利用衛(wèi)星遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)環(huán)境的監(jiān)測(cè)

全廣宇 李啟龍 趙鑫

摘要：遙感技術(shù)是運(yùn)用各類非接觸的主被動(dòng)的探測(cè)設(shè)備，對(duì)地面目標(biāo)物的電磁波輻射與反射特性進(jìn)行探測(cè)，通過其特性分析，探明其物體性質(zhì)、特征及狀態(tài)的綜合性探測(cè)技術(shù)。它具有覆蓋面積廣、空間分辨率高、獲取信息大、重訪周期短等優(yōu)點(diǎn)，適用于農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)等農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的研究，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的指導(dǎo)與相關(guān)部門的決策管理意義重大。本文從遙感技術(shù)原理出發(fā)，介紹了幾種重要的植被指數(shù)，然后以水稻遙感監(jiān)測(cè)為例進(jìn)行分析，最后闡述如何提高農(nóng)業(yè)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)水平。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星遙感；農(nóng)業(yè)環(huán)境；監(jiān)測(cè)；水稻

中圖分類號(hào)：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2018）07-0232-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.143

Monitoring of agricultural environment using satellite remote sensing technology-Taking rice as an example

Quan Guangyu， Li Qilong， Zhao Xin

（Jiamusi Meteorological Satellite Ground Station， Jiamusi Heilongjiang 154004， China）

Abstract： Remote sensing technology is a comprehensive detection technology that detects the electromagnetic wave radiation and reflection characteristics of ground targets by using various non-contact active and passive detection devices to detect the electromagnetic wave radiation and reflection characteristics of ground objects. It has the advantages of wide coverage area， high spatial resolution， large information acquisition， short revisit period， etc. It is suitable for agricultural research and agricultural disaster research and other agricultural-related fields. It guides agricultural production and the significance of decision-making management of relevant departments. major. Based on the principle of remote sensing technology， this paper introduces several important vegetation indices， and then takes rice remote sensing monitoring as an example to analyze how to improve the remote sensing monitoring level of agricultural environment.

Key words：Satellite remote sensing；Agricultural environment； Monitoring； Rice

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有農(nóng)作物種類分布的分散性與地域復(fù)雜性特點(diǎn)，受環(huán)境因素影響大，從農(nóng)耕文明的出現(xiàn)至今，農(nóng)業(yè)靠天吃飯的局面沒有得到根本性的改變，頻繁的自然災(zāi)害給我國(guó)的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了極大的困難。遙感技術(shù)是運(yùn)用各類非接觸的主被動(dòng)的探測(cè)設(shè)備，對(duì)地面目標(biāo)物的電磁波輻射與反射特性進(jìn)行探測(cè)，通過其特性分析，探明其物體性質(zhì)、特征及狀態(tài)的綜合性探測(cè)技術(shù)。它具有覆蓋面積廣、空間分辨率高、獲取信息大、重訪周期短等優(yōu)點(diǎn)，適用于農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)等農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的研究，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的指導(dǎo)與相關(guān)部門的決策管理意義重大。20世紀(jì)70年代開始，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家最先應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行面積監(jiān)測(cè)與估產(chǎn)，之后遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域的應(yīng)用得到不斷拓展，我國(guó)從 20世紀(jì)80年代開始將遙感技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，至今我國(guó)遙感技術(shù)應(yīng)用的內(nèi)容已涉及農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、農(nóng)作物估產(chǎn)、災(zāi)害預(yù)警及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等眾多方面，為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展保駕護(hù)航。本文主要以遙感技術(shù)在水稻作物監(jiān)測(cè)為例進(jìn)行分析，并對(duì)遙感數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)環(huán)境發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

1 農(nóng)業(yè)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)的基本原理

遙感這種技術(shù)需要遠(yuǎn)離地物，在空間上和地物形成高度差，之后憑借傳感器獲得監(jiān)測(cè)地物的光譜信息，進(jìn)一步對(duì)此信息進(jìn)行分析后，從而對(duì)地物屬性進(jìn)行基礎(chǔ)的判斷。每一個(gè)物體不僅能吸收、反射電磁波，而且不同波長(zhǎng)的電磁波吸收與反射的特征互不相同，這種特點(diǎn)被稱為物體的基本特性。植被指數(shù)是用多光譜遙感數(shù)據(jù)，經(jīng)分析運(yùn)算產(chǎn)生某些對(duì)植被長(zhǎng)勢(shì)、生物量等有一定指示意義的數(shù)值。農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)有哪些植被指數(shù)，如何利用植被指數(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這些問題的解決能夠使遙感在環(huán)境監(jiān)測(cè)中發(fā)揮更大的作用。

1.1 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)植被指數(shù)RVI

它基本上不受土壤含水量的影響，能增強(qiáng)植被與土壤背景之間的輻射差異，并提供植被反射的重要信息，可用來估算和監(jiān)測(cè)植被覆蓋，是植被長(zhǎng)勢(shì)、豐度的度量方法之一；該指數(shù)對(duì)大氣影響敏感，最好運(yùn)用經(jīng)大氣糾正的數(shù)據(jù)，或?qū)刹ǘ蔚幕叶戎缔D(zhuǎn)換成反射率，消除大氣對(duì)兩波段不同非線性衰減速的影響后再進(jìn)行指數(shù)的計(jì)算，而且當(dāng)植被覆蓋不夠濃密時(shí)（小于50%），其分辨能力也很弱；在植物生長(zhǎng)的整個(gè)階段，能較好地反映植被的覆蓋度和生長(zhǎng)狀況的差異，特別適合于植被生長(zhǎng)高度旺盛并具有高覆蓋度時(shí)的植被監(jiān)測(cè)。

