遥感技术在农业中的应用
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摘要:遥感技术作为21世纪空间信息技术的支柱之一在农业生产中发挥着不可估量的作用。本文阐述了遥感技术在我国农业生产上的应用概况,探讨了我国遥感技术发展的新趋势及对推进我国农业信息化进程的重要意义。
关键词:遥感技术;农业;应用
中图分类号:S127 文献标识码:B文章编号:1009-9166(2010)017(C)-0138-02
引言:遥感(Remote Sensing)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。遥感技术是本世纪六十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。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,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。
一、遥感在农业中的实际应用
1、作物估产
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。农作物遥感估产的主要步骤为:
(1)遥感估产区划:将条件基本相同的地区归类,以便于作物生长状况的监测与估计模型的构建。
(2)布设地面采样点,监测作物实际生长状况和产量,作为遥感信息的补充和检验。
(3)建立背景数据库系统,存储和管理估产区自然环境等方面的信息,如地形地貌、土地类型和肥力、种植制度、农业气候资料、灾情、历年的单产和总产、种植面积以及人口和社会经济情况等。背景数据库一方面为遥感图像信息分类提供背景,使分类精度提高;另一方面在遥感信息难以获取时,数据库可以支持模型分析,从历史资料和实际样点采集的数据库综合分析,取得当年的实际种植面积和产量。
(4)农作物种植面积提取:如利用TM或SPOT图像自动分类、AVHRR资料混合像元分解、GIS支持下作物播种面积提取等。
(5)不同生长期作物长势动态监测:采用遥感影像获取不同期作物的植被指数,根据植被指数的变化与历年资料的对比,就可以及时获得各种作物在不同生长期的长势,由长势情况就能预报出作物的趋势产量。
(6)建立遥感估产模型,实现作物光谱与产量之间的联系,通过光谱来获取作物的生长信息,目前常用的是根据“光谱―植被指数―产量”之间的关系来建立估产模型。
(7)遥感估产精度的分析和确认,尽可能减少误差。
(8)遥感估产系统的建立:该系统通常包括遥感信息获取、建立背景数据库、估产模型生成工具库、空间分析图形系统等问题。
2、作物生长状态监测
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―0.7微米的可见光与0.75―1.00微米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。同时粮食生产的丰歉将直接影响着国计民生,而且也是世界粮食市场波动的主要原因。客观地、及时地监测我国主要农作物长势种植状况面积、品种结构尽早预测作物产量对于国民经济、粮食政策制定,粮食市场调节及在世界粮食贸易中占主动地位有重要意义。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,逐步成为各级政府领导部门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。
3、土地调查
因为不同植被和土壤类型呈现不同色调,因此可用遥感数据区分有无绿色植物生长与土地开发与否,并可进一步进行植被和土壤分类。土地资源是包括气候、地形、土壤、表层岩石、植被森林和草原和水文等的自然综合体,它包括了整个农业生产的生态要素。利用遥感技术进行生态要素的监测既经济又科学,尤其是一些交通不便且面积较大的农牧、林业地区,只有卫星遥感技术能采用不同时期的同一幅影像进行影像叠加、又丁比,可准确地看该地区的土地资源变化,可进行土地分类和生产力评价,对一些地区因人为经营不合理,破坏了生态环境,
引起土壤退化,水土侵蚀严重,水、土、肥流失及土壤盐渍化等现象经过监测,可提出预防和治理措施,建立起良性循环的生态环境条件。应用遥感技术比常规的地面实地勘测不仅节省大量的人力、时间、提高精度,且在经济上收到很可观的效益。
4、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。日本利用卫星多光谱资料,对国土进行了年变化监测,清楚地识别了东京湾沿岸的侵蚀情况。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。
5、自然灾害及病虫害监测
遥感技术能提供大量的关于森林生长状况和灾害等方面的资料,如森林火险、病虫害发生发展规律,空气污染和暴风灾害等,因为这些灾害所造成的森林动态变化祖损失状况,在乡外彩色像片、陆地卫星多光谱扫描图像上都可识别出来,所以在监测森林灾牢方面应用很广泛。
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。根据我国的现阶段的国情,采用NOAA/AVHRR遥感影像作为监测的数据,其时间分辨率高、费用低廉,不失为首选遥感信息源。而在植物病虫害初期,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―0.9微米的近红外照片可揭示燕麦、小麦的黑锈病。
结束语:遥感技术作为21世纪信息技术的支柱之一在农业发展中发挥着不可估量的作用,遥感在农业发展中的应用范围将不断扩充,也必将进一步推动现代农业的快速、稳定、可持续的发展。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。如综合利用遥感、气象和农学信息进行农作物估产,在图像处理中利用K―T变换提取信息,在资源调查中应用多种植被指数进行分析研究等,这表明遥感技术的应用向深度发展。遥感技术和计算机技术相结合,建立各类农业信息管理系统,开辟了农业遥感新的应用领域。相信,应用方法与技术水平随着计算机技术的发展和地理信息系统的建立,遥感技术在农业上应用效果和社会效益日益显著。
作者单位:中国矿业大学环境与测绘学院
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