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遙感技術是20世紀60年代蓬勃發(fā)展起來的一門新興的、綜合性的探測技術,隨著空間技術、信息技術、電子計算機技術和環(huán)境科學的發(fā)展,從而逐步形成發(fā)展的一門新興交叉學科技術。遙感技術(遙感圖像是一種綜合的地理信息源,它包括各種地理要素,是一種非常重要的空間信息,為資源特征的空間分析提供定位、定性和定量的數(shù)據(jù)),地理信息系統(tǒng)技術(它是以采集、貯存、管理、分析和描述整個或部分地球表面包括大氣層在內與空間和地理分布有關的數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng))和全球定位系統(tǒng)技術(是對海陸空設施進行精確導航和定位系統(tǒng))構成了完整的遙感技術體系,是對地觀測的重要手段,也是信息技術的一個重要分支。而農業(yè)遙感是隨遙感技術的發(fā)展而發(fā)展的,在農業(yè)領域內最早應用的主要是航空照片。當前應用較多的領域是農作物估產、作物生長狀態(tài)監(jiān)測、土地調查、農作物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與自然災害及病蟲害監(jiān)測等方面。同時,農業(yè)是遙感技術的最大用戶。農業(yè)遙感的工作十分廣泛。我國是農業(yè)大國,改變農業(yè)管理水平,合理利用資源以及糧食生產等十分需要該項技術為政府決策部門提供準確信息。

1 遙感的概念及技術特點

遙感(Remote Sensing)即遙遠的感知,從廣義上說是泛指從遠處探測、感知物體或事物的技術,即不直接接觸物體本身,從遠處通過儀器(傳感器)探測和接收來自目標物體的信息(如電場、磁場、電磁波、地震波等信息),經過信息的傳輸及其處理分析,揭示出物體的特征性質及其變化、分布等特征的綜合性探測技術[1]。其工作原理是利用遙感器從空中來探測地面物體性質的。它根據(jù)不同物體對波譜產生不同響應的原理。識別地面上各類地物,具有遙遠感知事物的能力。也就是利用地面上空的飛機、飛船、衛(wèi)星等飛行物上的遙感器收集地面數(shù)據(jù)資料,并從中獲取信息,經記錄、傳送、分析和判讀來識別地物。其技術特點如下:

遙感用航攝飛機飛行高度為10km左右,陸地衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道高度達910km左右,從而,可及時獲取大范圍的信息。

1.2 獲取信息的速度快、周期短

由于衛(wèi)星圍繞地球運轉,從而能及時獲取所經地區(qū)的各種自然現(xiàn)象的最新資料。以便更新原有資料或根據(jù)新舊資料變化進行動態(tài)監(jiān)測。這是人工實地測量和航空攝影測量無法比擬的。

1.3 獲取信息受條件限制少

在地球上有很多地方,自然條件極為惡劣,人類難以到達,如沙漠、沼澤、高山峻嶺等。采用不受地面條件限制的遙感技術,特別是航天遙感可方便及時地獲取各種寶貴資料。

1.4 獲取信息的手段多,信息量大

根據(jù)不同的任務,遙感技術可選用不同波段和遙感儀器來獲取信息。例如可采用可見光探測物體,也可采用紫外線,紅外線和微波探測物體。利用不同波段對物體不同的穿透性,還可獲取地物內部信息。

2 遙感技術在農業(yè)生產與發(fā)展方面的綜合應用

遙感技術可以客觀、準確、及時地提供作物生態(tài)環(huán)境和作物生長的各種信息,它是精確農業(yè)獲得田間數(shù)據(jù)的重要來源。遙感技術在精確農業(yè)中應用主要有以下幾個方面:

2.1 農作物實際播種面積的遙感監(jiān)測與估算

在我國,由于耕地的數(shù)量減少與質量下降,耕地保護已經成為實現(xiàn)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要戰(zhàn)略任務。遙感信息因其信息量豐富、覆蓋面大、實時性和現(xiàn)實性強、獲取速度快、周期短和可靠準確性以及省時、省力、費用低等優(yōu)點,被廣泛用于測定農業(yè)用地的數(shù)量和質量的動態(tài)變化。通過遙感衛(wèi)星監(jiān)測并記錄下農作物覆蓋面積數(shù)據(jù),在此基礎上可以對農作物進行分類,估算出每種作物的播種面積。遙感估產是建立作物光譜與產量之間聯(lián)系的一種技術,通過光譜來獲取作物的生長信息。在實際工作中,常常用綠度或植被指數(shù)作為評價作物生長狀況的標準,植被指數(shù)中包括了作物長勢和面積兩方面的信息。

