馬冬來(lái)，張文靜，王 晶

（1.河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 保定 071000；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河北 保定 071000；3.中央司法警官學(xué)院 信息管理系，河北 保定 071000）

利用遙感技術(shù)可以不直接接觸目標(biāo)物體，通過(guò)遠(yuǎn)距離的接收目標(biāo)物體反射或輻射來(lái)的電磁波，獲取目標(biāo)地物的數(shù)據(jù)與圖像，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)地物進(jìn)行定位、定性或定量的描述[1]。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中引入遙感技術(shù)是遙感應(yīng)用最成功的領(lǐng)域之一。它是結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、空間信息技術(shù)以及地理信息技術(shù)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中涉及到的各個(gè)方面進(jìn)行信息搜集管理、數(shù)據(jù)分析，以及最后成果的產(chǎn)生與可視化輸出。遙感技術(shù)既是一種準(zhǔn)確的對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，又是一種有效的信息獲取手段。

1 遙感技術(shù)在國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，遙感技術(shù)的引入始于上世紀(jì)80年代，經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，已取得了大量的理論研究和應(yīng)用成果，目前已經(jīng)成功地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域，如農(nóng)作物產(chǎn)量估算，農(nóng)作物種植面積檢測(cè)，農(nóng)作物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)，農(nóng)業(yè)資源調(diào)查，農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)檢測(cè)等[2]。

1.1 農(nóng)業(yè)資源遙感調(diào)查

遙感衛(wèi)星利用其攜帶的多波段傳感器，掃描地球表面，可以獲取各種地物的特有信息。不同地物在衛(wèi)星圖像上表現(xiàn)出不同的紋理、色調(diào)以及幾何形狀等信息，再結(jié)合相關(guān)的地理位置等特征，非常容易區(qū)分與識(shí)別[3]，這是利用遙感技術(shù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)資源遙感調(diào)查的基本原理。

目前，農(nóng)業(yè)資源環(huán)境的調(diào)查和變化監(jiān)測(cè)，主要包括作物種植面積調(diào)查、耕地變化監(jiān)測(cè)、低產(chǎn)土地資源和水資源的調(diào)查與評(píng)價(jià)、土地的利用現(xiàn)狀調(diào)查、草場(chǎng)資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、濕地資源調(diào)查等方面。

1.2 農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)與估產(chǎn)

在遙感圖像中，根據(jù)植被的光譜特性，可以區(qū)分出對(duì)應(yīng)的植被類(lèi)型與種植面積，再結(jié)合多時(shí)相和不同波譜的圖像，就可以對(duì)農(nóng)作物的種植面積、生長(zhǎng)情況及變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步借助于信息系統(tǒng)的支持就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的估產(chǎn)[4-7]。

我國(guó)應(yīng)用農(nóng)業(yè)遙感進(jìn)行作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)與估產(chǎn)的最先研究對(duì)象是小麥及水稻。從上世紀(jì)80年代末到90年代初，分別對(duì)平原地區(qū)（北京、天津、安徽北部以及山東、河南、河北）的小麥，北方（吉林）的玉米和南方（上海、江蘇、湖北）的水稻的種植情況（包括：面積、長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量等）進(jìn)行了遙感監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)[8]。1999年以后，在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)冬小麥的估產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)化運(yùn)行，并且在玉米、水稻等大宗農(nóng)作物的遙感估產(chǎn)領(lǐng)域也開(kāi)展了全國(guó)性的業(yè)務(wù)化運(yùn)行工作[9]。

1.3 農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估

每一種地表作物都具有其獨(dú)特的波譜特征[10]，即便是同一種作物，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)不同的狀況下，它的光譜反射率曲線(xiàn)也會(huì)有所不同，這是利用遙感對(duì)地物進(jìn)行識(shí)別和災(zāi)害監(jiān)測(cè)的理論基礎(chǔ)[11]。

