的長勢監(jiān)測和產量預測，以及牧草地產草量估測、果樹長勢監(jiān)測等。

在線農場管理平臺，利用計算機視覺和作物模型集成EOS、天氣和現(xiàn)場數(shù)據(jù)，以自動評估作物生長情況

圖片來源：Satellite Application Catapult

農業(yè)資源調查——耕地資源、土壤資源等現(xiàn)狀資源的調查，以及土地荒漠化和鹽漬、農田環(huán)境污染、水土流失等動態(tài)監(jiān)測；提供各類資源的數(shù)量、分布和變化情況，以及基于調查的各類資源評價、相應對策，用于農業(yè)生產的組織和管理。農業(yè)災害評估——農作物病蟲害、冷凍害、洪澇旱災、干熱風等動態(tài)監(jiān)測，以及災后農田損毀、作物減產等損失的調查和評估。

初創(chuàng)企業(yè)盤點：

服務多樣、收益顯著，新興產業(yè)蓄勢待發(fā)

數(shù)據(jù)來源：crunchbase，單位：美元，35斗整理

Astro Digital是一家衛(wèi)星圖像分析公司，用戶可以利用其免費軟件，獲取任何地區(qū)的衛(wèi)星圖像。同時，Astro Digital 還向開發(fā)者提供了一個API（應用接口），讓他們可以將衛(wèi)星數(shù)據(jù)整合到自己的產品中。

TellusLabs利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析和機器學習來減少農業(yè)生產的不確定性，其核心產品Kernel在2017年預測美國玉米作物產量的準確率超過99%，比美國農業(yè)部得出的相同結論還要早幾個月。2018年12月，TellusLabs被新興農業(yè)生物技術巨頭Indigo Ag收購。

Hummingbird Technologies是一家人工智能企業(yè)，它利用最新的機器學習和計算機視覺技術，分析無人機、衛(wèi)星和飛機捕捉的圖像，并在24小時內向用戶提供數(shù)據(jù)，如疾病檢測、雜草分類和產量預測等。

Mavrx旨在將農業(yè)發(fā)展同大數(shù)據(jù)關聯(lián)起來，促進農作物產量的提高和土地管理。公司為農業(yè)種植者提供基于圖像的空間分析平臺，利用無人機、飛機和衛(wèi)星等采集圖像，進行數(shù)據(jù)分析，為農戶提供切實可行的見解，幫助種植者實現(xiàn)產量最大化和成本最低化。

FarmShots利用高分辨率衛(wèi)星和無人機成像設備，根據(jù)吸收的廣譜，分析并發(fā)送植物的健康狀況，讓農戶了解田間狀況。2018年2月，F(xiàn)armShots被先正達收購，該收購項目是先正達2018年重要戰(zhàn)略籌劃的一部分。

FluroSat利用衛(wèi)星和無人機，獲取作物的多光譜/高光譜圖像，從而監(jiān)測作物的健康狀況，幫助種植者進行分析并做出決策，比如何時何地施用多少肥料和水。數(shù)據(jù)顯示，F(xiàn)luroSat的解決方案幫助農戶極大節(jié)省了投入成本，提高了5%-25%的產量。

Agrimetrics公司旨在開發(fā)和實施基于知識的服務，為農業(yè)食品領域創(chuàng)建一個安全的數(shù)據(jù)中心，從而改善對公共數(shù)據(jù)源的可持續(xù)應用。該公司利用人工智能和高達行業(yè)標準13倍分辨率的衛(wèi)星圖像，來識別英格蘭、威爾士、蘇格蘭和北愛爾蘭280萬處農田邊界，并將其與超過10億個額外的數(shù)據(jù)點聯(lián)系起來，包括天氣和土壤成分等，以擴展領域邊界的應用，為用戶節(jié)省時間和成本。

Agrograph公司將衛(wèi)星圖像與現(xiàn)場數(shù)據(jù)結合，利用機器學習算法來估計田間作物產量。除了衛(wèi)星圖像，公司使用的數(shù)據(jù)直接來自種植者、農作物保險公司以及貸款機構等第三方機構，比如農作物保險公司和貸款機構、谷物分銷商，甚至是其他需要數(shù)據(jù)的農業(yè)科技公司。

