遥感技术在农业中的应用与发展

遥感技术在农业中的应用与发展

作者：刘歆

来源：《科技创新导报》2011年第27期

摘 要:作为现代信息技术的前沿技术,遥感技术能够快速准确地收集农业资源和农业生产的信息,可以实现信息收集和分析的定时、定量、定位,客观性强。因此,在农业发展的新阶段,运用遥感技术开展农业资源调查、灾情监测与预报、农业环境保护以及农作物估产等方面的应用将促使农业决策科学化提高到一个新的水平,同时也将为农业生产提供高质量的服务。本文阐述了遥感技术在我国农业生产上的应用概况,探讨了遥感技术发展的新趋势。 关键词:遥感技术农业应用

中图分类号:TP7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)9(c)-0144-02 引言

遥感技术是20世纪60年代蓬勃发展起来的一门新兴的、综合性的探测技术,随着空间技术、信息技术、电子计算机技术和环境科学的发展,从而逐步形成发展的一门新兴交叉学科技术。遥感技术(遥感图像是一种综合的地理信息源,它包括各种地理要素,是一种非常重要的空间信息,为资源特征的空间分析提供定位、定性和定量的数据),地理信息系统技术(它是以采集、贮存、管理、分析和描述整个或部分地球表面包括大气层在内与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统)和全球定位系统技术(是对海陆空设施进行精确导航和定位系统)构成了完整的遥感技术体系,是对地观测的重要手段,也是信息技术的一个重要分支。而农业遥感是随遥感技术的发展而发展的,在农业领域内最早应用的主要是航空照片。当前应用较多的领域是农作物估产、作物生长状态监测、土地调查、农作物生态环境监测与自然灾害及病虫害监测等方面。同时,农业是遥感技术的最大用户。农业遥感的工作十分广泛。我国是农业大国,改变农业管理水平,合理利用资源以及粮食生产等十分需要该项技术为政府决策部门提供准确信息。

1 遥感的概念及技术特点

遥感(Remote Sensing)即遥远的感知,从广义上说是泛指从远处探测、感知物体或事物的技术,即不直接接触物体本身,从远处通过仪器(传感器)探测和接收来自目标物体的信息(如电场、磁场、电磁波、地震波等信息),经过信息的传输及其处理分析,揭示出物体的特征性质及其变化、分布等特征的综合性探测技术[1]。其工作原理是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的。它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理。识别地面上各类地物,具有遥远感知事物的

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能力。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料,并从中获取信息,经记录、传送、分析和判读来识别地物。其技术特点如下: 1.1 可获取大范围数据资料

遥感用航摄飞机飞行高度为10km左右,陆地卫星的卫星轨道高度达910km左右,从而,可及时获取大范围的信息。

1.2 获取信息的速度快、周期短

由于卫星围绕地球运转,从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料。以便更新原有资料或根据新旧资料变化进行动态监测。这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。 1.3 获取信息受条件限制少

在地球上有很多地方,自然条件极为恶劣,人类难以到达,如沙漠、沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术,特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。 1.4 获取信息的手段多,信息量大

根据不同的任务,遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体,也可采用紫外线,红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性,还可获取地物内部信息。[2]

2 遥感技术在农业生产与发展方面的综合应用

遥感技术可以客观、准确、及时地提供作物生态环境和作物生长的各种信息,它是精确农业获得田间数据的重要来源。遥感技术在精确农业中应用主要有以下几个方面: 2.1 农作物实际播种面积的遥感监测与估算

在我国,由于耕地的数量减少与质量下降,耕地保护已经成为实现农业可持续发展的一个重要战略任务。遥感信息因其信息量丰富、覆盖面大、实时性和现实性强、获取速度快、周期短和可靠准确性以及省时、省力、费用低等优点,被广泛用于测定农业用地的数量和质量的动态变化。通过遥感卫星监测并记录下农作物覆盖面积数据,在此基础上可以对农作物进行分类,估算出每种作物的播种面积。遥感估产是建立作物光谱与产量之间联系的一种技术,通过光谱来获取作物的生长信息。在实际工作中,常常用绿度或植被指数作为评价作物生长状况的标准,植被指数中包括了作物长势和面积两方面的信息。