與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)手段相比，利用遙感技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在時(shí)效性、空間性以及經(jīng)濟(jì)性等方面，都具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，遙感監(jiān)測(cè)已逐漸成為我國(guó)農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的重要手段，并具有廣闊的應(yīng)用前景[12]。在該領(lǐng)域，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)利用遙感技術(shù)對(duì)凍害、雪災(zāi)、病蟲(chóng)害、風(fēng)暴災(zāi)、干旱、洪澇等農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)與預(yù)防，并且技術(shù)業(yè)已成熟、準(zhǔn)確。

1.4 農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)

遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用主要包括：大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)；水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)；自然生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)與評(píng)估；重大開(kāi)發(fā)項(xiàng)目、重大工程和事件的環(huán)境與生態(tài)監(jiān)測(cè)等[13]。

1.4.1 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)

在大氣環(huán)境檢測(cè)方面，主要是利用遙感技術(shù)檢測(cè)大氣污染與污染源的分布，確定大氣污染的范圍、程度和擴(kuò)散變化等。在大氣環(huán)境的遙感監(jiān)測(cè)中應(yīng)用較多的是對(duì)氣溶膠、風(fēng)場(chǎng)和沙塵天氣的監(jiān)測(cè)。

1.4.2 農(nóng)業(yè)用水質(zhì)量監(jiān)測(cè)

農(nóng)業(yè)用水質(zhì)量檢測(cè)主要是對(duì)水質(zhì)的一些重要指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量、監(jiān)控，主要包括葉綠素、色度、溫度、磷含量、氮含量、懸浮物、有機(jī)成分等。

在水環(huán)境檢測(cè)方面，我國(guó)主要進(jìn)行了以下幾方面的工作：（1）依據(jù)水體熱污染原理對(duì)黃浦江、海河、湘江、閩江、大連灣等進(jìn)行了紅外遙感監(jiān)測(cè)[14]；（2）對(duì)渤海灣進(jìn)行遙感檢測(cè)，并根據(jù)衛(wèi)星傳回的數(shù)據(jù)估算出了渤海灣表層的水體葉綠素含量，并定量地劃分了有機(jī)污染區(qū)域[15]；（3）研究了富營(yíng)養(yǎng)化及油污染和有機(jī)污染，并結(jié)合富營(yíng)養(yǎng)化與水體葉綠素間的關(guān)系研究了滇池水體污染與富營(yíng)養(yǎng)化狀況。此外，我國(guó)還對(duì)于橋水庫(kù)、長(zhǎng)春南湖、珠江、蘇南大運(yùn)河、薊運(yùn)河等大型水體都進(jìn)行了遙感監(jiān)測(cè)[16]。

1.4.3 自然生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)

在自然生態(tài)環(huán)境方面，遙感技術(shù)主要應(yīng)用在對(duì)農(nóng)村生態(tài)變化監(jiān)測(cè)、城市開(kāi)發(fā)建設(shè)狀況和嘗試保護(hù)的監(jiān)測(cè)、礦資源開(kāi)發(fā)的生態(tài)破壞的監(jiān)測(cè)、草地覆蓋狀況及動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)、森林覆蓋狀況及生態(tài)功能動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)、生物多樣性狀況及動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)、濕地資源狀況及動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)等方面。其中，對(duì)城市、農(nóng)業(yè)生態(tài)監(jiān)測(cè)的空間分辨率要求較高，需達(dá)到10～30m，自然生態(tài)監(jiān)測(cè)的空間分布率要求在20～100m，監(jiān)測(cè)周期可以10天或60天一次[13]。

1.5 作物遙感模型

一些實(shí)際應(yīng)用很有價(jià)值的農(nóng)業(yè)參數(shù)可以通過(guò)應(yīng)用遙感信息模型進(jìn)行計(jì)算和反演得到。上世紀(jì)80年代中期，我國(guó)科學(xué)家開(kāi)始了作物模型方面的初步研究，機(jī)理性較強(qiáng)的有戚昌翰的水稻模型RICAM、高亮之的水稻模型RICEMOD、尚宗波的玉米模型MPESM、馮利平的小麥模型WHEATSM等[17]。這些模型具有動(dòng)態(tài)性和通用性，能夠反映作物生長(zhǎng)和發(fā)育的基本生理生態(tài)機(jī)理和過(guò)程[18]。

