遙感技術在精準農業中的現狀及發展趨勢

楊麗

摘 要：本文介紹遙感技術在精準農業中的應用現狀，分析遙感技術對作物生長監測、產量預估、病蟲害防治、旱情監測、土壤水分含量及分布監測、作物養分監測等領域的應用，進而引出遙感技術在精準農業中的發展趨勢。

關鍵詞：遙感技術;精準農業;發展趨勢

中圖分類號：S-3 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190830007

隨著農業現代化與精準化生產要求的不斷提高和科學技術的不斷發展，精準農業已經成為了可以最大限度提高農業生產力的有效途徑。然而，在實施精準農業的過程中，快速準確地獲取作物的生長信息和環境信息成為制約精準農業發展的關鍵問題。在采集農田信息的過程中，在復雜的農田中鋪設錯綜的電纜，使整個系統的成本增加，可靠性降低，維修費用較高。近幾年來，隨著計算機應用技術、圖像處理技術、通信技術等的快速發展，遙感技術在農業生產活動中得到相應的運用。

在國外，早在20世紀60、70年代，美國地理學家艾弗林·普魯伊特就提出遙感技術，經過幾十年的研究，理論比較成熟，并成功運用到各個領域[1]，而我國遙感技術起步比較晚，始于20世紀80年代初，雖然取得了一些理論研究，但是在實際應用方面卻很少[2]。

1 遙感技術在精準農業中的應用現狀

1.1 農作物生長監測和產量預估

農作物在其生長發育的各個階段，由于外部因素的不同，其內部組成及外部形態等都會存在一定的差別，最主要的差別是葉面積指數。葉面積指數是反映農作物長勢的個體特征與群體特征的綜合指數[3]。遙感技術通過周期性地獲取農作物發射的電磁波譜，來分析農作物不同時期的葉面積指數，進而對農作物生長發育情況進行監測和產量進行預估。2009年內蒙古自治區海拉爾農墾特泥河農牧場利用遙感技術檢測大麥葉面指數，來確定其長勢情況;2010年黑龍江墾區八五二農場利用遙感技術檢測水稻的品質空間分布圖，來預估水稻的產量;19世紀80年代，美國利用遙感技術檢測該國小麥的種植面積及產量作出預估。

1.2 農作物病蟲害防治

遙感技術能夠監測病蟲害對農作物生長發育的影響，并跟蹤農作物的生長發育狀況，分析估算災情損失，同時能夠監測害蟲的分布及活動習性[4]，進而能夠預防蟲害的發生。2010年黑龍江農墾前進農場利用遙感技術對水稻稻瘟病進行繪制遙感監圖測，來預防病蟲害。

1.3 農作物旱情監測

當天氣干旱時，農作物在生長發育過程中，由于吸收水分不足，生長發育受到影響，導致農作物植被指數降低。由于沒有充足的水分供給，農作物進行有氧呼吸受阻，農作物的葉片被迫關閉部分呼吸氣孔，導致農作物的冠層溫度有所升高。遙感技術通過農作物植被指數及冠層參數進而監測農作物旱情。隋學艷等利用遙感技術對山東省農作物旱情進行檢測[5]，申廣榮等利用遙感技術檢測黃淮平原旱災情況，建立了作物缺水指數模型[6]。

1.4 土壤水分含量和分布監測

在有作物和無作物的條件下，由于熱紅外波段對水分反映靈敏度非常高，故通過熱紅外波段可以監測土壤的水分含量及分布特點。試驗研究表明，在熱慣量條件不同的情況下，遙感光譜間的區別非常明顯，故可以通過建立熱慣量與土壤水分含量之間的數學模型，遙感技術利用該模型，進行分析土壤水分含量及分布。李建龍等利用遙感技術動態監測大面積農田土壤水分，并建立檢測樣區[7];田國良等利用遙感檢測土壤水分，并提出監測方法[8]。

1.5 農作物養分監測

農作物養分含量，直接影響農作物葉片的葉綠素的含量，通過數學模型建立植被指數與不同的營養元素（如氮、磷、鉀、鈣、鎂等）之間的數學模型，能夠預測農作物營養元素供給情況。據大量試驗研究表明，遙感技術監測到農作物中氮元素含量的精度比監測其它營養元素含量的精度高[9]。何勇等利用遙感技術監測作物養分生理信息，并建立監測模型[10];牛錚等利用遙感技術反演葉片化學組分，并得出鮮葉片7種化學組分（包括N）的含量與其譜線的關系[11]。