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2.2 农作物的长势与产量的遥感监测与估算

作物长势是作物生育状况总体评价的综合参数。农作物长势监测指对作物的苗情、生长状况及其变化的宏观监测。不同作物的发育期不同、长势不同,它们的光谱反率不同,叶面积和生物产量有很好的线性关系。利用这一特性可以测定叶面积指数,从而监测作物长势,进行估产。也可以利用0.6～0.7mm的可见光与0.75～1.00mm的近红外两个波长范围的反射率比值来估算生长量,比值愈大说明作物生长愈好,反之生长不良。再根据比值与干物重建立回归关系,求出回归系数,从而获得单位面积产量的近似公式。利用卫星遥感技术监测我国广大农业区作物生产状况,做估测作物产量提供的监测与预测结果,逐步成为指导和决策农业生产不可缺少的重要信息,将产生显著的社会效益和经济效益。

2.3 作物长势与产量预报遥感模型的建立与应用

农业模型已被公认为农业研究的一个新方法。农业模型由于将农业过程数字化,使得农业科学从经验水平提高到理论水平,是农业科学在方法论上的一个新突破。我国作物模型的研究开始于20世纪80年代中期,机理性较强的有高亮之的水稻模型RICEMOD、戚昌翰的水稻模型RICAM、冯利平的小麦模型WHEATSM、尚宗波的玉米模型MPESM等。这些模型能够反映作物生长和发育的基本生理生态机理和过程,具有动态性和通用性。但是,各种模型本身对作物的描述有简有繁,许多模型中采取了一系列的假设来描述未知生理过程,使得精度降低。另外,模型所描述的大量气候、土壤和作物特性资料不易得到,也增加了应用难度,需要进行深入的研究和矫正。[3-4]

2.4 农作物生态环境监测

农作物生态环境监测利用遥感技术可以对土壤侵蚀、土壤盐碱化面积、主要分布区域与土地盐碱化变化趋势进行监测,也可以对土壤水份和其他作物生态环境进行监测,这些信息有助于田间管理者采取相应措施。德国、日本、印度等国应用卫星成像系统,早期辨别农作物病虫害,及时采取对策,有效地减少了病虫害的危害程度,提高了经济效益。 2.5 农业灾害监测

对重大灾害进行动态监测和灾情评估,减轻自然灾害所造成的损失是遥感技术应用的重要领域。利用遥感技术,结合各种自然灾害的实际应用模型,研究监测各种自然灾害的发生、发展、灾情、损失、评估等,同时对监测到的灾情及时预报,从而最大限度地减轻自然灾害所造成的损失。目前遥感灾害监测已经比较成熟地应用在干旱、洪涝、冻害等农业气象灾害的监测中。气候异常对作物生长有一定影响,利用遥感技术可以监测和定量评估作物受灾害程度,作物受旱灾涝灾影响的面积,对作物损失进行评估,然后针对具体受灾情况,进行补种、浇水、施肥或排水等抗灾措施。

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2.6 农业结构调整和区域发展

在不同资源条件对发展农业生产的适宜性之间常常出现互不一致的矛盾,采用遥感技术可把各项资源条件的不尽一致的适宜性进行空间分析,便于集中反映出各因素适宜性的空间组台,从而因地制宜地为指导农业生产提供科学依据,提高资源可持续利用的效率。农业结构调整中,农业区划必须根据客观规律,特别是地域分异规律的要求,阐明自然条件(地貌、土壤、气候、植被、动物、水文、地质等)发生、发展和分布的规律;阐明社会经济条件(人口、劳动力、技术、收入分配、地理位置等)发展、变化和分布规律,查明和评价这些农业生产条件中的资源数量、质量和空间分布对农业生产的影响,研究根据地域生产综合体内的相似性及其潜力如何开发、利用、保护,提出发展方向、合理结构、决策性指标和战略性措施,从而为农业规划提供科学依据和论证。分区划片和形成合理的农业生产结构和布局更需要强大的空间分析技术和稳定的空间数据信息来支持。

