高光谱在农业遥感中的应用
遥感技术在农业领域的应用
遥感技术在农业领域的应用一、引言遥感技术是一种能够获取地球表面信息的技术，它通过卫星、飞机等高科技手段获取大量的数据，能够帮助不同领域的研究者更好地了解地球的自然环境与人文环境，其中农业领域也是遥感技术应用的方向之一。
二、遥感技术与农业领域的应用1. 土地利用情况监测遥感技术可以帮助监测土地利用情况，包括农田、林地、草原、水域等。
其中常见的遥感技术包括高光谱遥感和多光谱遥感，它们可以获取不同波段的信息，包括植被、土壤和水分等。
通过获取这些信息，农业专家可以更好地了解区域内土地的利用情况，制定相应的措施。
2. 农作物生长监测遥感技术还可以用于监测不同种植区域内农作物的生长情况。
通过获取气象数据和植被指数数据，可以比较不同作物在同一季节内的生长趋势，了解不同地区生长条件的差异，并进一步确定相应的管理措施。
同时，还可以在生长缺失或者异常的情况下及时采取措施防止影响产量。
3. 灌溉监测遥感技术可以对植被指数进行监测，进而分析植被覆盖区域的土壤干湿情况。
该技术可用于监测农作物的水分情况，确定适当的灌溉时间和量，并优化灌溉方案，节约用水成本，提高水利利用率。
同时，该技术还可以在干旱地区及时发现作物生长受水分限制的情况，便于及时采取措施。
4. 农药施用农业专家也可以利用遥感技术来确定不同地区作物的生长情况，并据此制定相应的农药施用方案。
遥感监测可以帮助农业专家了解不同地区的昆虫和病原体种类及其种群密度变化，从而明确施药时间和剂量。
三、遥感技术在农业领域的优势和应用前景1. 优势（1）遥感技术可以监测大范围内的农作物生长状况，不受限于特定区域的监测情况。
这是其他监测方式无法实现的。
（2）遥感技术可以同时获取不同方向和空间的信息，比较全面地描述不同作物的生长情况。
（3）遥感技术可以克服人工监测的时间和场地限制，减少了人力需求和成本。
2. 应用前景随着高科技的迅速发展，人们越来越注重农业的可持续性发展，遥感技术带来的优势和应用前景正在被越来越多的农业专业人士所认可。
高光谱遥感技术在农业测绘中的应用
高光谱遥感技术在农业测绘中的应用随着科学技术的不断进步，高光谱遥感技术在农业测绘中的应用也越来越广泛。
高光谱遥感技术是指利用可见光、近红外到短波红外等多个波段的光谱信息，通过遥感技术获取地物的光谱特征，并对其进行分析和解译。
由于农业生产中许多问题与光谱特征有关，因此高光谱遥感技术可以帮助农业测绘人员更好地了解农田情况、提高农作物产量，以及监测农业环境的变化。
以下将从土壤检测、水分监测和作物健康评估三个方面探讨高光谱遥感技术在农业测绘中的应用。
首先，高光谱遥感技术在土壤检测中发挥着重要的作用。
土壤是农业生产的基础，了解土壤的性质对于选择合适的耕作措施和施肥措施十分重要。
传统的土壤检测方法通常需要采集土壤样本并送至实验室进行分析，耗时且成本较高。
而高光谱遥感技术通过对地表反射光谱的观测，可以实时获取土壤光谱信息，从而快速测定土壤的化学成分和质地等参数。
借助高光谱遥感技术，农业测绘人员可以更准确地评估土壤的养分状况和酸碱度，为土壤肥力调控提供科学依据。
其次，高光谱遥感技术在水分监测中也有广泛应用。
水分是农田灌溉的关键因素，合理的灌溉控制可以提高作物产量，降低用水量。
传统的水分监测方法通常通过地面观测或人工测量，但这些方法耗时且局限性较大。
高光谱遥感技术通过测量农田表面的反射光谱，可以在大范围、高时空分辨率下获取土壤湿度信息。
借助高光谱遥感技术，农业测绘人员可以对农田的水分状况进行实时监测，及时调整灌溉措施，实现精准灌溉，提高水资源利用效率。
最后，高光谱遥感技术在作物健康评估中也发挥着重要作用。
作物的生长过程受到多种因素的影响，如气候条件、土壤水分、养分供应等。
通过高光谱遥感技术，可以获取作物在不同光谱波段下的光谱特征，从而评估作物的养分状况、病虫害情况以及抗旱能力等。
借助高光谱遥感技术，农业测绘人员可以及时监测作物的生长状态，提供精准的管理建议，有助于提高作物产量和质量。
综上所述，高光谱遥感技术在农业测绘中有着广泛的应用前景。
高光谱遥感的应用(课堂PPT)
不同传感器红外波段与红波段的光谱响应
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实例1：MODIS数据
原始modis影像