Vinsight致力于開發(fā)衛(wèi)星圖像系統(tǒng)，幫助葡萄園主開展業(yè)務。該預測軟件從四個主要來源收集數(shù)據(jù)——遙感和衛(wèi)星圖像、天氣數(shù)據(jù)、歷史產量以及土壤和海拔等地理信息，最終實現(xiàn)在收獲前幾個月以較高的準確率預測產量。目前，公司的市場開拓已經(jīng)從加州的葡萄和杏仁產業(yè)，擴展到核桃、開心果、草莓、啤酒花等其他領域。

Farmers Edge提供農業(yè)精準解決方案系統(tǒng)，包括可變速率技術、土壤取樣和分析、大田氣象監(jiān)測、田間通信和數(shù)據(jù)傳輸、高分辨率衛(wèi)星圖像、大田數(shù)據(jù)分析等，推出田間自動偵察工具，幫助農戶提高莊稼產量和生產效益。自2017年推出日常衛(wèi)星成像技術后，F(xiàn)armers Edge于2019年6月推出一款開創(chuàng)性數(shù)字工具，利用衛(wèi)星設備將拍攝的田間狀況變化自動發(fā)送給種植者，以便農戶在作物出現(xiàn)狀況時可以及時應對。

EOS Crop Monitoring是一個人工智能衛(wèi)星圖像平臺，用于監(jiān)測和分析作物生長狀況的重要指標，包括常態(tài)化植被指數(shù)(NDVI)、常態(tài)化差異水指數(shù)(NDWI)、常態(tài)化差異雪指數(shù)(NDSI)。該平臺還提供天氣功能，包括歷史記錄和未來預報、關鍵天氣狀況監(jiān)視等。

衛(wèi)星成像和分析公司Planet由前NASA員工所創(chuàng)辦的,使用配備有RGB和多光譜相機的大型納米衛(wèi)星(通過收購RapidEye)每天對地球系統(tǒng)進行成像分析，將收集的數(shù)據(jù)用于農作物長勢監(jiān)測和估產等。

Skymet是印度最大的天氣監(jiān)測和農業(yè)風險解決方案公司，主要業(yè)務是測量、預測和預防農業(yè)氣候風險、還為印度的電力、可再生能源、建筑和食品飲料行業(yè)提供風險管理服務。Skymet已經(jīng)建立了測量天氣和農業(yè)的基礎設施設備，面向小農戶、保險公司、政府等提供服務。

Descartes Labs由Los Alamos國家實驗室推出，通過計算機視覺、機器學習和云計算等技術來分析農業(yè)模型，比如美國玉米和大豆的生產。公司利用來自各種衛(wèi)星數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)集的圖像，在生長季節(jié)結束前六個月準確預測了作物的產量。

VanderSat利用衛(wèi)星在全球范圍內觀測水和溫度，公司將衛(wèi)星獲取的氣候數(shù)據(jù)轉化為有價值的土壤濕度信息，幫助客戶進行決策分析，包括監(jiān)測農作物、預測天氣、預防森林火災等。

Aerial Intelligence通過建立數(shù)據(jù)平臺，幫助作物生產商、分銷商和貿易商收集和分析不同來源的數(shù)據(jù)，包括復雜的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，以便他們更好地做出決策。

Orbital Insight是一家地理空間大數(shù)據(jù)公司，利用衛(wèi)星、無人機和其他地理空間數(shù)據(jù)源，通過機器學習和計算機視覺技術，構建PB級數(shù)據(jù)軟件，以推動更好的業(yè)務和政策決策。

未來發(fā)展趨勢：

整合多元創(chuàng)新技術、加快商業(yè)應用落地

來源不同的數(shù)據(jù)，如高分辨率衛(wèi)星圖像、氣象記錄、土壤養(yǎng)分傳感器、水流計等，可以通過算法進行集成，從而進行決策分析，有效幫助農戶提高農作物產量，同時改善環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展。要想實現(xiàn)這一目標，就離不開衛(wèi)星技術與其他前沿技術的融合。