2 遙感技術在精準農業中的發展趨勢

近幾年來，遙感技術的不斷發展，并運用到各個領域，尤其是在農業生產上的應用，更是向深、寬、廣、精進行發展。從我國農業部相關部門的反饋來看，遙感技術能夠及時準確地掌握農業資源狀況、演變及發展趨勢，并準確提出可持續發展的科學對策，能實現農業資源及生產力要素的合理優化配置，是準確保證我國農業經濟可持續、和諧、穩定發展的重要方法;并準確掌握農作物的播種期、生長發育及產量，為我國相關部門制訂相關政策起到重要的參考。

2.1 發展新的遙感技術信息模型

遙感技術發展的深入與否，關鍵在信息模型的建立，該模型可推算不同的農業生產參數。在過去數十年的研究中，盡管人們建立了許多遙感技術方面的信息模型，比如作物產量估算模型、農田蒸散估算模型、綠度指數模型、土壤水分監測模型、農田蒸散估算模型、干旱指數模型及溫度指數模型等，但這些模型遠遠不能滿足遙感技術在精準農業中應用的需要，因此建立新的精準農業信息模型仍然是遙感技術在農業領域發展的重中之重。

2.2 紅外遙感技術防治病蟲害

在農作物病蟲害初期時，雖然其葉片結構已經發生改變，這種結構改變可以通過近紅外光譜反射率準確地顯示出來，但是農作物的葉綠素數量和質量并沒有發生什么變化，其可見光波段的光譜反射率不會發生明顯變化，人眼也很難觀察到，卻可以利用紅外遙感技術，及時并準確地進行預測，還能夠準確地分辨農作物的受害程度，把病蟲害消滅在萌芽狀態。例如利用近紅外波，波段在0.7～0.9μm范圍內，可以準確地發現小麥、燕麥等的黑銹病。

2.3 微波遙感技術

目前，在發達國家，微波遙感技術是遙感技術重點發展對象之一，其據有全天候性、穿透性、紋理性等特點，是其它遙感技術所不具備的。在惡劣氣候條件下，通過合理地利用微波遙感技術的這些特性來解決災害監測、冰雪覆蓋區、云霧覆蓋區、松散層掩蓋區及國土資源勘查等領域具有廣闊的發展空間和應用價值。

2.4 高光譜傳感器的應用

主要農作物生物化學參數可以通過高光譜遙感傳感器進行準確監測。例如設計水稻、棉花、玉米、小麥等不同播種期的試驗，通過高光譜遙感傳感器獲取其不同生長發育期的生物化學及相應的高光譜反射數據，并分析其在不同生長發育期的高光譜反射特征同生物化學參數之間的關系，進而確定能夠反映其生物化學參數的高光譜反射的敏感波段。通過高光譜遙感傳感器提取不同生物化學參數相對應的高光譜反射的敏感波段，進而探索不同生物化學參數的高光譜遙感監測方法，建立其估算數學模型。高光譜遙感傳感器的研制及推廣應用，將是遙感技術發展的重要方向之一。

3 結論

遙感技術在農作物種植面積監測、病蟲害預測、土地動態監測等方面的應用還有待于提高;遙感技術領域的一些新技術、新手段需要更多的農業科研人員進行探索，并借鑒國外先進的遙感技術，來建立符合我國農作物生長特點的遙感技術監測系統，繼續深挖遙感技術在精準農業中的應用。

參考文獻

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[9]劉冰峰， 李軍， 賀佳. 玉米葉片全磷含量高光譜遙感監測診斷模型研究[J]. 農業機械學報， 2015， 46（8）：252-258.

[10]何勇， 彭繼寧， 劉飛， 等. 基于光譜和成像技術的作物養分生理信息快速檢測研究進展[J]. 農業工程學報， 2015， 31（3）：174-189.

[11]牛錚， 陳永華， 隋洪智， 等. 葉片化學組分成像光譜遙感探測機理分析[J]. 遙感學報， 2000， 4（2）：125-130.