遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

　　一、什么是遙感?

　　遙感(remotesensing)是指一種非接觸的、遠(yuǎn)距離的探測技術(shù)。是通過人造地球衛(wèi)星上的遙測儀器把對地球表面實施感應(yīng)遙測和資源管理的監(jiān)視(如樹木、草地、土壤、水、礦物、農(nóng)家作物、魚類和野生動物等的資源管理)結(jié)合起來的一種新技術(shù)。遙感技術(shù)具有覆蓋面積大、重訪周期短、獲取成本相對低等優(yōu)勢,對大面積露天農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的調(diào)查、評價、監(jiān)測和管理具有獨特的作用。

　　二、農(nóng)業(yè)遙感的發(fā)展

　　從20世紀(jì)70年代出現(xiàn)民用資源衛(wèi)星后,農(nóng)業(yè)成為遙感技術(shù)最先投入應(yīng)用和收益顯著的領(lǐng)域。特別是隨著高空間、高光譜和高時間分辨率遙感數(shù)據(jù)的出現(xiàn),農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)在長時間序列作物長勢動態(tài)監(jiān)測、農(nóng)作物種類細(xì)分、田間精細(xì)農(nóng)業(yè)信息獲取等關(guān)鍵技術(shù)方面得到了突破。農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測主要以作物、土壤為對象,利用地物的光譜特性,被用來進(jìn)行作物長勢、作物品質(zhì)、作物病蟲害等方面的監(jiān)測。

　　由于遙感技術(shù)具有覆蓋面積大、重訪周期短的特點,因此主要應(yīng)用于大面積農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的調(diào)查、評價、監(jiān)測和管理,其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用按內(nèi)容歸納為下列4類:

　　1、農(nóng)業(yè)資源調(diào)查。包括耕地資源、土壤資源 等現(xiàn)狀資源的調(diào)查,以及土地荒漠化和鹽漬、農(nóng)田環(huán)境污染、水土流失等動態(tài)監(jiān)測,提供各類資源的數(shù)量、分布和變化情況,以及基于調(diào)查的各類資源評價 ,提出應(yīng)該采取的對策 ,用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的組織、管理和決策。

　　2、農(nóng)作物估產(chǎn)。包括小麥、玉米、水稻、棉花等大宗農(nóng)作物的長勢監(jiān)測和產(chǎn)量預(yù)測,也包括牧草地產(chǎn)草量估測、果樹長勢監(jiān)測等。

　　3、農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)報。包括農(nóng)作物病蟲害、冷凍害、洪澇旱災(zāi)、干熱風(fēng)等動態(tài)監(jiān)測,以及災(zāi)后農(nóng)田損毀、作物減產(chǎn)等損失調(diào)查和評估。

　　4、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。主要是利用高空間分辨率的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行農(nóng)田面積和分布的現(xiàn)狀調(diào)查,以及針對農(nóng)田精準(zhǔn)化施肥、施藥和灌溉進(jìn)行的農(nóng)田尺度的作物長勢、病蟲害和土壤水分等信息的監(jiān)測。

　　5、針對不同的應(yīng)用,不同空間分辨率的光學(xué)遙感與微波遙感優(yōu)勢各異。如高空間分辨率的遙感數(shù)據(jù)主要應(yīng)用田間尺度的精確農(nóng)業(yè),而高時間分辨率廣覆蓋遙感數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于大面積農(nóng)作物長勢監(jiān)測。根據(jù)各類遙感數(shù)據(jù)的特點,其主要應(yīng)用領(lǐng)域如表 1 所示。

　　三、農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　1,新一代農(nóng)業(yè)無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用

　　無人機(jī)( Unmanned aerial vehicle,UAV) 作為一種由動力驅(qū)動、機(jī)上無人駕駛、可重復(fù)使用的新型遙感平臺,具有優(yōu)于其他遙感平臺的靈活性、實時性等特點。特別是隨著可見-近紅外航空成像光譜儀、航空CCD數(shù)字相機(jī)的小型化,使得隨時獲取厘米級空間分辨率的可見-近紅外圖像成為可能, 所以無人機(jī)遙感系統(tǒng)目前在環(huán)保、農(nóng)業(yè)、救災(zāi)等應(yīng)用領(lǐng)域得到了迅速的拓展。

