遙感技術在精確農業中的應用

肖長洪等

摘 要：在介紹遙感技術和精確農業基本概念的基礎上，以精確農業和遙感技術的關系為切入點，對遙感技術在精細農業中的應用進行了闡述，指出遙感技術能推動精確農業的發展。最后，根據遙感技術在精確農業應用中面臨的問題，給出了解決問題的建議與對策。

關鍵詞：遙感技術；精確農業；應用

中圖分類號 TP79 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）05-91-02

1 遙感技術

遙感技術是指應用探測儀器，不與探測目標相接觸，從遠處把目標反射和發射的電磁波特性記錄下來，通過分析，完成遠距離識別物體，并揭示出物體的特性及其變化的綜合性探測技術[1]。遙感技術是由遙感器、遙感平臺、信息傳輸設備、接收裝置以及圖像處理等設備等組成的。

遙感技術是興起于20世紀60年代的一種實用的探測技術，是一門內容涉及物理學、數學、計算機技術等基礎學科的綜合性邊緣學科。遙感技術最早是應用于軍事領域，到20世紀80年代，歐美一些發達國家在提高農產品市場競爭力目標的驅動下，通過不斷的理論與實踐率先意識到將遙感技術應用到農業生產上，它能起到節約勞動成本、提高農田產出率、減少環境污染、緩解資源緊張和保護生態環境的作用。至此，遙感技術開始大范圍地應用到農業實踐中去。

2 精確農業

精確農業（Precision Agriculture，也稱精細農業、精準農業）是指利用全球定位系統、地理信息系統等現代高新技術，獲取農田小區作物產量和影響作物生長的環境因素（如土壤結構、地形、植物營養、含水量、病蟲草害等）實際存在的空間及時間差異性信息，分析影響小區產量差異的原因，并采取技術上可行、經濟上有效的調控措施，區域對待，按需實施定位調控的“處方農業” [2]。

精確農業是高新技術與農業生產相結合的新型農業模式。其技術思想就是在農業生產活動的過程中，應用現代高新技術，盡可能多地獲取作物和農田的有用信息，因地制宜地做出決策，并準確地付諸實施，以節約投入、增加產出、提高投入物利用率、減少環境污染為目的。精確農業具有時間與空間精確性、活動人為性、生態保護性、效益最佳性、發展持續性等特征[3]，所以它是知識經濟時代農業可持續發展的必由之路，是可持續農業的有效發展模式。

3 遙感在精確農業中的應用

隨著經濟的發展和社會的進步，傳統農業因成本高、產量低而不能適應新時代的要求，新型農業應運而生，傳統農業向新型農業轉型具有歷史必然性。精確農業作為現代化農業理念，因其產量高、投入少，符合節約資源、保護環境的要求，被廣泛運用到現代化農業生產上來。精確農業技術的關鍵在于獲取農業田間數據，遙感技術是精確農業獲得田間數據的核心來源。可以說，沒有遙感技術的服務，就沒有精細農業的發展。

目前遙感技術已廣泛地應用于農業、林業、考古、軍事偵察、空間物理探測、石油探測，地質勘測和地圖測繪等。其中遙感技術在農業中的應用最廣泛。遙感技術可以客觀、準確、及時地提供作物生態環境和作物生長的各種信息。它在精確農業中的應用主要是利用綠色植物光譜理論。植物具有與眾不同的不同光譜特性；同一種作物在不同時期和不同生理條件下，也有不同的光譜反射能力，這成為估算植被類型、長勢的依據。遙感技術在精確農業中的應用主要表現在如下5個方面：

3.1 估算農作物播種面積 政府和社會公眾歷來高度重視農作物播種面積的變化情況，它是國家制定糧食政策等經濟政策的重要依據，及時、準確獲取農作物種植面積對政府制定糧食政策、農業生產及農村發展政策具有重要的意義。遙感技術因其獲得的信息客觀準確、覆蓋面積大以及省時、省力、費用低等優點，被廣泛運用到農作物播種面積的估算上。利用遙感技術，能調查農作物覆蓋面積，調查結束后得出準確的數據和分布圖件，通過對這些數據的處理，可以估算出農作物的播種面積。此外，遙感技術的利用可以有效避免某些政府官員為獲得政績，單位或個人為騙取政府資金支持等，虛報農作物播種面積。如通過NOAA衛星遙感影像的綠度值，了解大面積作物的播種分布情況。

3.2 監測作物長勢 作物長勢是作物生長發育狀況評價的綜合參數，長勢監測是對作物苗情、生長狀況與變化的宏觀監測[4]。利用遙感技術對作物生產的每個階段進行監測，獲得時間序列圖片、圖像，對這些圖片、圖像進行處理得到有用信息，能直觀顯示出作物生長發育的節律特征和時空變異性的信息。生產者可以通過利用這些信息，了解不同生長階段中作物的長勢，采取相應的措施進行田間管理。如：根據作物葉片反射光譜顏色的變化判定它的營養狀況，制定相應的施肥方案，實施精確施肥；根據作物冠層光譜反射特征所反映的冠層溫度、葉水勢來判斷作物現有水分狀況，制定相應的灌溉措施，實施精確灌溉；根據作物葉片光譜吸收特征的變化（如吸收峰的移動、吸收幅值的升降）來判斷其生理狀況，制定相應的植保措施，實施精確噴藥。