2.2 農作物的長勢與產量的遙感監(jiān)測與估算

作物長勢是作物生育狀況總體評價的綜合參數(shù)。農作物長勢監(jiān)測指對作物的苗情、生長狀況及其變化的宏觀監(jiān)測。不同作物的發(fā)育期不同、長勢不同,它們的光譜反率不同,葉面積和生物產量有很好的線性關系。利用這一特性可以測定葉面積指數(shù),從而監(jiān)測作物長勢,進行估產。也可以利用0.6～0.7mm的可見光與0.75～1.00mm的近紅外兩個波長范圍的反射率比值來估算生長量,比值愈大說明作物生長愈好,反之生長不良。再根據(jù)比值與干物重建立回歸關系,求出回歸系數(shù),從而獲得單位面積產量的近似公式。利用衛(wèi)星遙感技術監(jiān)測我國廣大農業(yè)區(qū)作物生產狀況,做估測作物產量提供的監(jiān)測與預測結果,逐步成為指導和決策農業(yè)生產不可缺少的重要信息,將產生顯著的社會效益和經濟效益。

2.3 作物長勢與產量預報遙感模型的建立與應用

農業(yè)模型已被公認為農業(yè)研究的一個新方法。農業(yè)模型由于將農業(yè)過程數(shù)字化,使得農業(yè)科學從經驗水平提高到理論水平,是農業(yè)科學在方法論上的一個新突破。我國作物模型的研究開始于20世紀80年代中期,機理性較強的有高亮之的水稻模型RICEMOD、戚昌翰的水稻模型RICAM、馮利平的小麥模型WHEATSM、尚宗波的玉米模型MPESM等。這些模型能夠反映作物生長和發(fā)育的基本生理生態(tài)機理和過程,具有動態(tài)性和通用性。但是,各種模型本身對作物的描述有簡有繁,許多模型中采取了一系列的假設來描述未知生理過程,使得精度降低。另外,模型所描述的大量氣候、土壤和作物特性資料不易得到,也增加了應用難度,需要進行深入的研究和矯正。[3-4]

2.4 農作物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

農作物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測利用遙感技術可以對土壤侵蝕、土壤鹽堿化面積、主要分布區(qū)域與土地鹽堿化變化趨勢進行監(jiān)測,也可以對土壤水份和其他作物生態(tài)環(huán)境進行監(jiān)測,這些信息有助于田間管理者采取相應措施。德國、日本、印度等國應用衛(wèi)星成像系統(tǒng),早期辨別農作物病蟲害,及時采取對策,有效地減少了病蟲害的危害程度,提高了經濟效益。

2.5 農業(yè)災害監(jiān)測

對重大災害進行動態(tài)監(jiān)測和災情評估,減輕自然災害所造成的損失是遙感技術應用的重要領域。利用遙感技術,結合各種自然災害的實際應用模型,研究監(jiān)測各種自然災害的發(fā)生、發(fā)展、災情、損失、評估等,同時對監(jiān)測到的災情及時預報,從而最大限度地減輕自然災害所造成的損失。目前遙感災害監(jiān)測已經比較成熟地應用在干旱、洪澇、凍害等農業(yè)氣象災害的監(jiān)測中。氣候異常對作物生長有一定影響,利用遙感技術可以監(jiān)測和定量評估作物受災害程度,作物受旱災澇災影響的面積,對作物損失進行評估,然后針對具體受災情況,進行補種、澆水、施肥或排水等抗災措施。

2.6 農業(yè)結構調整和區(qū)域發(fā)展

在不同資源條件對發(fā)展農業(yè)生產的適宜性之間常常出現(xiàn)互不一致的矛盾,采用遙感技術可把各項資源條件的不盡一致的適宜性進行空間分析,便于集中反映出各因素適宜性的空間組臺,從而因地制宜地為指導農業(yè)生產提供科學依據(jù),提高資源可持續(xù)利用的效率。農業(yè)結構調整中,農業(yè)區(qū)劃必須根據(jù)客觀規(guī)律,特別是地域分異規(guī)律的要求,闡明自然條件(地貌、土壤、氣候、植被、動物、水文、地質等)發(fā)生、發(fā)展和分布的規(guī)律;闡明社會經濟條件(人口、勞動力、技術、收入分配、地理位置等)發(fā)展、變化和分布規(guī)律,查明和評價這些農業(yè)生產條件中的資源數(shù)量、質量和空間分布對農業(yè)生產的影響,研究根據(jù)地域生產綜合體內的相似性及其潛力如何開發(fā)、利用、保護,提出發(fā)展方向、合理結構、決策性指標和戰(zhàn)略性措施,從而為農業(yè)規(guī)劃提供科學依據(jù)和論證。分區(qū)劃片和形成合理的農業(yè)生產結構和布局更需要強大的空間分析技術和穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)信息來支持。

