未来的农业信息技术：
从农田尺度到大洲尺度的整合（下）

编译：工业和信息化部国际经济技术合作中心 刘佳源

通信技术

     利用多用途通信系统

     新的和现有传感器技术与无线通信系统的融合已经开始，许多公司现在提供无线气象和土壤水分传感系统。有了这些工具，农民可以足不出户就查看自家农田的状态。

     移动互联网、卫星上行系统、远距离无线电通信连接和互联网或无线网连接都已经成为相对普遍的连接方式，也是商业可用的传感器系统通常选用的技术（http://www.campbellsci.com/communications）。但是，不少这些技术的初始安装难度非常大。

为农业生产发展高端技术

     用于传感器网络的自组织无线硬件和软件最近已经进入市场，使传感器网络的开发和安装成为可能。尽管这些网络在农业上的应用拥有巨大潜力，但将通信系统、数据收集和传感器技术整合起来，使节点在稳定的工作网络中运行需要大量工作和较高的知识水平，并且需要克服安装时遇到的巨大困难。

     农业传感器网络必须足够结实，适应雨水、阳光和农田淹水等极端环境。还必须将影响做到最小，才不会妨碍重机械进入农田。这种网络还应该在设计上抵挡住农机偶然的碰撞。另外，传感器节点应该易于安装和拆除，方便失灵节点的更换，以及在耕地前拆除所有节点。

     这些技术性问题很可能在未来十年内得到解决，一旦解决，自组织网络就可以与便宜的传感器技术结合，使农民可以迅速地在农田中部署网络，并且即时获得农田中的空间和时间信息。另外，传感器也应该直接与农业设备和智能手机等个人电子设备进行通信。

     这样，当农民在田间调查或劳作时就能获得农田状况的实时和历史信息。与服务供应商连接的智能软件可以提供其他数据，如哪些地方存在潜在问题、可能解决问题的方法等，甚至是为到哪里寻找材料、设备或其他服务提供商给出建议。

遥感：提供分尺度信息的技术

     对农业生产的现有作用

     遥感是指不用直接接触目标就能进行测量的技术。遥感的特点除了获取测量数值外，还能获得空间分辨率和时间分辨率数据。遥感获得的信息能够为现场的测量数据划分尺度，帮助理解流域、地区、大洲和全球系统中的物理过程和生物过程。这些技术扩展了空间覆盖面，提供难以到达的地区相关信息，通过多种感应模型获取独特的测量数据。

     拖拉机和联合收割机上的遥感技术以及空中和空间平台已成为现代农业的重要组成部分，应用范围涵盖自给型农场、大型机械化农场和高价值经济作物。遥感技术得到的降雨量、温度和风速等信息可以整合到天气预报中；全球定位系统（GPS）的数据可以输入到农田运营的指导系统中；高级传感器整合到精准农业使用的特殊设备中。

     大部分应用于农业生产的成像技术搭载于卫星、飞机和无人运载工具上，能够记录从地面/水面反射的光或能量。多光谱传感器，如美国国家海洋和大气管理局的卫星上搭载的先进甚高分辨率辐射仪（AVHRR），已经每天提供覆盖全球的公里级资料长达数十年，为植被指数，如作物生长势指标带来了广泛应用。

     事实上，这些简单的指数每天免费为全球提供数据，是农业产量模型和作物健康度实证指数应用得最多的数据。

     这些传感器的下一代技术衍生出的更高级的产品，如美国航空航天局的中分辨率成像光谱仪（MODIS）（modis-land.gsfc.nasa.gov/），正慢慢地融入到农业研究和应用模型中。美国陆地卫星系列任务（landsat.usgs.gov）衍生出的数据产品也已经大大改进了许多农业应用，虽然其16天的重访周期成为限制因素，特别是对云层覆盖的地区。

     过去十年中，随着政府和私企发射的卫星为开发即时产品提供基础支持农业应用，以空天平台上获得的多光谱数据为基础开发的产品得到了极大的普及。

     未来对农业的贡献

     成像技术现在能在很窄频带的电磁光谱中同时获得数百种测量数据。能够发射特定波长的能量并测量反射波的新型主动感应技术也已经普及。三个正向空天平台运行层面发展的技术对于发展农业科学将有特别帮助：（1）高光谱成像；（2）主动和被动微波系统；（3）激光系统。

     加上农业模型和数据传递系统的进步，这些技术能够彻底改变多尺度农业过程的特点和预测。同现场传感器一样，这些新的遥感技术为企业家提供了面向农民开发和交付产品的机会。

     高光谱成像传感器

     模仿获取与反射和吸收相关的化学信息的实验室分光计，在数百个窄频带上提供二维图像。这些数据能够发展农业科学中以物理为基础的实证模型，估算叶绿素含量、监测水胁迫、探测入侵物种和评估水质等。搭载于空中平台的商业化高光谱传感器可以监测高价值农作物，国际社会正在制定高光谱卫星任务，预计在未来十年上天。

     以遥感技术为基础的土壤水分测量产品主要依靠光谱中微波区域的测量数据，该区域中土壤在不同条件下的介电特性与土壤水分有关。虽然土壤水分不能直接测量且难于从遥感数据中得出，却是农业遥感技术最重要的测量内容。土壤水分除了是影响作物状态的重要因素，还是描述大气和地表互动过程的重要参数，在区域和全球天气模式中起作用。土壤水分还在开发农业管理策略（如灌溉）、预测作物产量及探测和监测干旱中具有重大意义。

     目前使用的空间土壤水分