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前NASA科学家 用卫星大数据“耕耘”农业

[日期:2016-04-25] 来源:一财网  作者:邱智丽 [字体: ]

  点击电脑屏幕上用不同色块标识的土地,你可以看到该区域的土地面积、土地等级以及过去几年的耕种情况,根据土地肥力调整农作物种植类别。你还可以查阅农作物在过去几个月的长势情况以及当前成熟度,预测最佳收获周期,甚至还可以轻松规划航线,利用无人机进行农业植保。

大数据

  这一场景发生在佳格大数据耘境平台上,足不出户监测农作物的背后是空间遥感卫星技术的支撑。作为国内较早涉足农业领域,致力于通过“卫星+大数据”实现智慧精准农业的公司,佳格希望通过分析卫星数据,实现对农作物耕种面积的预测、适宜区规划、自然灾害和病虫害的预测预警等,进而通过农作物的估产延伸至农业保险费用厘定、农业贷款评估等金融服务。

  事实上,自20世纪60年代,卫星技术就开始应用于农业生产。美国利用陆地卫星和气象卫星等数据预测全世界的小麦产量,准确度高于90%。世界著名乳业巨头之一Land O’Lakes曾于2013年收购卫星成像公司Geosys,用以监测牧草的长势,以保证上游原料供应。

  通过卫星传感器对地表辐射和反射的电磁波信息进行收集处理并最后做成卫星影像,结合农作物的叶面指数、太阳光合有效辐射等指标,可以观察植物类别、长势、光合作用的强弱、土壤水分含量等。影像数据的积累与既有农业知识的碰撞给精准农业提供了无限的想象空间。

  “农业具有两大特性——时间波动性和空间差异性。利用数据可以将这两大特性进行描述和预测,并应对其带来的潜在风险,实现我们所讲的‘天时地利人和’,即适应天气、地理的变化,最大程度发挥人力效率。”佳格公司CEO 张弓博士向《第一财经日报》记者表示。

  以往的农作物监测主要通过人工实地考察,或地面安置探头即物联网的方式进行观测。前者毋庸置疑耗时耗力,效率低下。后者的问题在于单点采集,覆盖面积较小,大范围铺设成本和维护成本较高,分散在各地的数据整合困难,较适用于花卉、温室蔬菜等高附加值的农作物。

  “对于大型农田,卫星数据具有明显优势:可复制程度高,覆盖面积大,统计起来也方便得多,而且服务万亩以上的大型农田的价格远远低于其他技术。”佳格商务总监张文鹏向《第一财经日报》记者介绍道。

  卫星图像数据源的获取和精准度是技术应用的基础。佳格的数据源一方面来自于包括中国在内的国际数十颗卫星融合和处理后的植被动态,包括作物类型、长势、灾害影响等数据。另一方面还包括东亚范围内的几十年农业气象数据,包括温度、湿度、土壤水分等作物敏感的气象环境信息,并可以对两三周的天气状况进行预报。

  相较于数据源的优势,如何从海量的数据中筛选出有用的部分,并利用人工智能完成对大数据的计算、解析和展示是技术难点,也考验团队运作能力。

  张弓曾是美国航空航天局(NASA)科学家,工作8年期间负责气象和遥感数据处理。技术总监顾竹博士是张弓的同事,专注于卫星影像的深度学习研究算法。另一位创始人王蕴刚博士,曾是美国能源部国家实验室科学家,拥有十余年的环境行业经验。张文鹏则曾任孟山都公司中国市场总监,拥有十余年的农业经验。

  以马铃薯晚疫病推演为例,晚疫病被称为马铃薯的癌症,是一种世界性的流行性和毁灭性病害,几乎所有种植马铃薯的地区都有晚疫病的发生,如防治措施不当,会造成减产70%~80%的严重损失。

  “和人类生病一样,农作物也会表现出不同的体征特征,通过卫星遥感可以抓取肉眼察觉不到的农作物变化潜在风险。同时采用遥感手段可以分析受害马铃薯冠层光谱曲线特征,对受害马铃薯的面积进行定位统计。”张弓告诉记者。