(b) 植被指数NDVI影像图
(a) 植被指数VIUPD影像图
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实例2：日本高光谱GLI数据
全球反射率影像图(B1+B5+B8) (GLI数据2003年4月7日)
全球植被指数影NDVI像图 (GLI数据2003年4月7日)
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地表岩性
岩石分为三大类：沉积岩、火成岩和变质岩， 各类岩石由于形成的环境不同，具有不同的光 谱特性。
沉积岩：以Fe离子的变化作为判别依据，三阶 铁离子（0.5和0.9微米）与二阶铁离子（1.0微 米）的光谱特性并不一样。
火成岩：SiO2的含量。 变质岩：比如白云石和方解石中的Mg和Ca离
新
疆
柯
坪
地
区
岩
石灰岩
性
填
图
白云岩
18
19
20
矿山污染
甘甫平等利用航天 Hyperion高光谱数 据研究矿山污染物 的识别，通过对矿 山野外光谱特征综 合分析，结合污染 物的特征，展开对 废矿的污染物提取 的研究。 （2004）
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油气渗漏探测
当石油在地表的侵入点明显而且范围较大的时候，高 光谱遥感的发展为油气管线渗漏监测提供了有效的解 决方案。
油气渗漏和土壤混杂点很难被多光谱遥感监测到，原 因在于它们被其他材料所冲淡。而高光谱遥感器提供 了充足的光谱分辨率，可以在可见光，近红外，短波 红外提供大量的光谱数据。
国外政府的投入很大，大的石油公司都有一套完备的 高光谱遥感油气管道监测系统。
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三、农业方面的应用
高光谱遥感在农业科研和应用技术上主要表现在以下几 个方面：
遥感在农业中的应用
遥感对地观测技术在农业中的应用与发展摘要：简要回顾了国际高分辨率对地观测领域近十年来的发展，介绍了我国高分辨率对地观测领域发展的现状与规划，系统论述了从观测数据到空间信息和地学知识自动转化的机理与过程。
随着高分辨率对地观测技术的发展，遥感技术在农业生产中的应用发展非常迅速。
将遥感技术应用在农业上，可在一定程度上降低我国农业产品的损失。
最后，根据我国农业生产中应用的现有遥感技术基础上指出还存在的不足。
关键词：高分辨率对地观测；农业遥感；遥感技术1．引言目前，航空航天遥感正向高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率、多极化、多角度的方向迅猛发展。
国际商业遥感卫星GeoEye的空间分辨率已达到0.41m，美国光学侦察卫星KH-12空间分辨率达0.1 m；美国NASA发射的EO-1对地观测卫星搭载的HYPERION 超光谱成像仪共有220个谱段，光谱分辨率为10nm，Proba小卫星携带的CHRIS超光谱成像仪光谱分辨率最高达1.2 nm；微波遥感实现了全天时、全天候的对地观测，星载SAR的分辨率也达到1 m的水平，差分雷达干涉测量测定相对位移量的精度可达厘米至毫米级；先进的卫星系统都具备大角度侧摆观测的能力，使得重访周期大幅缩短。
我国已成功发射了近百颗卫星，初步形成了资源环境、气象、海洋三个系列的遥感卫星体系。
正在运行的资源卫星，如中巴地球资源卫星系列、“北京一号”卫星、环境与灾害监测预报小卫星星座等。
2012年1月9日，我国又成功发射了首颗民用立体测绘卫星“资源三号”。
在气象卫星方面，发射了太阳同步轨道FY卫星系列，最新发射的FY-3卫星的气象监测能力已达到世界先进水平，我国计划发射的下一代极轨气象卫星，将具备全球、全天候大气探测的能力。
海洋卫星方面，已发射了海洋探测卫星系列HY-1A，HY-1B等。
正在实施的国家重大专项“高分辨率对地观测系统”提出，要建立天基、临近空间、空基对地观测系统，具备准实时、全天候获取各种空间数据的能力，形成集高空间、高光谱、高时间分辨率和宽地面覆盖于一体的对地观测系统卫星遥感技术经过几十年的发展，已经从可见光发展到红外、微波；从单波段发展到多波段、多角度、多极化；从多光谱扩展到超光谱。
基于高光谱遥感技术的农作物营养评估方法
基于高光谱遥感技术的农作物营养评估方法随着农业现代化的发展，科学合理地评估农作物的营养状况对于提高农作物产量和质量至关重要。
