高光譜衛星圖像如何幫助精準農業?

高光譜衛星圖像在農業中的使用改變了農田的管理方式，以滿足氣候變化時不斷增長的人口日益增長的需求。近年來，該工具的進步和商業化已轉化為不僅可以負擔得起對大型農場的理解和監控，而且還可以對各地的小型農場進行監控。了解高光譜衛星成像的概念及其對農民和農田的有益影響以及使用它們的方式非常重要。

衛星圖像對農業有何用處?

在人類歷史上的大部分時間里，農業一直是嚴格基于土地的科學和實踐。然而，今天農業的范圍已經擴展到了很大的高度，已經達到了繞地球軌道運行的衛星。但衛星實際上是如何影響我們種植農作物和生產食物的方式的呢?

答案在于農業所依賴的因素，即土壤、天氣、溫度、降雨方式、作物生長、地形等。衛星或天基技術使我們能夠通過計算機屏幕方便地測量和監控這些因素，由此獲得的信息可用于規劃適當的農業干預措施。衛星在農業中的應用正在迅速發展。它已經從僅僅收集信息發展到實際執行精確的農業操作，例如使用安裝有 GPS 的拖拉機進行收割。值得注意的是，衛星主要用于生成感興趣對象(在我們的例子中為農田和農作物)的精確地理空間數據。這是通過使用三顆以上衛星的組合和三邊測量的概念來實現的。

此外，為了測量和監測上述因素，衛星配備了各種類型的高性能傳感器。正是通過這些機制的結合，衛星在現代農業中變得如此有用。

什么是精準農業中的高光譜成像?

高光譜成像是通過捕獲整個電磁波譜中的不同光譜特征來獲取有關物體的數據的過程，而不僅僅是我們可以看到的通過撞擊物體反射的光帶。這些光譜特征的捕獲是在衛星上的專用相機傳感器的幫助下完成的。在農業中，高光譜成像依賴于這樣一個事實：幾乎所有類型的農作物在其生命周期的不同階段和不同的生理條件下都表現出不同的光譜特征。這些差異可歸因于預期或意外的觀察結果。

對于意想不到的結果，差異可以歸因于改變植物生理條件的幾個環境或管理因素。這有助于檢測：

土壤濕度

幾種疾病

復種系統的作物成分

雜草侵擾

土壤養分水平等

精準灌溉方法在現代農業中的作用通過仔細研究和分析這些發現，農民可以輕松地調整其干預措施，以隨著時間和空間的推移實現最佳生產。在某種程度上，高光譜成像可以讓農民了解作物的需求。農業中的實際成像過程是從地面或空中實現的。對于地面，成像是通過配備高光譜傳感器的機器人或車輛完成的。對于航空高光譜成像，使用無人機(UAV)以及衛星圖像。由于高光譜成像的工作機制涉及對光及其光譜帶的精確測量，因此即使系統中的微小移動或不規則性也會在很大程度上扭曲結果，并且弊大于利。因此，對于任何高光譜成像農業作業使用可靠且準確的系統和服務至關重要。最后，高光譜成像在農業中的應用最好在多個作物周期中定期使用，以便對作物的了解和監測更加精確和準確。

衛星光譜圖像如何幫助精準農民?

衛星及其相關技術不僅幫助農民有效管理他們的農場，而且還幫助他們管理農場。他們正在改變全球農業的生產方式。衛星為農民提供了對整個農田的視野和洞察力，這是他們幾十年前從未夢想過的。衛星幫助農民有效、可持續地管理農場的不同方式如下：

測繪：使用衛星進行精準農業的第一步涉及對整塊土地進行徹底測繪。這對于大面積農田的情況尤其有利，使農民能夠根據空間特征識別和優先考慮他們的土地。

測量和研究：直接或間接安裝在衛星上的多光譜相機和傳感器可以測量大量重要的農田特征，如作物健康、營養、土壤水分壓力、種植階段、天氣模式、疾病等。

執行和監控：接下來，衛星數據及其功能可用于執行自動化技術機械，并允許精確地改變施肥率和灌溉模式。而且，隨著時間的推移，圖像不斷堆積，反映了農田特征和環境的格局。這有助于預測未來事件并提前計劃和準備，以最大限度地減少干旱、氣候變化、疾病爆發等因素造成的極端損失事件。

它在農業中的應用，包括高光譜圖像，屬于精準農業的廣泛范疇。因此，衛星圖像很少單獨使用，而是精準農業中使用的物聯網 (IoT) 的要素之一。

農作物保險的主要類型衛星圖像與地面數據、人工智能、大數據分析相結合，并使用智能手機和應用服務將數據傳播到農民層面。

更準確地說，農業中的高光譜圖像可以實現以下目標：

1.作物健康檢測：

根據多光譜衛星圖像計算出的不同類型的植被指數用于了解、檢測和監測農作物的健康狀況。如前所述，不同的健康狀況或活力會導致不同波長的光被吸收或反射。

傳感器捕獲并計算指標，并且可以近乎實時地使用最好的指標來生成適當的管理策略。

2. 土壤狀況及性質：

就像農作物及其葉子在不同的健康條件下顯示出不同的光譜特征一樣，土壤及其特性的變化也轉化為機載傳感器反射的不同光譜的光。

例如，土壤亮度指數就是用于測量和繪制土壤特性的指數之一。由于水分、養分水平、質地、可蝕性和 pH 值等土壤特性對整個農業系統的整體成功或失敗起著重要作用，因此準確、定期地繪制、管理和監測土壤狀況非常重要。系統土壤采樣可以更準確地描述土壤特性，但在大面積區域可能成本高昂且效率低下。因此，最好的方法是將高光譜成像與土壤的系統網格采樣相結合，以獲得不同土壤特性的準確可靠的地圖。

3. 作物生長和作物/品種類型檢測

在大型農場的多種種植系統中，應用多光譜衛星圖像來了解和監測作物生長以及作物成分至關重要。在大型農場中，不同的土地可能存在局部環境因素，導致偏離正常的生長模式。此外，雜草等不需要的植物可能會在影響主要農作物生長的地區生長。為了監控所有這些問題并確保整個土地產生最佳結果，多光譜衛星圖像會生成數據層，您可以比較這些數據層并做出明智的決策。除了 HS 圖像的這些常見應用之外，其他應用還包括早期洪水檢測和預警、野火檢測、牲畜監測等。

農業精準害蟲防治綜上所述，高光譜衛星圖像在農業及其轉化為應對 21 世紀日益嚴峻的挑戰的先進實踐方面具有巨大的潛力和應用。農民可以通過多種方式從這一強大的工具中受益，并使他們的農藝實踐變得更容易、有效、可持續，最重要的是有利可圖。然而，同樣明顯的是，其應用需要高水平的精度和知識，農民需要確保使用具有高運營效率和技術專業知識的可靠農業服務提供商平臺。所使用的技術具有非常高的精度，具有 3m 的高分辨率和數年的圖像數據庫，可以為您的農田建立植被趨勢和管理區域。

使用所有這些信息和數據層，分析農田的整體生產力特征，并為您的農田規定可變的投入率，例如肥料、灌溉或作物品種，目的是從可持續和財務的角度增強您的農藝實踐。