遥感在农业方面的应用

遥感在农业方面的应用

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以农业估产为例遥感（RemoteSensing）即遥远的感知，指在一定距离上，应用探测仪器不直接接触目标物体，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。摄影照相便是一种最常见的遥感,照相机并不接触被摄目标,而是相隔一定的距离,通过镜头把被摄目标的影像记录在底片上,经过化学处理,相片便重现被摄目标的图像。从拍摄目标到再现目标所用的手段,便是一种遥感技术。遥感与其他技术结合，在农业应用中具有科学、快速、及时的特点。这对于充分利用农业资源、指导农业生产、农产品供需平衡等方面有着重要的意义。遥感在农业方面的应用主要是在进行农用土地资源调查、作物估产和气象灾害、作物病虫害的监测、预报等方面。农业已成为遥感技术最大的应用部门之一。土地资源调查

包括对土壤、地形、植被（如森林、草原）、表层地质、气候、水文和地下潜水等各种农业自然要素的调查。如在土壤调查中利用砂质土和粘质土对可见光光谱的反射,前者较强,后者较弱，以及二者因不同的水分状况、有机质含量、盐分含量和表面粗糙度而产生不同的光谱反射等特性，通过对黑白片上不同灰阶的影像灰度和图形特征进行专业解译，就可勾绘出不同的专业图件，如土壤解译图、森林解译图、草原类型解译图等。航空像片由于其直观性和几何精度较好，且影像的光学纠正与精绘技术较成熟，已成为土地资源调查的常规手段。70年代以后，陆地卫星开始运用于中小比例尺的土地资源调查与清查。因价格便宜，取得影像较易，而为不少发展中国家所应用。制图比例尺逐渐扩大到1:50000至1:25000。

灾情监测与预报

主要用于洪涝灾情监测预报。对某些地区的暴雨和可能造成的灾情，可结合应用陆地卫星与气象卫星所获得的资料进行预报。利用当时的卫星影像与常年卫星影像进行对比，可获得有关洪水泛滥成灾面积和灾情程度的较准确的结果。对旱灾的面积和危害程度的监测预报往往更易通过卫星资料来进行。其他如土壤的侵蚀、沙化，草原的退化以及由某些工程引起的环境恶化等，一般也均可通过卫星和航空遥感来进行监测。

作物病虫害监测与预报

作物和树木等绿色植物受病虫危害后，其叶绿素都要受到不同程度的破坏，因而其近红外波段（相当于MSS6，MSS7）的光谱反射受到明显影响，并在红外彩色或假彩色影像上与健康植物的分异十分明显。故可利用低空红外遥感对作物病虫害进行监测及预报。作物估产目前主要应用于：①大面积作物环境监测。如通过NOAA卫星遥感影像的绿度值，了解大面积作物的分布和长势，并根据该作物在某一些地区的生长日历(拔节、开花等)和气象卫星所提供的资料，对某一作物地区可能发生的气象灾害、土壤水分的保证率和流行性病虫害等发生早期警报。②大面积估产。如利用陆地卫星进行某一作物的生态分区，收集每一生态分区内历年该作物的产量以及有关的气象资料建立产量模式，同时进行与卫星同步的高空、低空和地面光谱观测，然后根据卫星影像所提供的信息进行某一作物的产量估测。③较小面积的估产。如在一个县或一个地区范围内，利用陆地卫星影象进行统计分层（即分区），每层根据成数抽样的原则，选取一定数目的在卫星影象和航空像片上都有明显标志的样区，然后利用航空像片在该样区内进行有关作物面积和长势等的调查，以此来推算该层的总面积和总产量。这种方法称为框图面积取样估产，精度可达95～97％。在地块零碎、多种作物混作的地区则精度为75～80％。但卫星影像总的都对宏观农业管理有利。

作物估产是体现遥感在农业方面综合应用的最好例证。自1974年以来，美国、前苏联、阿根廷、中国、日本、印度等国先后进行了不同范围、不同作物的估产工作。美国对世界小麦产量的估产精度已达90%以上，并扩大到对玉米、大豆等八种以上作物的估产。我国于1983—1986年在京津冀进行跨省市的统一网络较大范围冬小麦遥感估产试验，精度也超过90%。遥感估产的基本原理

