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遙感技術(shù)是20世紀(jì)60年代蓬勃發(fā)展起來的一門新興的、綜合性的探測技術(shù),隨著空間技術(shù)、信息技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和環(huán)境科學(xué)的發(fā)展,從而逐步形成發(fā)展的一門新興交叉學(xué)科技術(shù)。遙感技術(shù)(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(shù)(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(nèi)與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng))和全球定位系統(tǒng)技術(shù)(是對海陸空設(shè)施進(jìn)行精確導(dǎo)航和定位系統(tǒng))構(gòu)成了完整的遙感技術(shù)體系,是對地觀測的重要手段,也是信息技術(shù)的一個重要分支。而農(nóng)業(yè)遙感是隨遙感技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的,在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)最早應(yīng)用的主要是航空照片。當(dāng)前應(yīng)用較多的領(lǐng)域是農(nóng)作物估產(chǎn)、作物生長狀態(tài)監(jiān)測、土地調(diào)查、農(nóng)作物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與自然災(zāi)害及病蟲害監(jiān)測等方面。同時,農(nóng)業(yè)是遙感技術(shù)的最大用戶。農(nóng)業(yè)遙感的工作十分廣泛。我國是農(nóng)業(yè)大國,改變農(nóng)業(yè)管理水平,合理利用資源以及糧食生產(chǎn)等十分需要該項(xiàng)技術(shù)為政府決策部門提供準(zhǔn)確信息。

1 遙感的概念及技術(shù)特點(diǎn)

遙感(Remote Sensing)即遙遠(yuǎn)的感知,從廣義上說是泛指從遠(yuǎn)處探測、感知物體或事物的技術(shù),即不直接接觸物體本身,從遠(yuǎn)處通過儀器(傳感器)探測和接收來自目標(biāo)物體的信息(如電場、磁場、電磁波、地震波等信息),經(jīng)過信息的傳輸及其處理分析,揭示出物體的特征性質(zhì)及其變化、分布等特征的綜合性探測技術(shù)[1]。其工作原理是利用遙感器從空中來探測地面物體性質(zhì)的。它根據(jù)不同物體對波譜產(chǎn)生不同響應(yīng)的原理。識別地面上各類地物,具有遙遠(yuǎn)感知事物的能力。也就是利用地面上空的飛機(jī)、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(jīng)記錄、傳送、分析和判讀來識別地物。其技術(shù)特點(diǎn)如下:

遙感用航攝飛機(jī)飛行高度為10km左右,陸地衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道高度達(dá)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(yùn)轉(zhuǎn),從而能及時獲取所經(jīng)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(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。這是人工實(shí)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(dá),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(shù),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(wù),遙感技術(shù)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(nèi)部信息。

2 遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展方面的綜合應(yīng)用

遙感技術(shù)可以客觀、準(zhǔn)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(nóng)業(yè)獲得田間數(shù)據(jù)的重要來源。遙感技術(shù)在精確農(nóng)業(yè)中應(yīng)用主要有以下幾個方面:

2.1 農(nóng)作物實(shí)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(zhì)量下降,耕地保護(hù)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要戰(zhàn)略任務(wù)。遙感信息因其信息量豐富、覆蓋面大、實(shí)時性和現(xiàn)實(shí)性強(qiáng)、獲取速度快、周期短和可靠準(zhǔn)確性以及省時、省力、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),被廣泛用于測定農(nóng)業(yè)用地的數(shù)量和質(zhì)量的動態(tài)變化。通過遙感衛(wèi)星監(jiān)測并記錄下農(nóng)作物覆蓋面積數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上可以對農(nóng)作物進(jìn)行分類,估算出每種作物的播種面積。遙感估產(chǎn)是建立作物光譜與產(chǎn)量之間聯(lián)系的一種技術(shù),通過光譜來獲取作物的生長信息。在實(shí)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(biāo)準(zhǔn),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(nóng)作物的長勢與產(chǎn)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(nóng)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(chǎn)量有很好的線性關(guān)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(jìn)行估產(chǎn)。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(guān)系,求出回歸系數(shù),從而獲得單位面積產(chǎn)量的近似公式。利用衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測我國廣大農(nóng)業(yè)區(qū)作物生產(chǎn)狀況,做估測作物產(chǎn)量提供的監(jiān)測與預(yù)測結(jié)果,逐步成為指導(dǎo)和決策農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的重要信息,將產(chǎn)生顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 作物長勢與產(chǎn)量預(yù)報遙感模型的建立與應(yīng)用

農(nóng)業(yè)模型已被公認(rèn)為農(nóng)業(yè)研究的一個新方法。農(nóng)業(yè)模型由于將農(nóng)業(yè)過程數(shù)字化,使得農(nóng)業(yè)科學(xué)從經(jīng)驗(yàn)水平提高到理論水平,是農(nóng)業(yè)科學(xué)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(jì)80年代中期,機(jī)理性較強(qiáng)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(jī)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(shè)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(yīng)用難度,需要進(jìn)行深入的研究和矯正。[3-4]

2.4 農(nóng)作物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

農(nóng)作物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測利用遙感技術(shù)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(jìn)行監(jiān)測,也可以對土壤水份和其他作物生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測,這些信息有助于田間管理者采取相應(yīng)措施。德國、日本、印度等國應(yīng)用衛(wèi)星成像系統(tǒng),早期辨別農(nóng)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(jīng)濟(jì)效益。

