摘要

農田即時監測系統融合多源傳感與物聯網科技，實現作物生長與環境數據的動態採集與精准管理。 本文以星視圖的“多光譜相機+雷射雷達+科研觀測一杆通”為例，闡述其科技架構、功能與應用價值，結合案例驗證其科學性，為農業精准管理與可持續發展提供參攷。

一、農田即時監測系統的概念與需求

農田即時監測系統（Farmland Real-time Monitoring System，FRMS）基於現代傳感技術，實时獲取作物生長、土壤環境、氣象等多維度數據，結合資料分析模型實現精准農情判斷。 其覈心目標：

1. 動態感知：突破人工觀測限制，實現農田數據連續採集；

2. 精准診斷：多參數融合分析，識別作物脅迫（如乾旱、病蟲害）；

3. 科學決策：支持水肥管理、灾害預警、產量預測，優化資源利用。

傳統農業監測科技受限于單一參數、低分辯率及人工依賴，難以滿足現代農業需求。 集成多光譜成像、雷射雷達與物聯網科技的綜合監測體系，成為行業陞級的關鍵路徑。

二、科技體系與覈心組件

2.1 多光譜成像科技

星視圖公司研發的XST-PhotoNet系列多光譜相機通過多波段協同觀測，突破傳統RGB相機的光譜限制，支持植被指數（NDVI、GCC等）與物候期動態分析：

– 雙模式成像：標準RGB影像（Mode-1）與窄帶光譜影像（Mode-2）結合，650±10nm紅光波段捕獲葉綠素吸收特徵，850±10nm近紅外波段解析冠層結構；

– 高時空分辯率：每小時一次連續觀測（5:00-20:00），結合20倍光學變焦雲台，支持群體-個體-器官多尺度監測；

– 植被指數優化：基於5波段窄帶數據計算25種指數（如EXG、NDVI），較寬帶數據精度提升30%以上。

應用場景：作物發育期追跡（如河北與河南冬小麥物候監測）、脅迫響應分析（如慶陽站紫花苜蓿收割與降雪事件NDVI异常檢測）。

慶陽站紫花苜蓿NDVI生長季變化曲線

苜蓿收割引起NDVI波動：6月9日開始收割第一茬，7月下旬收割第二茬，10月末尾收割第三茬

降雪引起NDVI波動：12月11日開始下雪，到21日雪基本融化； 第二年1月15日再次降雪

2.2原位雷射雷達科技

XST-LiDARNet原位生態雷射雷達通過主動式三維點雲掃描，突破被動光學感測器的冠層穿透瓶頸：

– 點雲處理算灋：基於非生長季地面基準庫實現植被-地面分離，選取冠層高度、覆蓋度（FVC）、葉面積體密度（LAI）等參數；

– 動態監測能力：每日一次掃描（452000點/秒），支持植被體積日變化分析（內蒙草原牧草體積變化監測案例）；

– 抗干擾設計： IP66防護等級，適應-40℃~85℃極端環境，適用於農田、森林、草地等多場景；

–科技優勢： LAI反演誤差<10%，覆蓋度計算與玉米生長節律一致性達95%。

應用場景：雷射雷達應用於植被定位監測，可以長期獲取植被三維結構資訊，得到高度、體積等參數的時間序列變化。

雷射雷達（點雲）與物候相機（實景）組合系統對比一致性

2.3多源協同監測平臺：XST-SCI-in-One科研觀測一杆通

該系統集成光譜成像、雷射雷達、氣象與土壤傳感模塊，實現“環境-作物”協同監測：

– 四維數據融合：多模態數據融合，大大提高模型數據的魯棒性和準確性；

– 植物本體參數： NDVI、LAI、FVC等植被指數；

– 氣象要素：溫濕度、風速、降雨量、太陽輻射（精度±0.2℃/±2%）；

– 土壤參數：溫/濕/鹽多深度監測（分辯率0.1℃/0.03%）；

– 水文數據：雷達流速感測器（精度1mm/s）支持灌溉優化

– 邊緣計算與傳輸：智慧資料獲取器（256M運存）實时處理數據，支持255個感測器接入與4G全網通傳輸；

– 資料安全：本地-雲端雙備份、中斷點續傳與异常報警（簡訊/郵件通知）。

應用場景：物聯網雲數據與戶外實时播放數據。

三、應用價值與案例分析

3.1精准農業管理

•水肥優化：結合土壤濕度與冠層LAI數據，動態調整灌溉量（如慶陽站紫花苜蓿案例）；

•病蟲害預警：通過熱成像模塊（XST-PhotoNet-TI）檢測冠層溫度异常，早於肉眼發現脅迫。

3.2灾害應對與保險評估

•氣象災害預警：實时風速/降雨監測結合冠層結構數據，評估倒伏風險（如內蒙古草原案例）；

•灾損量化：雷射雷達點雲重建受灾區域三維模型，精確計算減產比例。

3.3遙感地面驗證與碳匯核算

•天地協同：多光譜數據與衛星遙感（如中國碳衛星）聯合校準，提升區域尺度參數反演精度；

•碳通量估算：SIFNet葉綠素螢光數據（精度±2%）支撐光合作用模型，助力雙碳目標。

四、挑戰與未來展望

1.科技瓶頸：多源數據融合算灋複雜度高，需結合AI模型（如深度學習）提升分析效率；

2.成本控制：雷射雷達與高光譜設備造價較高，需通過模組化設計降低規模化部署成本；

3.標準化建設：推動監測參數、數據格式與介面協定標準化，促進多平臺互聯互通。

未來，隨著低空無人機遙感、數位孿生科技與農業大模型的深度綜合，農田監測系統將向“空-天-地”一體化、預測-決策-執行閉環化方向演進，為全球糧食安全與生態永續提供科技基石。 星視圖也會繼續為此貢獻自己的力量。