传统的农田监测方法需要大量的人力资源和物力投入，且容易受到地域限制。
而基于高光谱遥感技术的农作物营养评估方法，可以在全球范围内实现农作物营养评估，是目前研究热点之一。
高光谱遥感技术是指获取地面特定波长范围内连续光谱数据的一种技术。
传统的遥感技术只能提供特定波长的信息，而高光谱遥感技术则可以获取更多元的光谱信息。
这使得高光谱遥感技术在农作物营养评估中起到了重要的作用。
基于高光谱遥感技术的农作物营养评估方法主要通过获取不同波段的光谱数据，分析不同波段的光谱反射率与农作物的营养状况之间的关系，从而实现对农作物营养状况的评估。
一般来说，不同波段的光谱反射率与农作物的不同营养元素存在一定的相关性，通过建立相关性模型，可以通过高光谱遥感技术获取的光谱数据，来评估农作物的营养状况。
首先，我们可以通过高光谱遥感技术获取到的红光和近红外光的光谱数据来评估农作物的叶绿素含量。
研究表明，叶绿素含量与红光和近红外光的光谱反射率之间存在一定的线性关系。
通过建立叶绿素含量与光谱反射率的线性回归模型，就可以通过高光谱遥感技术获取到的光谱数据来预测农田中作物的叶绿素含量。
其次，通过高光谱遥感技术获取到的红光和近红外光的光谱数据，还可以评估农作物的氮素含量。
氮素是农作物生长过程中必不可少的营养元素。
研究表明，农作物的氮素含量与红光和近红外光的光谱反射率之间存在一定的负相关关系。
通过建立氮素含量与光谱反射率的相关模型，可以通过高光谱遥感技术获取到的光谱数据来预测农田中作物的氮素含量。
除了叶绿素和氮素含量外，高光谱遥感技术还可以用于评估其他农作物的营养状况，如磷、钾等元素的含量。
通过分析不同波段的光谱数据与作物不同营养元素之间的相关性，可以建立相应的评估模型，实现对农作物营养状况的定量评估。
然而，基于高光谱遥感技术的农作物营养评估方法还存在一些挑战和限制。
高光谱技术在农业遥感中的应用研究进展
高光谱技术在农业遥感中的应用研究进展茅恒昌（北京师范大学资源与环境学院，北京 100875）摘 要：随着生活质量要求的逐渐提升，高光谱技术在现代农业的发展中起到重要的作用。
文章通过对高光谱技术在农业遥感中的应用现状进行分析，以此深入研究高光谱技术在农业遥感中应用。
通过农业作物产量品质、生长情况以及生长性状进行全面的发展。
通过对现阶段研究情况的总结和分析，推动高光谱技术在农业遥感中的应用，从根本上提升国家农业种植的综合能力。
关键词：高光谱技术；农业遥感；生长性状中图分类号：S127 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2017）22-0088-01——————————————作者简介： 茅恒昌（1983-），男，安徽阜阳人，硕士在读，研究方向：农业遥感。
1 高光谱技术在农业遥感中的发展方向现阶段，精细农业成为国家农业现代化发展的主要目标和方向，而高光谱遥感技术在农业监测方面展现出来的快速高效、精准无损的特点，让其成为农业遥感监测中的重要应用手段。
精细农业是一种结合信息、生物以及工程等多种高新技术为一体的现代化农业管理手段，通过科学系统的管理方法提高农业资源的利用效率，在保证环境无污染的情况下，提升农产品的产量和质量。
考虑到精细农业对数据和信息的需求，传统的分析方法无法满足现代化农业发展，因此将遥感技术、地理信息系统、全球定位系统都应用到农业监测中。
农业遥感属于这三种技术其中之一，根据监测的不同类型分为农作物的土壤成分遥感信息模型、作物灾害估计遥感分析模型等。
而高光谱技术作为遥感技术中的重要手段，在国家现代化精细农业的发展中得到了广泛的应用。
利用高光谱技术获取相比传统分析技术中更加完整准确的农业作物参数，为农业作物的管理和种植提供保障。
2 高光谱技术在农业遥感中的具体应用2.1 农业作物生长长势监测1）叶面积指数。
高光谱遥感技术因为不会对作物造成破坏的特点，因而被应用到监测作物的叶面积上，弥补传统获取农业作物叶面积指数的耗时过长等缺点，以最小的破坏，获取最精准的叶面积指数。
高光谱成像在农业中的应用
高光谱成像在农业中的应用高光谱成像技术是一种多波段可见光与近红外光谱的图像技术，可有效地获取地物的光谱、小尺度属性和分布特征。
该技术主要应用于遥感影像分析、环境保护、城市规划等领域，而在农业领域也有着广泛的应用前景。