  现在卫星大数据的应用主体是B端,尽管农民才是产品的最终使用者,但他们却只知道有功能并会使用,却并不清楚这其中的原理。卫星遥感技术对疫情的预警功能无疑为当下大热的无人机植保提供了一双“眼睛”。“卫星遥感数据就可以让用户提前获知病虫灾害信息,并且可以利用精确农田数据分析地形,对无人机进行路径规划,进一步提升飞机的使用率。”天翼合创董事长、CTO马勇向《第一财经日报》表示。天翼合创是一家农用无人机研发公司,在东北、华北、华南、华中等地区推广大面积无人机植保喷洒服务,在实际操作过程中一直面临不知何处有虫病害,怎样规划最佳航线的问题,2015年开始采用佳格卫星大数据进行航线规划和虫病害预测。

  无人机植保是为可能发生或者已经发生病虫害的地区进行农药喷洒,但哪里有疫情,何时会发生,无人机厂商并不知道,而农民往往在已经发生灾害后迫切希望立即见效,这对我们的应急响应时间提出了非常严格的要求。

  美国NAPA谷的一些葡萄园也应用了佳格卫星遥感数据,用以监测葡萄糖成分和土壤湿度的关系。“葡萄酒的品质取决于葡萄的水分,水过多就不甜,水少产量就低,这就要求精准地控制土壤的水分。用无人机搭载红外镜头可以对葡萄园进行扫描,遥感实时监控土壤水分和作物的蒸腾系数,同时通过气象数据精准预报未来的降水和土壤的水分变化,进而自动调节灌溉控制土壤的水分。”张弓介绍道。

  为了将复杂的技术变为可广泛应用的工具,佳格在产品的可视化和用户的可操作性上做了不少功课。依据葡萄的成熟度不同,后台用不同的颜色进行标识,例如红色部分表示生长旺盛且水分蒸发比较多的葡萄叶片区域。而在葡萄园缺水程度显示图中,绿色为健康区域,黄色为缺水区域,一目了然,从而为采摘提供决策依据。

  在国内,佳格也有利用卫星大数据帮助种植火龙果的客户确定产量。“通过无人机拍摄刚刚挂果时的火龙果图,依据颜色差别等因素,机器会学习判断火龙果的个数,因为火龙果的个头是由品种决定的,有了数量就可以知道每亩的产量。”张弓介绍道。

  此外火龙果存放周期短,往往是先有订单再生产,因此对地块实际产量预估提出了较高要求,如果可以预知产量高于订单量,老板可以提前寻找买家,保证销售价格。而当产量低于订单量,可以想办法提前补齐订单量,避免违约事件发生,精准测定实际产量可以保证产品的供给。

  利用卫星遥感技术可以提升10%左右的农作物产量,仅这一点就为佳格带来可期的盈利空间。而依靠大数据为每一块土地建立的生产力评估模型和风险评估模型可以应用于农业保险业务和农业贷款评估等金融服务项目。

  “目前生产类型的服务是推广给大型企业和政府,同时依照这些信息也会提供信息咨询服务给农业金融机构,例如农业保险、农业贷款、农资买卖。通过长期的数据积累,形成以数据为核心的金融产品,而金融手段反过来也可以促进技术的推广。”张弓表示。

  例如,孟山都2013年以 9.3 亿美元的高价收购气候公司(The Climate Corporation),面向农民提供农业数据技术平台,帮助农民预测作物产量,农民可以根据预测情况选择相应的农业保险,以降低气候环境对农业生产带来的影响。数据科学在种子和化肥销售这两大核心业务以外,给孟山都带来200亿美元的创收机会。

  “中美在农业精细化方面存在巨大差距,中国市场基本是空白,这也意味着巨大的机会,目前中国提倡土地流转,农业朝着规模化的方向发展,精细化是必然趋势。将卫星遥感大数据应用至农业具有马太效应,需要三到五年的数据积累和应用,先行者容易建立自己的竞争壁垒。”经纬中国投资董事熊飞告诉《第一财经日报》记者。

  我国目前有效耕地面积超过20亿亩,其中至少有10亿亩左右是土地流转合并成的大型农场、私营大型农场和中型家庭农场,在这大约10亿亩农场背后的50万农场主是佳格潜在的直接用户。

 

  “我们希望农业不仅仅依赖生物技术,而是借助数据,通过因地制宜的方式来提升农业生产效率,让农业从‘看天吃饭’转型为‘知天而作’,实现从小农经济到规模化经营的快速转变。”张弓表示。





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