首先是衛(wèi)星技術與新一代無人機技術。農業(yè)衛(wèi)星遙感技術受到天氣、軌道周期、空間分辨率等的影響,對田間尺度的農情監(jiān)測還存在很多不足,往往很難及時提供高質量的遙感數(shù)據(jù),無人機遙感可以與大面積衛(wèi)星遙感相互配合,形成多尺度的農情信息監(jiān)測網(wǎng)。

無人機遙感可以發(fā)揮在農田精細尺度和動態(tài)連續(xù)監(jiān)測的優(yōu)勢,應用于農田地塊邊界和面積調查、農作物種類識別和統(tǒng)計、農作物長勢分析、農作物養(yǎng)分和土壤水分監(jiān)測等,特別在農業(yè)災后快速評估方面,無人機遙感技術將發(fā)揮獨特的作用。

其次是地面?zhèn)鞲芯W(wǎng)與遙感技術的結合，基于有線和無線傳感器的各類地基觀測技術和組網(wǎng)建設逐步發(fā)展和完善,為衛(wèi)星遙感的地表參量反演、模型同化和耦合、精度驗證等工作提供了重要的真實信息。在農業(yè)領域,基于現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術的農業(yè)地面?zhèn)鞲芯W(wǎng)在智能溫室與大田精準作業(yè)管理方面得到了快速應用。

各類自動采集作物葉面到冠層、土壤表層到剖面理化信息,以及農田氣溫、濕度、光照等環(huán)境信息的傳感器不斷出現(xiàn) , 加上無線傳輸網(wǎng)和智能控制系統(tǒng),使得農田信息地面采集的便捷性、精確性、時效性得到了顯著提高。

最后是農業(yè)專業(yè)模型與遙感技術的耦合，遙感技術的優(yōu)勢在于多尺度、多波段、多實相地提供大范圍的對地觀測數(shù)據(jù),能夠及時獲取地表特征信息如植被指數(shù)、亮度指數(shù)和地表輻射溫度等,并通過定量反演,進一步獲取地表特征參數(shù)如地表反射率、葉面積指數(shù)、土壤水分含量等。

農情遙感平臺

圖片來源：珈和科技

但是農業(yè)遙感特別是農作物遙感監(jiān)測,作物高度、葉面積、生物量等關鍵屬性在生育期是連續(xù)變化的動態(tài)過程,單靠遙感數(shù)據(jù)很難保證觀測的連續(xù)性。因此,大量的研究是將各種農業(yè)專業(yè)模型如作物生長模型、地表能量平衡模型等與遙感數(shù)據(jù)進行耦合或同化,來彌補遙感觀測時間分辨率的缺陷。

目前，在中國，經(jīng)過二十幾年的技術攻關和試驗，農業(yè)遙感應用已經(jīng)實現(xiàn)了面向農業(yè)生產宏觀決策服務的業(yè)務化運行，為農業(yè)和農村經(jīng)濟的發(fā)展作出了突出貢獻。

但作為獲取地理空間數(shù)據(jù)的重要手段之一，衛(wèi)星遙感早期以公益服務為主，不太注重挖掘數(shù)據(jù)的商用價值?？臻g大數(shù)據(jù)技術的應用目前主要集中在由政府主導的大數(shù)據(jù)項目中，純粹的商業(yè)化應用占比極少。

此外，遙感技術主要應用于規(guī)模化種植者，種植面積在幾百畝以上，主要種植作物包括水稻、玉米、小麥等糧食作物以及果樹類經(jīng)濟作物。但在全國2.6億農戶中，96%的農戶經(jīng)營規(guī)模在30畝以下，中國農業(yè)生產還處于小、散等狀態(tài)，農業(yè)遙感公司如何通過降低監(jiān)測成本，滿足小戶、散戶的需求是未來發(fā)展的趨勢之一。

深度挖掘細分場景應用、推動技術商業(yè)化落地，同時針對中國的農業(yè)生產結構特點，通過降低技術成本和門檻來更好地服務于眾多小散農戶也是未來衛(wèi)星技術應用中的一大挑戰(zhàn)。

參考資料：

https://projectblue.blob.core./media/Default/Imported%20Publication%20Docs/SatellitesForAgriculture1825_181217_WEB.pdf

https://smart.huanqiu.com/article/9CaKrnJZaOH

https://max.book118.com/html/2019/0714/5302343001002104.shtm