遙感技術在農業領域的研究探討

吳保升 李旭 邵倩 劉釔廷 李家毅 楊野

摘 要 農業是我國的基礎產業，關乎國民的生存與發展，隨著精準農業的不斷推進，之前較為粗放的農業發展模式已不能滿足需要，運用當代最新科技服務于農業的措施勢在必行。遙感技術作為目前在農業領域應用最為關鍵的技術之一，通過解譯不同作物的相關遙感數據對農作物進行實時分析，對于農業的綜合良性發展具有較大的推動作用。因此主要通過遙感技術在農業領域的應用、農業遙感數據的相關處理和遙感技術存在的不足展開分析，闡述了遙感技術在農業領域應用的重要作用。

關鍵詞 精準農業;遙感技術;遙感數據

中圖分類號：S127 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.27.110

隨著信息技術的不斷發展，人類社會取得了前所未有的進步，農業作為基礎性產業，其信息化發展尤為重要，只有保證了農業的良性發展才能真正保證國家的糧食安全戰略。目前我國的農業領域雖然得到了相當程度的機械化、信息化的應用，但是其整體模式依然相對粗放，對比國外發達國家差距依舊明顯，要想改變目前的被動局面，必須深入探究農業領域對于信息技術的進一步應用，真正使我國走上農業發展快車道[1]。隨著遙感技術的不斷成熟，日益成為農業信息化應用中最為重要的一環，在農業領域的綜合應用中扮演著極其重要的角色，比如利用高光譜遙感數據對農作物進行長勢預測、脅迫性分析和產量估算等。

1 遙感技術在農業領域的主要應用

農業實現信息化的發展對于相關農業數據獲取和處理有著較高的要求，農業遙感數據可以實現對農田土壤、農作物和長勢狀況等數據的快速獲取，然后通過遙感技術進行分析研究，從而提出具有參考性指導意見，達到增產增收，更好地通過遙感技術促進我國農業的健康發展。

1.1 資源調查

農業用地的分析、農作物的分布及種類和村莊居民點等是資源調查的重點，通過合理運用資源調查手段做出符合實際的規劃建議和管理方案。伴隨著我國工業化水平的不斷提高，農業人口從業數量下降趨勢明顯，對于農業的精細化科學化管理要求越來越高，實現集約化農業生產是一個難點，這就要求對農業領域的相關數據做到科學合理的分析，通過高光譜遙感數據不同的輻射光譜，來識別耕地作物種類、土壤類型、植被覆蓋情況等，尤其是對于小麥、玉米、水稻、花生等我國主要農作物的有效識別，調查其分布區域是否合理，以及農作物種植密度和不同生育期期間的長勢情況，來實現對農業資源的評估并對農業生產提出合理建議。

1.2 估產預測

遙感技術的應用可以對整個農業種植區域進行較為客觀的產量估算，對我國農業生產效率水平做出評估。對農作物產量情況影響的因素很多，其中最為重要的是葉綠素含量、水分和氮素等，傳統的估產方式主要通過人工隨機抽樣計算部分面積農作物的產量，需要耗費大量人力財力和時間成本，并最終得出的數據結果誤差性較大。隨著遙感技術的日益成熟和高分辨率的高光譜衛星影像的預測精確度一再提高，大面積的農作物估產預測成為現實可能，通過分析待估產研究區域的衛星遙感影像，例如可以從其反射光譜信息中的紅邊拐點建立葉綠素含量與RVI之間的線性回歸模型[2];或者通過歸一化植被指數NDVI展開估產討論，當NDVI值越接近1，證明光合作用越強，農作物健康狀況就表示越好，推斷產量越可能較高，相反越接近0代表農作物整體狀況較差，接近負值則代表研究區域農作物缺苗較高或作物較稀疏，推斷產量可能比較低，NDVI公式（1）：

公式（1）

NDVI代表歸一化植被指數，NIR為近紅外波段的反射值，R為紅光波段的反射值。

1.3 農業災害防范

傳統的農業災害造成的損失不可估量，究其原因還是在于未能提前得到預警，不能及時做出反應來防范，遙感技術可以借助其大范圍、實時性和快速性的特點對農業災害進行有效監測，為農業生產提高防災能力，成為農業災害防治的重要利器。我國因其獨特的氣候環境，夏季華北平原和南方局部地區往往由于降水量過大易發生水災，而西北地區尤其是新疆南疆地區降水量偏少易發生旱災。利用遙感技術通過同時段衛星影像對水災和旱災情況的輕重程度進行分析，并預測下一步動向，有效減輕災害帶來的損失，為農業生產保駕護航。

1.4 病蟲害防治

病蟲害對農作物生育期健康狀況有很大影響，如果沒有及時了解病蟲害發展情況，快速啟動處理預案，將會使其大范圍擴展最終造成重大損失，應用遙感技術對病蟲害進行預測在國外早有先例，美國農業之所以有現在的成就，也是和實現了高度的農業信息化分不開的。在病蟲害防治方面，美國農民通過遙感技術獲得的航空圖片對病蟲害進行識別和病蟲害程度的判斷[3]。

