空間信息技術，如何幫你攻佔農田?

文 | 歐陽

今天，越來越多的農民可以使用上先進的農業科學技術，幫助自己省時、省力、省錢。向來需要生在在特定農業自然環境的農作物，這讓像地理信息系統( GIS )這樣的空間技術有了廣泛用武之地。

精準農業要用到衛星導航定位；遙感衛星和無人機，則從天空中幫助植物收集氣候、氣象信息。

那麼問題來了，這些數據都該往哪兒放呢?

形成「農田大數據」的農業地圖就能一展身手。

精準農業——來自農機裝備的大數據

說起精準農業，不得不提到變數施肥播種機、聯合收割機、無人駕駛拖拉機這些現代農機裝備。通過利用 GNSS 技術和相應感測器的安裝，在大田塊的不同小田塊，農機裝備能非常有針對性地實施變數處方作業，幫助農民精準播種、精準施肥。在按需投入、節約成本、人力的同時，對農業自然環境的水土保持起到十分積極的意義。

美國農場中農機裝備上的智能數據顯示畫面

據了解，在早期引入精準農業的美國大農場，正是因為有了這些智能農機裝備，每英畝農田平均可節省下 2-15 美元的生產成本。久而久之，這可是一筆不小的金額數字。

衛星和無人機——來自遙遠太空的大數據

我們知道，一顆農作物需要茁壯成長，不僅需要陽光、土壤和各類肥料營養元素，適度適量的水分尤為重要。太多或太少，小苗都有長殘的可能。這時，像土壤濕度與海水鹽度衛星( SMOS )這類太空「千里眼」從太空實時探測地球表面的相應動態數據，為農民所服務。而地球資源衛星則可精準分析出歸一化植被指數( NDVI )。

通過這些環繞在地球周邊大小的「眼睛」，我們能迅速獲得本地乃至全球作物的生長能力分析情況。

地球資源衛星的中心樞紐灌溉圖 圖/ NASA

無人駕駛飛機能在精準農業中派上什麼用場?

無人機

比起依賴人力穿行田間去仔細檢查作物生長，精準農業里用到的無人機技術幾乎讓農民徹底從繁重勞累的田間地頭解放出來。無人機讓農民足不出戶就能鎖定特定目標區域，對抗病蟲害傳播。

在線數據——即時地圖

現在，由美國農業部( USDA )國家農業統計服務中心( NASS )開發的即時地圖CropScape 目前已對農民們在線開放。只要登錄訪問，即可實時獲取由衛星採集的的作物面積估算數據。簡而言之，作物生長在哪兒，種植數量多少，都一目了然。

不僅如此，美國政府還充分利用 CropScape 的海量數據延伸應用至食品安全、地表覆蓋動態和農藥控制等方面的處理。

在全球範圍領域，來自聯合國糧食和農業組織的 AgroMap 已能夠實現全球主要糧食作物的農業用地空間數據統計。

世界飢餓地圖

針對大範圍的作物生產區劃，一些在線工具如 plant hardiness 能夠為不同的作物規劃選擇氣候適宜的種植生長區。比如，全球第一個用於農業生產的 GIS 資料庫——加拿大的 Land Inventory，原本就是用來搜集相應數據信息充分研究了解加拿大全境農用土地的生產力變化。

模型 —— 建立數據集

當下，全球各地的研究人員正將更多越來越多好的模型運用到作物生產的周邊。GRASS GIS 的 CAM 和 SWAP 能通過模擬土壤、水和作物生長過程對農作物產量進行監測。

來自 NOAA 氣象的有關天氣、氣候及全球農業發展的資源圖景

作物的生長期( LGP )與土壤持水力有著密切聯繫。但是，由於作物都有其特定的濕度要求，所以生長期往往難以把握。一下這些模型都將對農業增產增效產生巨大的實際意義：

EPIC ——美國研製的土壤侵蝕和生產力影響估算模型可做好土壤侵蝕對土壤生產力的影響評價，對農業生產和水土資源管理策略進行有力的效果評估; AGNPS ——農業非點源污染模型則能有效預測農業對於周邊水質的影響;而 VSMB ——農田土壤水分預測模型則能描述出土壤水分的變化規律與降水、蒸散發特點之間的密切聯繫，對農作物耕作層的土壤水分增長與消退進行預報。

此外，數字地形模型也能幫助農作物找到合適的生長區域。比如，像瑞士阿爾卑斯山脈朝南的斜坡上，便是躲避風寒，熱量、光照、水分充足的好地方。

圖為科學家正在讀取通過飛機或衛星觀測獲得的基線數字

許多農田受自然氣候影響，不能高產保收，造成這種情況的一個主要原因可能還是長期以來對森林保護的忽視。而現在，地理信息系統正不斷為退耕還林的相應決策提供分析支持。在2012年發布的 DRISI Selva 版本中，對土地變化建模器( LCM )做了重大修改，以支持 REDD (減少森林採伐和退化造成的排放)項目，允許對森林採伐的大氣影響進行評估。

滿足未來的糧食需求

在全球越來越快的社會經濟發展速度下，我們如何才能滿足日益增長的人口糧食需求?越來越發達的農業科技正不斷幫助地球從食品安全問題中解救出來。

農業科技讓我們能從歷史數據中彙集經驗，而有關陸地的衛星數據或許就提供了這樣一個獨特的視角來觀察全球歷史農業用地狀況。

不過，當我們看到由衛星繪製的土地利用圖景時，也許會不經發問，地球家園是否真的有足夠的耕地來滿足不斷增長的人口需求?

北京佳格天地科技有限公司是一家通過衛星和氣象大數據收集、處理、分析和可視化系統，服務農業、環境、金融等行業的大數據應用公司。

核心研發團隊來自於美國加州矽谷。創始團隊成員畢業於清華大學、北京大學以及加州大學伯克利分校，曾就職於美國國家航空航天局、美國能源部國家實驗室、ERM公司、百度、孟山都等全球知名網路和跨國農業企業。