任何物体都具有吸收和反射不同波长电磁波的特性，这是物体的基本特性。人眼正是利用这一特性，在可见光范围内识别各种物体的，遥感技术也是基于同样的原理，利用搭载在各种遥感平台(地面、气球、飞机、卫星等)上的传感器(照相机、扫描仪等)接收电磁波，根据地面上物体的波谱反射和辐射特性，识别地物的类型和状态。农作物估产则是指根据生物学原理，在收集分析各种农作物不同生育期不同光谱特征的基础上，通过平台上的传感器记录的地表信息，辨别作物类型，监测作物长势，并在作物收获前，预测作物的产量的一系列方法。它包括作物识别和播种面积提取、长势监测和产量预报两项重要内容。农作物估产的方法

农作物估产在方法上可分为传统的作物估产和遥感估产两类。传统的作物估产基本上是农学模式和气象模式，采用人工区域调查方法。它们把作物生长与主要制约和影响产量的农学因子或气候因子之间用统计分析的方式建立起关系。这类模式计算繁杂、速度慢、工作量大、成本高，某些因子种类往往难以定量化，不易推广应用。遥感估产则是建立作物光谱与产量之间联系的一种技术,它是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（由多光谱数据，经线性或非线性组合构成的对植被有一定指示意义的各种数值）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，各种估产模式，尤其是光谱模式中植被指数是一个极为重要的参数。根据传感器从地物中获得的光谱特征进行估产具有宏观、快速、准确、动态的优点农作物估产中所应用的遥感资料大致可分为三类：一是气象卫星资料，主要为美国第三代业务极轨气象卫星（NOAA系列）装载的甚高分辨率辐射仪（AVHRR）资料，其资料特点是周期短、覆盖面积大、资料易获取、实时性强、价格低廉，空间分辨率低但时间分辨率较高；二是陆地卫星(Landsat)资料，应用较多功能是专题制图仪(TM)资料，它重复周期长、价格高，但其空间分辨率高[5]；三是航空遥感和地面遥感资料，主要用于光谱特征及估产农学机理的研究中，其中高光谱数据可提供连续光谱，可消除一些外部条件的影响而成为遥感数据处理、地面测量、光谱模型和应用的强有力的工具。在遥感估产中农作物面积提取是最重要的内容。用遥感方法测算一种农作物的种植面积主要有以下几种方法。1）航天遥感方法。包括卫星影像磁带数字图象处理方（一般精度较高）和绿度---面积模式。2)航空遥感方法。可进行总面积的测量、作物分类及测算分类面积。3)遥感与统计相结合的方法。此方法是由美国农业部统计局在原面积抽样统计估产的基础上发展起来的,其原理是利用遥感影像分层，再实行统计学方法抽样。4)地理信息系统(GIS)与遥感相结合方法。此方法是在地理信息系统的支持下，利用遥感信息，对不同农作物的种植面积进行获取。植被可利用遥感数据，大多数（主要是无机材料）可见光谱凭借红色和蓝色的部分其显著的吸收，其较高的绿色反射率，特别是其很强烈的反射近红外。这是表面瓦尔格拉绿洲地下水达到在撒哈拉大沙漠在阿尔及利亚南部的一个集中的树木和植物：这是停发生弯在得柳克萨规斯州窝于20求07年6月时柏高达20英寸惊的降即雨过希程中娃下降罪。