2.7 數(shù)字農業(yè)

數(shù)字農業(yè)是遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、機電一體化與農業(yè)的有機結合,是遙感技術在農業(yè)領域應用的集中體現(xiàn)。數(shù)字農業(yè)是一個信息密集型的技術,對信息獲取、處理技術具有極高的要求,也是信息技術發(fā)展到一定程度的必然結果;另外,數(shù)字農業(yè)也是一項環(huán)境友好的技術,因為農業(yè)生產中農藥和化肥的過量施用,會造成嚴重的環(huán)境污染,農業(yè)耕作過度也將導致諸如水土流失等環(huán)境的破壞。因而,發(fā)展數(shù)字農業(yè)技術也是環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的需要。[5]

3 遙感技術在農業(yè)發(fā)展中的應用前景與展望

隨著遙感技術的廣泛應用,近年來在農業(yè)上的應用向深、寬、廣發(fā)展。從農業(yè)部門的實際應用來看:及時掌握農業(yè)資源狀況和演變趨勢,提出合理可持續(xù)利用的科學對策,是實現(xiàn)資源和生產力要素優(yōu)化配置,保證國民經濟持續(xù)、穩(wěn)定、協(xié)調發(fā)展的重要手段;及時掌握主要農作物的播種面積、長勢和產量,對于國家制訂合理的農產品貿易政策有重要意義。

3.1 發(fā)展新的遙感信息模型

遙感信息模型是遙感應用深入發(fā)展的關鍵．應用遙感信息模型．可計算和反演對實際應用非常有價值的農業(yè)參數(shù)。在過去幾年中。盡管人們發(fā)展了許多遙感信息模型．如綠度指數(shù)模型、作物估產模型、農田蒸散估算模型、土壤水分監(jiān)測模型、干旱指數(shù)模型及溫度指數(shù)模型等,但遠不能滿足當前遙感應用的需要。因此發(fā)展新的遙感信息模型仍然是當前遙感技術研究的前沿。

3.2 綜合應用遙感技術防治病蟲害

植物病蟲害初期,其葉片結構已發(fā)生改變,從其近紅外光譜反射率可以準確地顯示出來。但植物的葉綠素的數(shù)量和質量還沒有發(fā)生改變,其可見光的波段的光譜反射率不會發(fā)生明顯變化,肉眼也很難觀察到?？梢岳眉t外遙感技術及時、準確地進行預測預報。并能分辨植物的受害程度,把病蟲害消滅在萌芽狀態(tài)。如利用0.7～0.9mm的近紅外照片可揭示燕麥、小麥的黑銹病[6]。

3.3 微波遙感技術

微波遙感技術是當前國際遙感技術發(fā)展重點之一,其全天候性、穿透性和紋理特性是其他遙感方法不具備的。利用這些特性對解決,惡劣氣象條件下的災害監(jiān)測以及冰雪覆蓋區(qū)、云霧覆蓋區(qū)、松散層掩蓋區(qū)及國土資源勘查等將有重大作用。

3.4 高光譜傳感器的應用

通過高光譜遙感數(shù)據(jù)對主要作物生物化學參數(shù)的高光譜遙感監(jiān)測以及設計水稻、棉花和玉米不同播種期處理的試驗,獲取不同生育期的生物化學和相應的高光譜反射數(shù)據(jù),分析和研究這些作物在不同發(fā)育期的高光譜反射特征及其與生物化學參數(shù)的關系,確定能反映它們生物化學參數(shù)的高光譜遙感敏感波段。提取對應不同生物化學參數(shù)的高光譜遙感特征參數(shù),摸索不同生物化學參數(shù)的高光譜遙感監(jiān)測方法,建立其估算模型。高光譜和超高光譜傳感器的研制和應用．將是未來遙感技術發(fā)展的重要方向。[7]

4 建議

雖然我國在20世紀70年代末就開始了農業(yè)遙感的應用研究,在土地利用現(xiàn)狀調查、鹽堿地調查、耕地調查、農作物長勢監(jiān)測、測產預報方面作了大量的工作,取得了很多成果。但對大面積的農作物種植面積調查、農作物病蟲害預警及土地動態(tài)監(jiān)測方面等都缺乏有效的手段。在工作的精度和深度上都有待提高。遙感的新技術、新手段要求我們農業(yè)科研人員探索和學習空間信息轉化技術,借鑒國外先進技術建立符合我國特點的農業(yè)遙感監(jiān)測系統(tǒng),繼續(xù)挖掘遙感在數(shù)字農業(yè)中的作用。