2 遙感技術(shù)在國(guó)際上的應(yīng)用狀況

1972年，美國(guó)發(fā)射了第一顆遙感衛(wèi)星Landsat-1，傳回的衛(wèi)星數(shù)據(jù)在國(guó)土資源調(diào)查、林業(yè)資源調(diào)查、地圖修測(cè)修編、水利規(guī)劃、城市規(guī)劃、環(huán)境污染檢測(cè)、地質(zhì)勘探、旱澇災(zāi)情監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物估產(chǎn)等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮了積極的作用。

20世紀(jì)70年代中期，美國(guó)開(kāi)始了“大面積作物調(diào)查實(shí)驗(yàn)（LACIE）”，主要研究?jī)?nèi)容為：利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)估算作物的種植面積和生長(zhǎng)狀況，其中大面積小麥產(chǎn)量預(yù)報(bào)精度達(dá)90%。隨后，美國(guó)進(jìn)行了“利用空間遙感技術(shù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)和資源調(diào)查（ARISARS）”，研究主要包括農(nóng)業(yè)用地覆蓋調(diào)查、資源更新調(diào)查、早期預(yù)警與作物條件評(píng)價(jià)、土壤水份、水土保持和污染六個(gè)方面。LACIE和ARISARS成為遙感研究與應(yīng)用的先例，被遙感界譽(yù)為遙感估產(chǎn)的典型和里程碑。

20世紀(jì)末，德國(guó)也在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中引入了遙感技術(shù)，在大型農(nóng)業(yè)設(shè)備上安裝了遙感接收機(jī)，這樣就可以利用電腦分析從遙感衛(wèi)星傳回的信號(hào)，然后再結(jié)合土地和作物的情況，對(duì)播種、施肥和用藥的操作進(jìn)行精確控制。經(jīng)統(tǒng)計(jì)引入遙感技術(shù)的大型農(nóng)機(jī)可以節(jié)省大約10%的肥料和20%的農(nóng)藥。人們還根據(jù)衛(wèi)星傳回的數(shù)據(jù)，建立了病蟲(chóng)害預(yù)報(bào)模型，可對(duì)病蟲(chóng)害進(jìn)行檢測(cè)，并在短期內(nèi)做出準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)[16]。

日本開(kāi)展了應(yīng)用航空遙感和野外光譜測(cè)定的作物估產(chǎn)研究；前蘇聯(lián)開(kāi)展了作物生長(zhǎng)狀況和生產(chǎn)能力監(jiān)測(cè)。另外，法國(guó)、澳大利亞、加拿大、意大利、泰國(guó)、阿根廷、巴西等也都開(kāi)展了農(nóng)業(yè)遙感研究[19]。

3 小結(jié)

經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，農(nóng)業(yè)遙感已從最初的土地資源監(jiān)測(cè)與評(píng)估研究、農(nóng)作物監(jiān)測(cè)與估產(chǎn)研究，發(fā)展?jié)B透到現(xiàn)在的草地產(chǎn)量估測(cè)、森林動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)模型研究與應(yīng)用、3S集成對(duì)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)的實(shí)時(shí)診斷研究[20]、應(yīng)用高光譜遙感數(shù)據(jù)對(duì)重要的生物和農(nóng)學(xué)參數(shù)的反演研究等方面[18]。遙感技術(shù)和計(jì)算機(jī)結(jié)合應(yīng)用，已經(jīng)使農(nóng)業(yè)研究從經(jīng)驗(yàn)水平提高到理論水平，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入到定量化、精準(zhǔn)化和機(jī)理化的新階段。

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