　　農(nóng)業(yè)衛(wèi)星遙感技術(shù)受到天氣、軌道周期、空間分辨率等的影響,對田間尺度的農(nóng)情監(jiān)測還存在很多不足,往往很難及時提供高質(zhì)量的遙感數(shù)據(jù),無人機(jī)遙感可以與大面積衛(wèi)星遙感相互配合,形成多尺度的農(nóng)情信息監(jiān)測網(wǎng)。無人機(jī)遙感可以發(fā)揮在農(nóng)田精細(xì)尺度和動態(tài)連續(xù)監(jiān)測的優(yōu)勢,應(yīng)用于農(nóng)田地塊邊界和面積調(diào)查、農(nóng)作物種類識別和統(tǒng)計、農(nóng)作物長勢分析、農(nóng)作物養(yǎng)分和土壤水分監(jiān)測等,特別在農(nóng)業(yè)災(zāi)后快速評估方面,無人機(jī)遙感技術(shù)將發(fā)揮獨特的作用。

　　2,農(nóng)業(yè)地面?zhèn)鞲芯W(wǎng)與遙感技術(shù)結(jié)合

　　目前,基于有線和無線傳感器的各類地基觀測技術(shù)和組網(wǎng)建設(shè)逐步發(fā)展和完善,為衛(wèi)星遙感的地表參量反演、模型同化和耦合、精度驗證等工作提供了重要的真實性信息。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,基于現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)業(yè)地面?zhèn)鞲芯W(wǎng)在智能溫室與大田精準(zhǔn)作業(yè)管理方面得到了快速應(yīng)用。特別是各類自動采集作物葉面到冠層、土壤表層到剖面理化信息,以及農(nóng)田氣溫、濕度、光照等環(huán)境信息的傳感器不斷出現(xiàn) , 加上無線傳輸網(wǎng)和智能控制系統(tǒng),使得農(nóng)田信息地面采集的便捷性、精確性、時效性得到了顯著的提高。

　　3,農(nóng)業(yè)專業(yè)模型與遙感技術(shù)的耦合

　　遙感技術(shù)的優(yōu)勢在于多尺度、多波段、多實相地提供大范圍的對地觀測數(shù)據(jù),能夠及時獲取地表特征信息如植被指數(shù)、亮度指數(shù)和地表輻射溫度等,并通過定量反演,進(jìn)一步獲取地表特征參數(shù)如地表反射率、葉面積指數(shù)、土壤水分含量等。但是農(nóng)業(yè)遙感特別是農(nóng)作物遙感監(jiān)測,作物高度、葉面積、生物量等關(guān)鍵屬性在生育期是連續(xù)變化的動態(tài)過程,單靠遙感數(shù)據(jù)很難保證觀測的連續(xù)性。因此,大量的研究是將各種農(nóng)業(yè)專業(yè)模型如作物生長模型、地表能量平衡模型等與遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合或同化,來彌補(bǔ)遙感觀測時間分辨率的缺陷。

　　新的發(fā)展趨勢一是提高傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)專業(yè)模型的適用性,克服模型完全以農(nóng)田小區(qū)試驗為樣本,較少考慮地物空間異質(zhì)性的缺點; 二是發(fā)揮星地多源數(shù)據(jù)的優(yōu)勢,結(jié)合地面?zhèn)鞲芯W(wǎng)提高信息采集的周期性; 三是重視遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和業(yè)務(wù)化,如 MODIS 系列數(shù)據(jù)產(chǎn)品,可以業(yè)務(wù)化提供8 d 植被指數(shù)、葉面積等數(shù)據(jù)產(chǎn)品,使得傳統(tǒng)農(nóng)學(xué)家更容易將遙感數(shù)據(jù)引入到各類農(nóng)業(yè)專業(yè)模型中。