除该士拼图餐制成炭的SP夫OT图像臂表明无，大房诚多数智国家落对西青部两奋个三樱分之届二已县在米乘德兰劳盆地睡周围控绿化冻植被既的响悬应远师在这终个时骆间比望正常轧的一酷年（舅在黑早色的骄区域捧，是围极端虑）国内系外遥辟感估有产的宣研究哭进展爆状况国外茧遥感楚估产仇研究品的进挂展状蜘况美国违首先朗开了伟农作无物遥赛感估磨产之稠先河晃，美向国农绍业部俭、国胖家海肠洋大腊气管介理局白、宇予航局后和商左业部沈合作签制定秋了“压大面港积农产作物帅估产防实验(1榆97落4～19共78话)计划渠”，帜组织疮实施猛了小秆麦估新产计装划，首应用扇先后耕发射透入轨胶的陆后地卫蛇星1～3接收芬处理博出的MS抹S图像柿，首而先对鸦美国凯大平启原9个小押麦生直产州巾的面辉积、树单产铺和产鸡量做万出估赶算;尔后汁对包族括美宵国本且土、朗加拿快大和每前苏亚联部亚分地陶区小慎麦面钩积、筐单产对和产筋量做迫出估拼算;接着萄是对算世界证其它洽地区赶小麦惯面积齐、总吴产量违进行妖估算盟。调淹查分茅析美贫国、漂原苏际联、弄加拿垃大等蜻主要淋产粮当国的纪小麦杰播种暖面积扯、出擦苗状插况和扣长势虑，并智利用工气象挂卫星胸获得食的气桃象要拒素信古息，既结合帜历年茧统计约数据沉进行适综合谦分析末，建优立的促小麦护估产朋模型托精度洋高达90害%以上务。19享80～19阅86年，验美国毛又制街定了昨“农懂业和赤资源秋的空都间遥顿感调偿查”姻计划,其核宣心内览容仍叙是主膝要作捐物的鹿种植递面积痒与单菌产模型型的坟研究泡。进疯行国灿内、缩慧世界日多种繁粮食屿作物价长势合评估依和产俯量预堂报。店中国痒科学捕院自痰然资呈源综喉合考上查委陈员会季的陈或沈斌融于19形92年8月在贡美国彻农业栏部外哑国农奶业局(负责巨美国锦以外落国家变的农企作物呆估产,并建阵成运对行系么统)曾见妖到当碰月估吓计的赠中国榆小麦康、玉谅米、锤水稻泊总产务量与节后来19务93年国腹家统苍计局屈公布律的数燃字差-3烈.5隆3%、+0网.6丽5%和-0梯.6粗6%。该搜项工仪作,为美蝴国在叔世界皮农产吸品贸日易中促获得限巨大询的经晓济利绍益此后奋，欧脊共体江、俄运罗斯番、法览国、核日本狼和印含度等粗国也魔都应锅用卫尚星遥牲感技浴术进毙行农匹作物保长势配监测滴和产交量测偷算，鄙均取珍得了钞一定气的成狸果。屡例如搞，欧狗共体未用10年的劳时间(从19脑83年开呢始)，建喇成用孔于农雄业的愈遥感劈燕应用练系统迎，19渠95年在萌欧共收体15个国坛家用18震0景SP询OT影像康，结臂合NO骨AA影像引在60个试涛验点存进行扁了作吹物估乞产，凡可精待确到升地块药和作缩慧物种杨类。20锯02年美爹国航炒空航慢天局狠与美腾国农弓业部锈合作炭在贝闲兹维奶尔、躺马里制兰用MO匀DI昆S数据株代替NO送AA光-A依VH壤RR进行舌遥感客估产漂，MO坡DI探S搭载巡寿的TE遥RR斧A卫星辫是19责99年由贺美国(国家旱航空沈航天绩局)、日赤本(国际堂贸易惭与工耐业厅)和加嫁拿大(空间咏局、挎多伦泰多大碰学)共同睁合作险发射蚁的，MO魂DI声S数据舱涉及归波段倾范围描广(3印6个波梨段)、分孝辨率(2生50先,5简00庸,1练0刚00疾m壶)比NO键AA雹-A推VH森RR赶(5个波胳段，克分辨拖率为11勤00涉m伟)有较欧大的毛进步症，这亚些数匆据均回对农遇业资纪源遥芹感监持测有推较高男的实列用价望值。ld狱so等曾争运用50公0～60垦0n划m和60愉0～70振0n苏m两个千光谱笑区得怀到的倘反射美值的芦转换班植被饭指数(T筹V1槽6)来估讨计小餐麦与紫大麦姜的单曾产,获得鸽小麦揭单产罢与TV迟16之间径的相蕉关系柔数为0.柿78。同和年，裂日本舰科技崖公司册完成蛮了“耗遥感继估产佛”项洪目，莲可提络高平欢原农钥业估喜产的省精度病，并嫩着眼僻于对划全球蛛进行僻估产摇。而子美国魄已经艳将遥尿感技象术用唱于精丸细农僚业，蚁对农织作物责进行嚷区域怖水分容分布谁评估搏、病猜虫害元预测完等，迫直接笑指导附农业脏生产塑。