森林病蟲害監(jiān)測中的遙感技術(shù)研究

蔣金鳳

摘要：病蟲害對林木的危害巨大，人工現(xiàn)場監(jiān)測病蟲害耗費多但效果差，要對病蟲害進行全面及時的監(jiān)控必須使用更加科學的技術(shù)，而遙感監(jiān)測技術(shù)可以很好的解決人工現(xiàn)場監(jiān)測不夠全面、及時等方面的缺陷，為林業(yè)工作者提供更詳細的數(shù)據(jù)。本文從使用遙感監(jiān)測病蟲害的必要性出發(fā)，分析了遙感監(jiān)測病蟲害技術(shù)的原理，并敘述了其發(fā)展的現(xiàn)狀和應(yīng)用，最后對本文進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：病蟲害；遙感；監(jiān)測；技術(shù)

一、遙感監(jiān)測病蟲害的必要性

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，林木是森林的主體，在林木漫長的生長周期中，會遭受到火災(zāi)，風沙、泥石流等自然災(zāi)害的毀壞。森林火災(zāi)、森林病蟲害、森林亂砍亂伐這三種危害對林業(yè)的影響尤為嚴重。其中森林病蟲害更是被稱為“不冒煙的森林火災(zāi)”，森林病蟲害是指由林業(yè)有害生物（含病原菌、昆蟲、獸類、雜草等）引起的林木死亡或影響其正常生長 ，造成林木大量毀壞，林木就無法維護生態(tài)系統(tǒng)平衡，從而使生態(tài)環(huán)境惡化。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，最近幾年我國森林病蟲害面積每年多達一千多萬畝，毀壞樹木二千多萬立方米，造成經(jīng)濟損失一百多億元。要進行有效防治病蟲害的關(guān)鍵，就是對其進行科學的實時監(jiān)測預(yù)報，及時發(fā)現(xiàn)盡早治理。傳統(tǒng)的監(jiān)測方法通常是人工到現(xiàn)場進行勘探，但森林病蟲害常發(fā)生在荒無人煙、交通不便的地方，所以在耗費大量的人力、物力、財力之后，還不一定能達到理想的效果。而利用遙感監(jiān)測技術(shù)就可以很好地解決這些問題，通過遙感監(jiān)測可以及時獲得病蟲害發(fā)生的程度、空間等情況，不受地域條件的限制，更好的為林業(yè)工作人員在病蟲害未造成更加嚴重的后果之前，進行及時有針對性的決策。因此，使用更加科學的遙感技術(shù)進行監(jiān)測是大勢所趨。

二、遙感監(jiān)測病蟲害的原理與技術(shù)

（一）遙感監(jiān)測病蟲害原理

遙感技術(shù)是利用電磁波的理論，根據(jù)各種傳感儀器對遠距離目標所輻射和反射的電磁波信息，進行收集、處理，并最終成像，從而對各種地物進行探測和識別的一種綜合技術(shù)，通過遙感技術(shù)，可查詢到高分一號、高分二號、資源三號等國產(chǎn)高分辨率遙感影像。遙感技術(shù)從人造衛(wèi)星、飛機或其他飛行器上收集地物目標的電磁輻射信息，判認地球環(huán)境和資源。它是60年代在航空攝影和判讀的基礎(chǔ)上隨航天技術(shù)和電子計算機技術(shù)的發(fā)展而逐漸形成的綜合性感測技術(shù)，任何物體都有不同的電磁波反射或輻射特征，技術(shù)人員可以通過遙感探測到的特征信息了解物體的變化。

林木等植物的發(fā)射光譜具有明顯特征，并且光譜特性會因為種類、結(jié)構(gòu)、生長階段、葉綠素含量、細胞含水量、健康狀況等情況而發(fā)生變化。當林木遭受害蟲破壞之后，葉綠素的含量會變少，致使可見光波段吸收也發(fā)生減弱，反射增強，葉細胞受到破壞而發(fā)生畸變，細胞間隙增多、散射增強，最終會使林木、林冠、林隙、生物量甚至整個森林生態(tài)系統(tǒng)與景觀格局變壞。所以，通過林木光譜遙感的特點，可利用遙感技術(shù)結(jié)合實際調(diào)研，對林業(yè)病蟲害發(fā)生情況進行科學的監(jiān)測并有針對性的防治。

（二）遙感監(jiān)測病蟲害技術(shù)

1.光譜反射率分析技術(shù)

光譜反射率分析技術(shù)是從傳感器直接獲取數(shù)據(jù)，分析物體轉(zhuǎn)化后的光譜發(fā)射率特征，收集植被信息。此技術(shù)研究多為通過反射光譜數(shù)據(jù)估計測試作物光和有效輻射、葉面積指數(shù)LAI和葉綠素含量等生物物理參量，也應(yīng)用于估測病蟲害發(fā)生情況。

2.回歸模型分析技術(shù)

在林木病蟲害監(jiān)測研究較常運用一元或多元回歸模型來進行反演，即在基于模型知識的基礎(chǔ)上，依據(jù)可測參數(shù)值去反推目標的狀態(tài)參數(shù)。最近幾年，國內(nèi)學者也就在運用回歸模型分析技術(shù)監(jiān)測病蟲害情況方面做了很多探討。雖然使用回歸模型分析技術(shù)反演病蟲害的時效性差，但是能對林木病蟲害發(fā)生情況進行定量監(jiān)測，可與更多因素相結(jié)合考慮，提高精確度。

3.植物指數(shù)分析技術(shù)

