遙感技術在農業生產中的應用

河南省農業信息中心 崔巍

遙感技術在農業生產中的應用

河南省農業信息中心 崔巍

遙感技術作為地球信息科學的前沿技術，是目前最為有效的對地觀測技術和信息獲取手段。隨著科學技術的快速發展，遙感技術已經廣泛應用于國民經濟的各個領域，特別是在農業領域，結合地理信息系統的全球衛星定位系統等地球信息技術手段，可以實現農業信息采集和分析的定時、定量、定位，客觀性強，準確性高，在農業資源環境、農作物長勢監測和產量估算、自然災害監測與評估等方面，有很高的應用價值。

遙感技術在農業中的應用主要包括以下三個方面：一是農作物監測。主要包括作物種植面積監測、作物長勢監測、作物產量估算、土壤墑情監測、病蟲害監測等。二是農業資源監測。主要包括農業資源遙感調查，如耕地、草地、漁業、農用水等方面的農業資源監測。三是農業災害監測。主要包括農業自然災害應急監測，如旱災、洪澇災害、火災、雪災、凍災等方面的災害監測。

一、作物監測

利用遙感對作物進行監測，包括農作物面積、長勢情況、產量估算、土壤墑情、病蟲害等作物信息監測。

（一）作物種植面積監測

不同作物在遙感影像上呈現不同的顏色、紋理、形狀等特征信息，利用信息提取的方法，可以將作物種植區域提取出來，從而得到作物種植面積和種植區域。獲取作物種植面積是長勢監測、產量估算、病蟲害、災害應急、動態變化等監測的前提。

（二）作物長勢監測

通常的農作物長勢監測指對作物的苗情、生長狀況及其變化的宏觀監測，即對作物生長狀況及趨勢的監測。農作物長勢包括個體和群體兩方面的特征。葉面積指數LAI是與作物個體特征和群體特征有關的綜合指標，可以作為表征作物長勢的參數。歸一化植被指數NDVI 與LAI有很好的關系，可以用遙感圖像獲取作物的NDVI曲線反演計算作物的LAI，進行作物長勢監測。

（三）作物產量估算

遙感估產是基于作物特有的波譜反射特征，利用遙感手段對作物產量進行監測預報的一種技術。利用影像的光譜信息可以反演作物的生長信息（如LAl、生物量），通過建立生長信息與產量間的關聯模型（可結合一些農學模型和氣象模型），便可獲得作物產量信息。在實際工作中，常用植被指數（由多光譜數據經線性或非線性組合而成的能反映作物生長信息的數學指數）作為評價作物生長狀況的標準。

（四）土壤墑情監測

土壤墑情也就是土壤含水量，土壤在不同含水量下的光譜特征不同。土壤水分的遙感監測主要從可見光-近紅外、熱紅外及微波波段進行。微波遙感，精度高，具有一定的地表穿透性，不受天氣影響，但是成本高，成圖的分辨率低，其應用也受到限制。常用的還是可見光和熱紅外遙感。通過與反映土壤含水量相關的參數建立關系模型。反演土壤水分。用于土壤水分監測的方法比較多：一是基于植被指數類的遙感干旱監測方法。如簡單植被指數、比值植被指數、歸一化植被指數、增強植被指數、歸一化水分指數法、距平植被指數等。二是基于紅外的遙感干旱監測方法。如垂直干旱指數法、修正的垂直干旱指數法等。三是基于地表溫度（LST）的遙感干旱監測方法。如熱慣量法、條件溫度指數、歸一化差值溫度指數、表觀熱慣量植被干旱指數等。四是基于植被指數和溫度的遙感干旱監測方法。如條件植被溫度指數、植被溫度梯形指數、溫度植被干旱指數模型等。五是基于植被與土壤的遙感監測方法。如地表含水量指數作物缺水指數法等。總的來說就是利用光學-熱紅外數據，選擇參數建立模型進行含水量的反演。也可以進行土壤肥力監測、土壤結構信息的提取等。

（五）作物病蟲害監測與預報

植被對諸如病蟲害、肥料缺乏等脅迫的反應隨脅迫的類型和程度的不同而變化，包括生物化學變化（纖維素、葉片等）和生物物理變化（冠層結構、覆蓋、LAI等），相應的，植物特征吸收曲線特別是紅色區和紅外區的光譜特性就會發生相應變化，所以在病害早期就可通過遙感探測到。可選擇病害葉片中對葉綠素敏感的波段，結合實測葉綠素含量，建立葉片葉綠素含量的估算模型，提取病蟲害信息。可周期性提取病蟲害作物面積、空間分布等。

二、資源監測

遙感技術可快速獲取宏觀信息，對耕地、草地、水等農業自然資源的數量、質量和空間分布進行監測與評價，從而為農業資源開發、利用與保護、農業規劃、農業生態環境保護、農業可持續發展等提供科學依據。

三、災害監測

遙感是災害應急監測和評估工作一種重要的技術手段，可以對旱災、洪澇等重大農業自然災害進行動態監測和災情評估，監測其發生情況、影響范圍、受災面積、受災程度，進行災害預警和災后補救，減輕自然災害給農業生產所造成的損失。而由于近年來我國自然災害頻發，遙感應急監測是當前農業領域的應用熱點之一。

四、河南省利用遙感技術開展的農業監測工作

為使遙感技術為全省農業服務，按照農業部農業遙感監測中心的整體部署，結合河南省農業生產的特點，從2003年在全省范圍內開展了主要農產品的種植面積變化和長勢遙感監測等服務工作。

為順利開展農業遙感監測服務工作，在全省范圍內按照農業生產結構科學選擇了50個樣方縣，每個縣布置3個500 m見方的樣方（全省共150個樣方）作為地面驗證調查觀察點，結合遙感監測技術，根據每年全省主要農作物生育期內的生長特點，每半月做一次遙感監測分析，供農業生產宏觀決策參考。多年來，主要開展了河南省冬小麥種植面積及長勢遙感監測、河南省玉米種植面積及長勢遙感監測、河南省棉花種植面積變化監測、河南省大豆種植面積變化監測、河南省水稻種植面積變化監測等農業遙感監測工作。為全省農業宏觀調控和管理起到了積極作用。