数字经济离不开技术支撑。现代化农业的发展呼唤技术的创新，人们对美好生活的向往也需要不断进步的科学技术为其保驾护航。高光谱遥感技术作为一项基于融合光谱和遥感两项技术的新兴科技，正在数字经济的发展中彰显出无限的可能性与活力。 

　　在日前召开的空天信息与数字经济创新发展论坛上，澳大利亚工程院院士张立人对高光谱遥感技术及应用进行了介绍，并表示在学科交叉融合的背景下，高光谱遥感技术研究将融合5G 物联网和云计算综合平台不断为产业发展和市场需求服务。 

张立人 

　　高光谱遥感技术 解码万物“指纹” 

　　光谱分析是自然科学分析的重要手段。光谱是复色光经过色散系统分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案。其中除了包含有人眼可见的可见光外，更有人眼无法识别的光，通过光谱分析，能够极大地拓展人类视觉以外的感知能力。 

　　传统光谱分析一般针对单点位置开展，通过待测物自发光或者与光源的相互作用而进行分析。而高光谱成像技术则结合了光谱技术和成像技术，将光谱分辨能力和图形分辨能力相结合，造就空间维度上的面光谱分析。其高光谱具有的更多光谱频带也让材料上的微小特征更加容易分辨，由此得到与以往相比更加复杂、更加精确的物体图像。 

　　而遥感技术是指非接触的、远距离的探测技术。一般指运用传感器/ 遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测。遥感是通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物。获取其反射、辐射或散射的电磁波信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），并进行提取、判定、加工处理、分析与应用的一门科学和技术。 

　　借助遥感技术对物体进行高光谱成像分析，形成每一个物体独一无二的“指纹”，借助这一“指纹”，物体的物理结构、化学成分等指标得以进行独一无二的呈现。 

　　在此项技术的基础之上，张立人团队研发出了深蓝智谱高光谱遥感平台。“这项技术多机协同、灵活机动并且成本较低；运用5G 物联网平台+ 云计算+ 数据库，打破地域限制，大大缩短了数据处理时间；除此之外，根据不同需求，30~500米之内灵活可测。”张立人介绍道。除此之外，团队还实现了GPS网格化同步，将亚米级卫星图谱拓展至了厘米级精度。 

　　监测小麦条锈病 “指纹”用途多又广 

　　在张立人看来，技术一定要应用于实际，在市场中实现不断完善。目前，张立人团队将高光谱遥感技术应用于小麦的田野上，实现了让小麦条锈病“无处遁形”。 

　　小麦条锈病是典型的气传性真菌病害，对温度要求严格，适宜发病温度为5~12℃，田间温度低于-7℃或高于23℃时则不能存活，越冬、越夏、随气流长距离传播。温度、湿度、风，是发病的加大要素。小麦条锈病菌的浸染过程分为4个阶段：接触期、侵入期、潜伏期和发病期。早期病原菌在寄主体内吸取营养、蔓延和繁殖，无法通过肉眼直接观察病症，所以早期识别变得尤为关键。如果错过了这一环节，条锈病将危害叶片及叶鞘、茎秆，也侵染穗部、颖壳和芒等组织。并将破坏叶绿素，叶片上产生鲜黄色斑点，造成光和效率下降，并掠夺植株养分和水分，增加蒸腾量，导致灌浆受阻，一般减产20%~30%，严重的将达50%以上；成株期刚发病时，在叶片的正面形成很多鲜黄色的夏孢子堆，发病后期叶片表皮破裂，出现锈色粉状物，最后叶片干枯死亡。 

　　小麦条锈病是世界范围内最重要的小麦病害之一，也是影响中国小麦安全生产的重要生物灾害，在中国主要发生在河北、河南、山东、山西、陕西等地。有报道显示，小麦条锈病对小麦生产具有毁灭性的影响，大流行年份可导致小麦减产40%以上，甚至绝收。在小麦的生产上, 由小麦条锈病对其造成的损失一直以来备受关注。而小麦条锈病具有潜伏侵染的特点, 所以若能对其潜育期实现快速识别及检测, 则对病害的防控、农药的安全使用、环境的保护等具有重大意义。 

　　过去防治条锈病的措施多为大田喷药、带药侦察等，现有的侦察技术不仅病害诊断和识别技术具有滞后性，在神经网络的收敛速度和精度上也有待提高，不仅数理统计模型和预测效果不确定，基于病菌孢子时空动态的广域测报也尚未成型。换言之，过去的条锈病防治较为滞后，也较为粗糙。 