2.5 農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測

對重大災(zāi)害進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和災(zāi)情評估,減輕自然災(zāi)害所造成的損失是遙感技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域。利用遙感技術(shù),結(jié)合各種自然災(zāi)害的實(shí)際應(yīng)用模型,研究監(jiān)測各種自然災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展、災(zāi)情、損失、評估等,同時對監(jiān)測到的災(zāi)情及時預(yù)報,從而最大限度地減輕自然災(zāi)害所造成的損失。目前遙感災(zāi)害監(jiān)測已經(jīng)比較成熟地應(yīng)用在干旱、洪澇、凍害等農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)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(shù)可以監(jiān)測和定量評估作物受災(zāi)害程度,作物受旱災(zāi)澇災(zāi)影響的面積,對作物損失進(jìn)行評估,然后針對具體受災(zāi)情況,進(jìn)行補(bǔ)種、澆水、施肥或排水等抗災(zāi)措施。

2.6 農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和區(qū)域發(fā)展

在不同資源條件對發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的適宜性之間常常出現(xiàn)互不一致的矛盾,采用遙感技術(shù)可把各項(xiàng)資源條件的不盡一致的適宜性進(jìn)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(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù),提高資源可持續(xù)利用的效率。農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中,農(nóng)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(zhì)等)發(fā)生、發(fā)展和分布的規(guī)律;闡明社會經(jīng)濟(jì)條件(人口、勞動力、技術(shù)、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(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件中的資源數(shù)量、質(zhì)量和空間分布對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響,研究根據(jù)地域生產(chǎn)綜合體內(nèi)的相似性及其潛力如何開發(fā)、利用、保護(hù),提出發(fā)展方向、合理結(jié)構(gòu)、決策性指標(biāo)和戰(zhàn)略性措施,從而為農(nóng)業(yè)規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)和論證。分區(qū)劃片和形成合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和布局更需要強(qiáng)大的空間分析技術(shù)和穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)信息來支持。

2.7 數(shù)字農(nóng)業(yè)

數(shù)字農(nóng)業(yè)是遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、機(jī)電一體化與農(nóng)業(yè)的有機(jī)結(jié)合,是遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的集中體現(xiàn)。數(shù)字農(nóng)業(yè)是一個信息密集型的技術(shù),對信息獲取、處理技術(shù)具有極高的要求,也是信息技術(shù)發(fā)展到一定程度的必然結(jié)果;另外,數(shù)字農(nóng)業(yè)也是一項(xiàng)環(huán)境友好的技術(shù),因?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥和化肥的過量施用,會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,農(nóng)業(yè)耕作過度也將導(dǎo)致諸如水土流失等環(huán)境的破壞。因而,發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)也是環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的需要。[5]

3 遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用前景與展望

隨著遙感技術(shù)的廣泛應(yīng)用,近年來在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用向深、寬、廣發(fā)展。從農(nóng)業(yè)部門的實(shí)際應(yīng)用來看:及時掌握農(nóng)業(yè)資源狀況和演變趨勢,提出合理可持續(xù)利用的科學(xué)對策,是實(shí)現(xiàn)資源和生產(chǎn)力要素優(yōu)化配置,保證國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)發(fā)展的重要手段;及時掌握主要農(nóng)作物的播種面積、長勢和產(chǎn)量,對于國家制訂合理的農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)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(yīng)用深入發(fā)展的關(guān)鍵．應(yīng)用遙感信息模型．可計(jì)算和反演對實(shí)際應(yīng)用非常有價值的農(nóng)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(chǎn)模型、農(nóng)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(yuǎn)不能滿足當(dāng)前遙感應(yīng)用的需要。因此發(fā)展新的遙感信息模型仍然是當(dāng)前遙感技術(shù)研究的前沿。

3.2 綜合應(yīng)用遙感技術(shù)防治病蟲害

植物病蟲害初期,其葉片結(jié)構(gòu)已發(fā)生改變,從其近紅外光譜反射率可以準(zhǔn)確地顯示出來。但植物的葉綠素的數(shù)量和質(zhì)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。可以利用紅外遙感技術(shù)及時、準(zhǔn)確地進(jìn)行預(yù)測預(yù)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(shù)

微波遙感技術(shù)是當(dāng)前國際遙感技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)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(zāi)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(yīng)用

通過高光譜遙感數(shù)據(jù)對主要作物生物化學(xué)參數(shù)的高光譜遙感監(jiān)測以及設(shè)計(jì)水稻、棉花和玉米不同播種期處理的試驗(yàn),獲取不同生育期的生物化學(xué)和相應(yīng)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(xué)參數(shù)的關(guān)系,確定能反映它們生物化學(xué)參數(shù)的高光譜遙感敏感波段。提取對應(yīng)不同生物化學(xué)參數(shù)的高光譜遙感特征參數(shù),摸索不同生物化學(xué)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(yīng)用．將是未來遙感技術(shù)發(fā)展的重要方向。[7]

4 建議

雖然我國在20世紀(jì)70年代末就開始了農(nóng)業(yè)遙感的應(yīng)用研究,在土地利用現(xiàn)狀調(diào)查、鹽堿地調(diào)查、耕地調(diào)查、農(nóng)作物長勢監(jiān)測、測產(chǎn)預(yù)報方面作了大量的工作,取得了很多成果。但對大面積的農(nóng)作物種植面積調(diào)查、農(nóng)作物病蟲害預(yù)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(shù)、新手段要求我們農(nóng)業(yè)科研人員探索和學(xué)習(xí)空間信息轉(zhuǎn)化技術(shù),借鑒國外先進(jìn)技術(shù)建立符合我國特點(diǎn)的農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測系統(tǒng),繼續(xù)挖掘遙感在數(shù)字農(nóng)業(yè)中的作用。