1.2 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)植被指數(shù)NDVI

它對(duì)綠色植被表現(xiàn)敏感，可以對(duì)農(nóng)作物和半干旱地區(qū)降水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，常被用來進(jìn)行區(qū)域和全球的植被狀態(tài)研究。但NDVI對(duì)土壤背景的變化較為敏感，在農(nóng)作物生長(zhǎng)的初始季節(jié)，將過高估計(jì)植被覆蓋的百分比；在農(nóng)作物生長(zhǎng)的結(jié)束季節(jié)，將產(chǎn)生估計(jì)低值，在植物生長(zhǎng)還不旺盛而覆蓋度處于中-低等程度時(shí)，隨覆蓋度增加而迅速增大，覆蓋度增大到一定程度時(shí)就增加很緩慢。該指數(shù)適合于植被 早-中期生長(zhǎng)階段的監(jiān)測(cè) 。

1.3 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)植被指數(shù)PVI

能較好地濾除了土壤背景的影響，且對(duì)大氣效應(yīng)的敏感程度也小于其他植被指數(shù)。正因?yàn)樗鼫p弱和消除了大氣和土壤的干擾，所以被廣泛應(yīng)用于作物估產(chǎn)。

2 對(duì)水稻作物遙感監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

2.1 水稻的遙感干旱監(jiān)測(cè)

遙感干旱監(jiān)測(cè)的一般方法是利用遙感可反演參數(shù)之間的關(guān)系建立干旱指標(biāo)體系，將復(fù)雜的干旱現(xiàn)象概括到比較簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)或物理模型之中，進(jìn)而通過這些參數(shù)與模型監(jiān)測(cè)旱情。水稻干旱的直接誘因是水分虧缺，并且在干旱發(fā)展到一定程度時(shí)，水稻會(huì)表現(xiàn)出冠層溫度升高、植被指數(shù)下降等特點(diǎn)。基于上述原理，水稻的遙感干旱監(jiān)測(cè)一般考慮從土壤水分、冠層和地表溫度、植被指數(shù)等要素的時(shí)空變化特點(diǎn)出發(fā)提取干旱信息。

2.2 水稻的長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)

對(duì)水稻的長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要是利用遙感器收集水稻各個(gè)時(shí)段的苗情及周邊環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的。從而讓人們對(duì)水稻的相關(guān)信息更加了解，如水稻具體分布、生長(zhǎng)情況、蟲害、草害等，為準(zhǔn)時(shí)、精確地對(duì)水稻實(shí)施各種管理措施提供真實(shí)的數(shù)據(jù)。水稻生產(chǎn)管理者或該區(qū)域水稻發(fā)展管理決策者，就能依靠這一更靈敏的數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)時(shí)掌握更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，為水稻更好的長(zhǎng)勢(shì)保駕護(hù)航。所以，采用遙感技術(shù)對(duì)水稻的長(zhǎng)勢(shì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不但有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的客觀管理，更為日后水稻產(chǎn)量的預(yù)估準(zhǔn)備了更詳細(xì)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

2.3 水稻的土壤水分監(jiān)測(cè)

土壤水分是水稻吸收水分的主要來源，主要來自大氣降水與灌溉水。一旦土壤水分含量的變化與水稻需水量出現(xiàn)不平衡，就會(huì)發(fā)生旱澇災(zāi)害，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成威脅。因此土壤水分監(jiān)測(cè)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、災(zāi)情監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)水資源管理及農(nóng)田水分管理等方面意義重大。遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)的收集，通過各種遙感儀器測(cè)算土壤表明反射或發(fā)射的電磁能量，最終通過不同監(jiān)測(cè)方法得到土壤水分含量。

3 提高農(nóng)業(yè)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)的途徑

3.1 提高衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)方法研究和技術(shù)裝備

對(duì)衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素很多，總體表現(xiàn)在兩個(gè)方面，即大氣狀況與數(shù)據(jù)自身的整體質(zhì)量。首先，可利用相關(guān)技術(shù)處理或校正遙感圖像中的大氣誤差。其次，提高遙感平臺(tái)質(zhì)量和加大遙感技術(shù)的研究力度，讓傳感器的性能快速提升，從而提高數(shù)據(jù)的整體質(zhì)量。當(dāng)然，除此之外還應(yīng)該多想技術(shù)更先進(jìn)的國(guó)家學(xué)習(xí)，適當(dāng)加大國(guó)外優(yōu)質(zhì)設(shè)備的引進(jìn)力度，為技術(shù)提升奠定物質(zhì)參照基礎(chǔ)。

3.2 完善遙感監(jiān)測(cè)服務(wù)體系

要建立健全的農(nóng)業(yè)環(huán)境遙感服務(wù)體系，只有農(nóng)戶的主動(dòng)參與遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需政府、科學(xué)研究院及高等院校的大力支持與配合。首先，農(nóng)戶的科學(xué)知識(shí)水平有限，對(duì)掌握遙感衛(wèi)星監(jiān)測(cè)技術(shù)有難度。但農(nóng)戶對(duì)田間農(nóng)情非常了解，可以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)與遙感衛(wèi)星形成互補(bǔ)。其次，政府要加大資金、技術(shù)、人才等方面的支持力度，努力為遙感服務(wù)體系的建設(shè)不斷提供保障，讓遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展無后顧之憂。最后，科學(xué)研究院及高等院校不僅可以提供技術(shù)和研發(fā)力量，而且還可以大量培養(yǎng)這方面所需的人才，讓更多的技術(shù)人才和更好的技術(shù)為水稻等農(nóng)作物的生長(zhǎng)提供有效保障。

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收稿日期：2018-04-17

作者簡(jiǎn)介：全廣宇（1990-），男，助理工程師，本科，研究方向?yàn)樾l(wèi)星數(shù)據(jù)接收及設(shè)備維護(hù)。