植物指數(shù)分析技術(shù)是根據(jù)植物的光譜特性，將可見光和紅外波段進行組合，形成各種植被指數(shù)，常見的光譜植被指數(shù)有比值植被指數(shù)，歸一化植被指數(shù)和一些變換的植被指數(shù)。但從前這類構(gòu)建病蟲害植被指數(shù)的方法標準不統(tǒng)一，需要在以后建立統(tǒng)一的準則和方法，以應(yīng)用到更多方面。

4.光譜微分技術(shù)

在太陽光的大氣窗口內(nèi)，測得的光譜是地物吸收光譜及大氣吸收和散射光譜的混合光譜，一般是使用反射率的數(shù)據(jù)圖像來表達。因此，為消除大氣等因素的影響，產(chǎn)生了微分光譜技術(shù)。微分光譜技術(shù)可分為一階導數(shù)光譜和高階導數(shù)光譜。該方法能消除一些其他因素對探測的影響，提高監(jiān)測精確程度。

三、遙感技術(shù)在森林病蟲害中的現(xiàn)狀與應(yīng)用

在1978年，騰沖綜合遙感實驗就已經(jīng)開啟了我國遙感技術(shù)監(jiān)測森林病蟲害的序幕。科研人員針對相關(guān)病蟲災(zāi)害進行研究，充分證實遙感技術(shù)在病蟲害監(jiān)測中的可行性。之后，我國科研人員在國家科研項目的支持中，全方位進行了森林病蟲災(zāi)害遙感監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的研究，構(gòu)建了在單時相和多時相衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)下的災(zāi)害信息提供技術(shù)路線，引進吸收了航空錄像和航空電子勾繪等遙感監(jiān)測技術(shù)方法，初步探索了天、空、地相結(jié)合的森林病蟲害監(jiān)測體系。之后，又根據(jù)林業(yè)業(yè)務(wù)主管部門的預(yù)報、監(jiān)測、災(zāi)害損失評估和決策支持需求，建立了森林病蟲害的遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)技術(shù)集成應(yīng)用模式。近些年來，又重點根據(jù)遙感技術(shù)的森林病蟲害監(jiān)測專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)進行了研發(fā)，并開展了生產(chǎn)性示范，以完備相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的可操作程度和實用程度，也展現(xiàn)了其指導森林病蟲害調(diào)查情況的應(yīng)用潛質(zhì)。

（一）害蟲活動遙感分析

監(jiān)測病蟲害需要對病蟲害的行為活動機制進行了解和掌握，才能制定出更加切實有效的控制對策。當前主要是使用雷達進行遙感監(jiān)測。雷達是利用電磁波探測目標的電子設(shè)備。雷達發(fā)射電磁波對目標進行照射并接收其回波，經(jīng)過設(shè)備處理轉(zhuǎn)換成圖像，由此獲得目標至電磁波發(fā)射點的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息。雷達有三個特點：其一，雷達具有全天候探測能力。雷達不需要太陽照明，在白天和夜晚獲得同等質(zhì)量的影像。其二，微波穿透能力強。雷達多用的微波的波長比較長，不受大氣干擾，一般厚云層都可以穿透。其三，一些物體的光譜在微波波段有較大差異。水可以很好的對雷達信號進行反射，而害蟲體內(nèi)的含水率高，且害蟲一般感應(yīng)不到雷達波，這讓雷達監(jiān)測能夠不對害蟲產(chǎn)生干擾。因此，雷達一般被運用于監(jiān)測害蟲種群活動如遷移等。

（二）害蟲危害狀況遙感分析

想要識別病蟲害對林木的危害程度和癥狀，就要使用航空遙感技術(shù)。

航空遙感，是利用各種飛機、飛艇、氣球等作為傳感器運載工具在空中進行的遙感技術(shù)，是由航空攝影偵察發(fā)展而來的一種多功能綜合性探測技術(shù)。其成像具有分辨率高、信息量大的特征。航空遙感主要依據(jù)林木受到病蟲害破壞時在各波段上波譜值的變化進行監(jiān)測。害蟲對林木的危害可能會在林木的各個部位，不論在樹木的哪個部位都會給林木的生長和健康狀況帶來不利影響，外表出現(xiàn)變化。而這些變化就會導致其光譜出現(xiàn)變化，這些變化可以被遙感監(jiān)測到，并提取成有用的信息，幫助工作人員分析出病蟲害目前的狀況。

（三）害蟲生存環(huán)境監(jiān)測分析

監(jiān)測害蟲生存成長的環(huán)境時就需要利用航天遙感技術(shù)。各種不同的地物在不同的種類和環(huán)境下，都具有不同的電磁波輻射或反射特性。航天遙感技術(shù)利用裝載在航天器上的遙感器收集地物目標輻射或反射的電磁波，以獲取并判認大氣、陸地或海洋環(huán)境信息的技術(shù)。其具有可對事物進行綜合、宏觀、動態(tài)和快速觀察的優(yōu)勢，為病蟲害監(jiān)測提供有利條件。

四、結(jié)語

綜上所述，使用遙感技術(shù)對森林病蟲害進行監(jiān)測是非常有必要且具有可行性的。遙感技術(shù)在森林病蟲害監(jiān)測方面的應(yīng)用還是相當有發(fā)展前景的，隨著科技的發(fā)展，遙感技術(shù)也會逐漸升級，目前我們森林病蟲害的預(yù)測預(yù)報工作，被列為森林病蟲害防治中的重要環(huán)節(jié)之一，而使用遙感技術(shù)能為森林病蟲害防治工作者提供更全面精確的數(shù)據(jù)，精準確定病蟲害發(fā)生源，根據(jù)不同地域制定不同的森林病蟲害防治方案，可以在具體的實踐中，總結(jié)經(jīng)驗不斷增強其實用性。

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