　　“于是我们想到了用高光谱遥感技术对早期的小麦条锈病进行识别，”张立人进一步介绍到，“早期小麦叶片上用肉眼看不见的东西，在光谱的帮助下无处遁形。”首先通过对目标区麦田进行遥感成像，再预处理综合光谱特征，消除光照角度、阴影、背景、水雾、抖动、风吹等因素，得到目标区的高光谱图像，进一步利用超级像素团分割不同类似条锈病的高光谱数据，对提取分割后的目标物光谱特征的能量概率分布进行归一化处理，融合得到条锈病的高光谱特征，以此作为标准，就能迅速匹配识别出早期的条锈病小麦株。 

　　“在此过程中，团队创造并使用了三项核心技术。”张立人指出，采用窗口滚动式的多模态数据取样，进一步增强了有效性和实时性；运用多元贝叶斯学习模型动态估算温度、湿度、风向等干扰因素权重，有利于提高分布式稀疏估值的精确度；这也是首次将时- 频域跳转算法应用于小型无人机载的高光谱遥感成像，因为光谱是频域的，图像则是时空的，将这两者有机结合，能够更好地利用高光谱遥感的测量数据，实现小麦条锈病菌的精准捕捉。 

　　肉眼无法分辨的颜色区域，以550~700纳米和750~940纳米的敏感波段进行了一目了然的呈现。研究团队发现，因为叶绿素含量对反射光谱非常敏感这一特性，利用条锈病侵染时间与叶片叶绿素含量的对应关系早期识别条锈病侵染，能够准确地把握住条锈病发病的区域。在发病早期找到病源，并进行有效的防治。 

　　除了广袤的麦田，高光谱遥感技术在南半球的葡萄田间也发挥着妙用。在澳大利亚的布诺萨山谷里，就有张立人团队高光谱遥感技术的身影。葡萄的丹宁成分含量高低是影响葡萄酒品质高低的重要因素，通过高光谱遥感技术对葡萄属的含氮量进行分析，再反演出葡萄的丹宁含量分布，实现了从人工品尝到用高光谱技术推演的跨越，让葡萄的含丹宁量更加可视，也让葡萄酒的品质更加可控。“除此之外，还能用高光谱遥感技术结合无人机进行水质遥感检测，从陆地到河海，从农业到工业，万物的‘指纹’用途十分广泛。”张立人总结道。 

　　更小更轻更便捷 让高光谱走进千家万户 

　　下一步，团队打算开发微型高光谱测量仪，在深蓝智谱微型高光谱检测技术发展项目基础上，让高光谱走进千家万户。 

　　基于高光谱遥感能分辨出观测物质分子或元素的光谱特性，张立人团队致力于将微型高光谱遥感结合5G物联网和云计算综合平台进行研发和应用，使其更加机动灵活、方便快捷、安全可靠并成本低廉。进一步让测量仪更加便捷轻便，走进人民大众的日常生活，有助于让更多的家庭享受到技术的便利。 

　　微型高光谱遥感的应用将非常广泛，通过将微型化的设备嵌入智能手机系统。在进行光谱采集和储存传输的预处理技术后，再在数据分析和云处理的帮助下实现数据处理，最终通过手机APP让技术在终端得以实现。“在未来，微型高光谱遥感设备在检测食品的添加剂含量、辨识真酒假酒、测量农药残留、进行文物鉴定等场景下都将发挥出巨大的作用。”张立人总结道。 

　　在水果市场上，利用高光谱遥感技术明确水果甜度，便利了消费者的购物行为的同时，也有利于水果商提前规划运输周期，以防治出现因为甜度过高运输过程中自然腐烂的情况等。高光谱加美容也是未来的一大发展方向，通过高光谱成像检测人脸的瑕疵，进一步对其化妆品适宜性进行测评，从而提出个性化的护肤养颜建议。试想在未来，通过一个小小的机器就可以清楚地看到食品新鲜与否、物品是真是假、水质是好是坏，无疑能进一步优化人们的生活质量。 

　　张立人进一步强调：“商业成功是检验技术成功的唯一标准，永远要重视市场，将技术应用在市场中。”这是他的信念，更是他对高光谱遥感技术研发和发展的要求。