3.3 估算作物產量 作物產量是重要的經濟情報，因此每個國家都很重視作物產量的估算，并依托本國的技術水平和綜合國力，以其最快的速度在作物收獲的前后估算作物的產量。最初用于估產的遙感技術是農學估產，在隨后的發展過程中出現氣象學估產和統計估產的模式。20世紀70年代之后，歐美發達國家率先將遙感技術應用到作物產量估計這個領域上來，大大提高了作物估產的精確度。我國早期的遙感技術主要是用于作物估產。早在“六五”時期，我國就已經開始運用衛星技術嘗試對局部農產品產量進行預估。在隨后的發展中，我國氣象局、中國科學院以及許多大學、研究所都對農業遙感估產技術起到了實踐和創新推動作用[5]。生產者可以根據各種植被指數，主要是比值植被指數（RVI，Ratio vegetation Index）和歸一化植被指數（NDVIK， Normalized Difference Vegetation Index）來估算農作物產量，實施農業宏觀調控。2008年我國發射的“遙感衛星4 號”，其主要功能之一就是采集農作物的產量數據。

3.4 作物生態環境監測 作物生長需要從空氣、水和土壤中獲取營養元素，不同作物在不同時期對光、溫、水、氣、土、肥的要求各不相同，這就要求生產者密切關注作物生長發育的生態環境。遙感技術能實時監測土壤侵蝕面積、土地鹽堿化程度及其變化趨勢，也可以對土壤水分養分和水體環境及水體污染等作物生態環境進行動態監測，生產者能根據氣象衛星所提供的資料和該作物在某一些地區的生長特點采取相關措施，提高作物的產量和質量。

3.5 災害損失評估 氣候異常、極端天氣會對作物生長產生很多不利的影響， 進而限制作物的產量與質量。在無法保證一年四季都能風調雨順的情況下，利用遙感技術預測氣象災害具有不可小覷的重要意義。生產者能根據遙感技術所提供的資料、該作物在某一些地區的生長日歷（拔節、開花等）特點并結合氣象衛星所獲得的資料，可獲得有關洪水泛濫成災面積和災情程度的較為準確的結果；還能利用遙感技術提供的信息結合依據實際受災情況，采取補種、澆水、施肥或排水等災后生產自救措施。目前遙感技術已成熟地運用于監測作物受災程度、作物受旱澇凍等災害影響的面積、評估作物受災害的損失上。

在我國， 由于耕地的數量減少與質量下降，耕地保護已經成為實現農業可持續發展的一個重要戰略任務。我們可以利用遙感技術對該地區可能發生的氣象災害、土壤水分的保證率和流行性病蟲害等發生早期警報，讓生產者在生產的過程中及時做好防范，最大限度上減少災害帶來的損失，確實保護耕地。

4 遙感技術在精確農業應用中面臨的問題與對策

4.1 建立健全圖像解譯機理 感解譯是從遙感影像中識別和提取某種影像，并賦予其特定的內涵和屬性的專業化過程。解譯遙感影像是成功應用遙感技術的關鍵步驟。遙感技術提供的信息準確與否，很大程度上取決于圖像的解譯是否合理正確。目前，我國圖像解譯機理尚不健全，故必須深入開展農業遙感圖像解譯機理研究，建立土壤結構、地形、植物營養、含水量、病蟲草害等因子在遙感圖像中的解譯標志， 實現農作物征兆信息的智能化提取。

4.2 擴大遙感技術在農業領域的應用范圍 目前我國遙感技術在農業領域中主要應用在水稻、玉米、小麥等主要農作物上，而在麻類、花卉、煙草、食用菌等其他主要作物上還未應用上遙感技術。為了提高我國農產品的國際競爭力，發展高產、優質、高效的農業，生產更多質量有保證、數量有保障的農產品來滿足國民對農產品的需求，避免農產品物價波動幅度偏大，影響國民經濟的穩定發展，必須擴大遙感技術在農業領域上的應用范圍。

4.3 擴大遙感技術的普及范圍 近年來，我國雖大部分地區不再使用牛耕的傳統農業生產方式，但生產方式與發達國家相比依然很落后，農業技術的普及和推廣程度偏低，遙感技術的使用者少之又少。這些資金和技術上的限制，導致我國農業的國際競爭力較弱，有些農產品的供給量不能滿足國民的需求，限制了我國經濟的平穩發展。因此，國家必須加大對“三農”的支持力度，讓更多的農民能應用上并懂得在農業生產過程中使用遙感技術，真正做到農業技術的發展與生產實踐緊密結合，并為農業的發展服務。

5 總結

遙感技術的迅速發展使得遙感技術在精確農業中的運用成為勢不可擋的趨勢。遙感技術的運用提高了精確農業的科學性和合理性，在遙感技術支持下的精確農業具有技術性強、定量化、定性化的特點。精確農業的發展也離不開遙感技術提供的強大技術支持。隨著人類社會的進步、科技水平的提高，將會有更多新的先進的技術運用到遙感技術上，因此必須不斷利用跟蹤新技術的發展動向，把先進的技術快速運用到遙感技術建設中去，才能加快農業的發展速度。

參考文獻

[1]秦其明.“3S”技術在精細農業發展中的應用研究[J].湖南農業科學，2007（5）：153-156.

[2]秦其明.“3S”技術在精細農業發展中的應用研究[J].湖南農業科學，2007（5）：153-156.

[3]唐延林，王人潮.遙感技術在精準農業中的應用[J].現代化農業，2002（2）：33-35.

[4]張旭，王改梅.遙感技術在精細農業發展中的應用[J].綠色科技，2011（7）：211-212.

[5]黃惠珍.遙感技術在我國農業生產中的應用[J].科技信息，2010（24）：46. （責編：徐世紅）