2.7 数字农业

数字农业是遥感、地理信息系统、全球定位系统、机电一体化与农业的有机结合,是遥感技术在农业领域应用的集中体现。数字农业是一个信息密集型的技术,对信息获取、处理技术具有极高的要求,也是信息技术发展到一定程度的必然结果;另外,数字农业也是一项环境友好的技术,因为农业生产中农药和化肥的过量施用,会造成严重的环境污染,农业耕作过度也将导致诸如水土流失等环境的破坏。因而,发展数字农业技术也是环境保护和可持续发展的需要。[5]

3 遥感技术在农业发展中的应用前景与展望

随着遥感技术的广泛应用,近年来在农业上的应用向深、宽、广发展。从农业部门的实际应用来看:及时掌握农业资源状况和演变趋势,提出合理可持续利用的科学对策,是实现资源和生产力要素优化配置,保证国民经济持续、稳定、协调发展的重要手段;及时掌握主要农作物的播种面积、长势和产量,对于国家制订合理的农产品贸易政策有重要意义。 3.1 发展新的遥感信息模型

遥感信息模型是遥感应用深入发展的关键．应用遥感信息模型．可计算和反演对实际应用非常有价值的农业参数。在过去几年中。尽管人们发展了许多遥感信息模型．如绿度指数模型、作物估产模型、农田蒸散估算模型、土壤水分监测模型、干旱指数模型及温度指数模型等,但远不能满足当前遥感应用的需要。因此发展新的遥感信息模型仍然是当前遥感技术研究的前沿。

3.2 综合应用遥感技术防治病虫害

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植物病虫害初期,其叶片结构已发生改变,从其近红外光谱反射率可以准确地显示出来。但植物的叶绿素的数量和质量还没有发生改变,其可见光的波段的光谱反射率不会发生明显变化,肉眼也很难观察到。可以利用红外遥感技术及时、准确地进行预测预报。并能分辨植物的受害程度,把病虫害消灭在萌芽状态。如利用0.7～0.9mm的近红外照片可揭示燕麦、小麦的黑锈病[6]。

3.3 微波遥感技术

微波遥感技术是当前国际遥感技术发展重点之一,其全天候性、穿透性和纹理特性是其他遥感方法不具备的。利用这些特性对解决,恶劣气象条件下的灾害监测以及冰雪覆盖区、云雾覆盖区、松散层掩盖区及国土资源勘查等将有重大作用。 3.4 高光谱传感器的应用

通过高光谱遥感数据对主要作物生物化学参数的高光谱遥感监测以及设计水稻、棉花和玉米不同播种期处理的试验,获取不同生育期的生物化学和相应的高光谱反射数据,分析和研究这些作物在不同发育期的高光谱反射特征及其与生物化学参数的关系,确定能反映它们生物化学参数的高光谱遥感敏感波段。提取对应不同生物化学参数的高光谱遥感特征参数,摸索不同生物化学参数的高光谱遥感监测方法,建立其估算模型。高光谱和超高光谱传感器的研制和应用．将是未来遥感技术发展的重要方向。[7] 4 建议

虽然我国在20世纪70年代末就开始了农业遥感的应用研究,在土地利用现状调查、盐碱地调查、耕地调查、农作物长势监测、测产预报方面作了大量的工作,取得了很多成果。但对大面积的农作物种植面积调查、农作物病虫害预警及土地动态监测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。遥感的新技术、新手段要求我们农业科研人员探索和学习空间信息转化技术,借鉴国外先进技术建立符合我国特点的农业遥感监测系统,继续挖掘遥感在数字农业中的作用。 参考文献

[1] 梅安新,等.遥感导论[M].北京:高等教育出版社,2001,7.

[2] 孟未来,周建英.浅议遥感技术在农业上的应用[J].农业网络信息,2008(2). [3] 陈会明.浅谈遥感技术在农业生产中的应用[J].安徽农学通报,2009,15(19).

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[4] 赵英时等著．遥感应用分析原理与方法[M]．北京:科学出版社,2003,6．

[5] 唐华俊.遥感技术在农业资源区划中的应用与展望,中国农业资源与区划,20(4),1999. [6] 刘洋,高雪莲.遥感与农业[J].科技简讯.

[7] 申广荣,王人潮．植被高光谱遥感的应用研究综述[J]．上海交通大学学报,2001,19(4):315～321．

[8] 杜培军.遥感原理与应用[D].徐州:中国矿业大学出版社,2006,7.