本文将从植物生长、病虫害诊断、农业环境监测三个层面，详细介绍高光谱成像技术在农业中的应用。
一、植物生长监测高光谱成像技术可以对植物各阶段的光谱反射率进行测量，进而获取不同波长下的特征光谱曲线，从而对植物生长阶段、营养状态等进行评估。
与传统的全光谱测量相比，高光谱成像技术可以快速获取大量的光谱数据，有效节约时间成本。
通过高光谱成像技术，可以对农作物进行非接触式的光谱检测，进而了解植物叶片上所包含的光谱信息，包括农作物的植被指数、叶面积指数、叶绿素含量等生长参数。
例如，在某一农作物旺盛生长的阶段，其叶绿素的含量相应增加，因此光谱成像技术可以获得更加明显的反射波峰值，有效地善别植物生长的不同阶段，更快速、准确地进行农业作物品质及特性的检测与评估。
二、病虫害诊断农作物生长过程中面临着来自病原体、昆虫害、气候变化和土地污染等各种外在压力，这些因素将直接影响农业的产出和农民的经济利益。
通过高光谱成像技术，可以检测农作物在发病之后，反射光谱的改变，并对植物叶面进行非接触式的快速诊断和应对。
例如，某些病原体会影响其周围植物的叶片光谱、叶片植绿素含量等，从而导致植物反射率发生变化。
利用高光谱成像技术，可以定位病害发生区域，并及时进行防治，有效地防止农作物产生更多的损失。
三、农业环境监测高光谱成像技术可以用于农业环境污染的监测和评估。
通过检测农业区域不同波长的反射光谱，可以准确、快速地评估农业灌溉水、土壤、农药等污染源的种类和程度。
同时，高光谱成像技术也能追踪土地、水体和大气环境的变化。
例如，在农田的应用中，高光谱成像技术可以监测土壤的pH 值、铁、铜、锰等重金属的含量，进一步评估农田的土壤污染情况。
在农业灌溉水监测中，可以检测水体的COD、悬浮颗粒物、磷含量等，进而监测水体污染情况。
高光谱遥感技术在作物生长监测中的应用研究进展
麦类作物学报2009,29(1):174-178Jo ur na l of T rit iceae Cr ops高光谱遥感技术在作物生长监测中的应用研究进展李映雪,谢晓金,徐德福(南京信息工程大学应用气象学院,江苏南京210044)摘要:精准农业是现代化农业生产中实现低耗、高效、优质与安全的重要途径,高光谱遥感技术可以快速准确地获取农田作物生长状态的实时信息,为实施精准农业提供重要的技术支撑。
本文综述了以高光谱遥感技术监测作物长势(包括叶面积指数和生物量)、作物生物化学参数(包括植物的氮素营养、叶绿素含量、叶片碳氮比等)和籽粒品质(包括籽粒蛋白质含量、面筋含量、淀粉积累量等)的国内外研究进展,并提出了一些今后研究的设想,以期为未来精确农业快速发展提供参考。
关键词:作物;高光谱遥感;生长监测中图分类号:S24;S311文献标识码:A文章编号:1009-1041(2009)01-0174-05Application of Hyperspectral Remote Sensing Technologyin Monitoring Crop GrowthLI Ying-xue,XIE Xiao-jin,XU De-fu(College of Applied M eteorology,Nanjin g U nivers ity of Information T echnology,Nan jing,Jiangsu210044,China)Abstract:Precision farming is an im por tant appr oach to realizing low consumption,high yield,goo d qual-i ty and safety in m odern agricultural production.H yperspectral remo te sensing can rapidly and precisely de-termine the g row th status of cro p in the field,w hich offers im por tant technical suppo rt for im plementation of precision farming.On the basis of hyper spectral remo te sensing,m onitoring character of crop g row th, bio-chemical