隨著科技的發展，利用遙感技術防控病蟲害是非常有必要且重要的。遙感技術能為病蟲害防治提供全面且精確的數據，精確病蟲害的種類和發生地，從而根據病害種類和發生地對病蟲害及時制定不同的病蟲害防治方案。

2 農業遙感數據的相關分析

2.1 農業遙感圖像處理軟件

遙感圖像的分類精度、遙感圖像處理、地理信息系統軟件隨著當前快速發展的現代農業產生的巨量數據量，進而對農業遙感圖像處理軟件提出了新的要求。在農業應用中，遙感技術分類最常用的主要是對象分類法，這種分類方法將像元的光譜特性和像元的空間關系綜合起來進行處理，以便使計算機在分類過程中獲得豐富的信息，目前應用比較廣泛的工具類軟件主要是ENVI系列版本，預處理通過輻射定標、大氣校正和正射校正等處理流程，通過細化分析實現農業農田技術應用，從而實現大面積農田綜合應用分析。

2.2 遙感影像數據管理

隨著遙感技術的不斷成熟，能夠獲取的農業遙感數據種類十分豐富，例如我國最經典的高分系列、歐航局的哨兵系列、美國的landsat系列等，從成本上來看選擇低成本、高分辨率、高精度要求的數據首推歐航局的哨兵系列，哨兵系列衛星影像實現了10 m左右的分辨率且實現了數據免費共享[4]。同時國家應規范遙感影像數據管理，使數據的坐標系統規范化，同時要求相關部門在遙感影像數據管理方面共享資源，減少浪費。例如，農業部門為了監測農業而購買的影像，需要上交建庫，其他部門在需要之時方可申請使用該數據，以此節約成本，提高數據的利用率。

2.3 解譯方面的重要性

提高解譯水平需要以建立完善的解譯體系為目標來實現農業遙感數據的處理分析，加強傳統解譯與現代信息技術（如GIS）相融合，將不同地區不同地物的波譜特征納入解譯體系，真正利用遙感技術完善應用現代農業解譯解析系統，利用完善的解譯系統提高農業作物識別處理精度，減少數據誤差，更好地實現對農業方面的遙感技術應用。

3 遙感技術存在的不足

3.1 遙感技術存在區域性差異

遙感技術存在的區域性差異具體表現在遙感南北區域，區域地物識別區分顯著。北方地區受氣候變化、地理環境等因素影響，尤其是北方，例如我國新疆地區農田大面積、規模化的農業方式[5]，利用遙感技術的農業應用效果比較明顯，優勢顯著，這使得遙感技術在農業中的應用中也更為成熟穩健;但是在南方地區多丘陵的現實地理環境下，小面積地塊多、農作物間種普遍、同物異譜與異物同譜現象明顯等，使得遙感技術在我國南北區域農業應用中存在較大的差異。

3.2 遙感數據庫不足

在農業生產中作物的生態物理參數差異較大，同時農作物在環境、時間的影響下，農作物與土壤之間的各種物理化學條件都會變化，以及一些不可抗拒的自然條件，如多雨多霧多云的氣候對作物識別造成極大障礙，即使能夠通過envi系列處理工具實現霧氣、云層消除，但是誤差較大，這就對構建完整數據庫造成了不小的問題，后續依然需要通過不斷的技術革新，加強發展完善才能極大改善農業遙感數據庫完整性和合理性。

4 對策與展望

我國現階段農業正處于傳統農業向現代農業轉變的關鍵時期，遙感技術作為信息技術發展的前沿技術，在現代農業的應用與發展中發揮著關鍵作用，在農業災害防范、農作物病蟲害監測、資源調查、產量估測等方面已得到充分驗證。綜合利用遙感技術與農學信息相結合進行農作物估產，在資源調查中應用多種植被指數進行分析研究等，表明遙感技術的應用在向深度發展。

目前遙感技術在農業領域已經取得了初步的成效，但更進一步深層次應用依然還有很大的發展前景，應當充分結合國內現階段和未來現代農業的動態趨勢進行長遠規劃和加深農業應用與遙感技術的密切聯系，進而通過遙感技術的巨大空間和技術優勢對我國今后現代科技農業的發展發揮極強的推動作用。

參考文獻：

[1] 李金帥.遙感技術在農業中的應用[J].農業與技術，2021，41（11）：61-64.

[2] 煉晨.遙感技術讓農業生產更“智慧”[J].中國農資，2021（6）：15.

[3] 王爽.遙感技術在農業生產中的應用研究[J].南方農機，2020，51（24）：62-63.

[4] 劉紅松.遙感技術在現代農業工程中的應用[J].農業工程技術，2020，40（18）：49-50.

[5] 孟穎晨.淺析遙感技術在農業信息化中的應用[J].種子科技，2019，37（4）：45.

（責任編輯：趙中正）

收稿日期：2021-08-18

作者簡介：吳保升（1993—），男，河南商丘人，碩士在讀，研究方向為農業信息化。E-mail：15998224618@163.com。