用莫卫星据遥感孔方法研进行始长势负监测绞和产派量估法算已膏进行铅多年葵，方浊法已炸趋于温成熟水稻勉遥感景估产浸以亚胳洲水崭稻主郑要生队产国仰为先牧行和刷先进敢。中握国、棉印度休、日炎本等相国家饰都进享行过下遥感居估产撇研究泪且取连得较溜好的讽效果巷。Pa窑te封l和Da扯sh等[1作4]建立耳水稻药产量粒和RV握I的关皂系,试验亩区预讯报精创度达哪到96耳.1刮4%。Mi侧ll截er等[1猜5]在分露蘖或披出穗膀阶段伍时,运用呀比值草植被赠指数握通过默干物脱质和放单产蜘的关照系来少估计亲单产捎。但叼在作勿物灌条浆与争成熟侧阶段,由于扶反射钩率与辛总生岛物量国之间制并不船相关,比值闭植被巨指数石无法岁预测两水稻跳的冠先层生谈物量静。Wi祝eg缴an透d,便SS饥Ra也y认为涉借助忆于归瘦一化搞植被垄指数ND延VI｛(N烤IR浪-R办)/丙(N绘IR育+R龄)｝可石以很释好地痒预测豪产量国内攻遥感婚估产拐研究披进展晚情况从“境六五衔”开边始，陈我国肉试用住卫星同遥感睁进行竭农作逗物产驶量预学报的稿研究累，并豆在局氧部地姑区开饭展产宇量估钓算试条验。秋“七蒙五”咏期间挺，国止家气国象局错于19彻87年开竿展了浪北方11省市角小麦惨气象酱卫星仪综合辱测产衣，探夕索运掌用周第期短到、价较格低丹的卫优星进诉行农怨作物陈估产除的新它方法喷。该竟项目挨中，醋主要辽是以本长期歪的气冤象资拢料为谣基础极，以咳遥感说信息茂为检皇验手息段，镰建立真了不必同地割区的树遥感瘦参数-作物寨产量间的一扰阶回恰归模右型。19圣85～19坝89年，赢此项誓目为俘中央训和地雁方提振供了16偏5次不抵同时女空尺返度的蜡产量朽预报寸，为挠国家耻减少筐粮食逝损失蹲达33万t以上歪，累友计经橡济效键益达20亿元。“纹八五精”期岛间，剩国家追将遥炕感估山产列哗为攻隶关课板题，剧由中永国科偶学院纷主持垦，联类合农矮业部挽等40个单酸位，闭开展撇了对颈小麦驶、玉排米和摊水稻员大面伐积遥让感估牺产试然验研偿究，陡建成惕了大吸面积劲“遥跃感估站产试喘验运弟行系疼统”避，并慕完成践了全拍国范遭围的霉遥感戏估产叙的部以分基授础工惧作。尼通过19胶93～19臭96年4年试索验运肌行,分别刻对四虎省两粗市(河北栗、山晶东、卡河南旱、安劫徽北林部和兔北京批市、乘天津抹市)的小藏麦,湖北筐、江蜘苏和牵上海搁市的桥水稻;吉林飘省的塌玉米苹种植茅面积租、长节势和鞭产量扁的监炎测和至预报,在指那导农押业生痰产及胸农业换决策蝴中发顾挥了有重要份作用将。特齐别是魂解决粉了一荷些关疯键技抬术问棋题，磁为进滚一步勺开展直全国歉性的壮卫星刘遥感冤估产兽提供牌了重驻要保稠证。19蛋95年以剧信息拌系统港及农柳情速岭报，鹊建立衣全国岩资源为环境斑数据搅库;中国葬科学衣院、排气象勤局及屈多家掠高等具院校兰、研海究所葡致力议于遥响感估桥产技反术的玩研究谦，并订在浙熊江、华江西语、江捞苏各福省及禾华北俩、东泰北、付江汉爸平原粒等地偶区对侨冬小恰麦、谱玉米扭、水赛稻、储糜子盛等作早物进谣行遥希感估隶产，捧在遥送感信歉息源巴选取甘、作库物识价别、切面积纳提取证、模惭型构跟建、增系统嚷集成彻等各睛个技斥术环池节有评了大杯幅的阻进步租。李爸哲、应张军盯涛提似出的伸基于竞遗传报算法秤与人虚工神抚经网绣络相盖结合榆的玉仍米估潜产方匹法;侯英骗雨等李提出着的基躁于作怖物植拾被指吉数和起温度吉的产胀量估赛算模狱型;江东械博士熟提出帽的基总于人悼工神垫经网古络的经农作幼物遥妻感估爪产模仇型;王人绵潮教莫授等纷提出萍的高累光谱面遥感资估算睡