parameter s and grain quality of crop w ere summarized and som e ideas for further resear ch w ere discussed in this paper,w hich could supply an im por tant reference and guideline for quickly develop-m ent o f precision farm ing in the futur e.Key words:Crop;H yperspetral remo te sensing;Grow th;Monitoring精准农业是在现代信息技术、生物技术与工程技术等一系列高新技术最新成就的基础上发展起来的一种重要的现代农业生产形式,它是实现农业低耗、高效、优质与安全的重要途径,目前,已成为世界农业技术的研究重点,其中遥感技术是实施精准农业的重要工具之一。
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图 遥感信息的获取、传输、判断分析和运用的全过程
研究方向
（1）作物叶片光谱特征研究； （2）作物分类与识别； （3）作物生态物理参数反演与提取； （4）作物养分诊断与监测研究； （5）作物长势监测与产量预测； （6）农业遥感信息模型研究； （7）农业灾害监测。
作物叶片光谱特征研究
作物的叶片光谱特征与作物生长状况有直接的关系，包括
光谱反射率变化对作物化学组分敏感性变化、土壤水分胁 迫下与正常条件下作物光谱特征变化对作物生长状况的影 响、作物光谱中红边位置与作物叶绿素含量之间关系等。 利用成像光谱仪从 400 nm到1900 nm波段范围内分析水分 胁迫条件下水稻光谱特征和反射能力，发现近红外/中红外 波段反射率及其一阶微分导数变化可以探测早期水稻冠层 水分胁迫作用的影响，作物叶片光谱特征研究对于应用高 光谱遥感技术监测作物病虫害，以及了解农田养分供应状 况，采取有效增肥措施和加强农田管理具有积极意义。
作物养分诊断与监测研究
作物养分高光谱诊断与监测方法主要包括： ①多元统计回归方法诊断作物养分含量 ②基于特定吸收波段内波谱特征参数的作物养分诊断
作物长势监测与产量预测
作物长势监测：作物长势是作物生长发育状况评价的综合
参数，长势监测是对作物苗情、生长状况与变化的宏观监 测。
作物产量预测 ：作物高光谱遥感产量预测是通过搭载在卫
星上的高光普遥感器，来获取作物各生长时期光谱特征数 据，对其反映的产量进行预测。
农业遥感信息模型研究
农业遥感信息模型是应用遥感信息和地理信息影
像化的方法，集成农学模型、数理模型和地学模 型建立起来的一种模型。常见的农业遥感信息模 型包括土壤含水量遥感信息模型、作物旱灾估算 遥感信息模型等
农业灾害监测
高光谱技术在农业遥感中的应用
杨赛
高光谱技术在农业遥感应用背景
农业遥感应用中，特别是作物长势评估、灾害监测和农业
管理等方面，利用高光谱遥感数据能准确地反映田间作物 本身的光谱特征以及作物之间光谱差异，可以更加精准地 获取一些农学信息，如作物含水量、叶绿素含量、叶面积 指数（LAI）等生态物理参数，从而方便地预测作物长势和 产量。
总结与展望
随着精准农业研究的深入，遥感光谱分辨率和空间分辨率 的不断提高，今后高光谱遥感在农业方面的应用从理论走 向业务化运作成为一个主要发展方向。虽然高光谱遥感在 农业应用中已经取得了一些研究进展，但是走向成熟仍然 任重而道远。
Thank you
1）农业干旱监测：常用的遥感农业干旱监测方法分为植被
指数-地表温度法、热惯量法等。
2）农业病虫害监测 ：基于波谱波长位置变量分析方法是
农业病虫害监测的主要方法
高光谱农业遥感应用尚需解决的关键问题 1）高光谱遥感农学信息提取模型的适用性 高光谱遥感农学信息提取模型虽多，但很难找到一种通用 的方法 2）田间组分混合光谱分解模型和端元提取方法 研究多种田间组分（作物、土壤等）混合光谱分解模型， 特别是作物不同生长阶段，作物、土壤等组成的混合光谱 具有复杂的机制，需要加强研究
遥感
遥感即遥远的感知，指在一定距离上，应用探测 仪器不直接接触目标物体，从远处把目标的电磁 波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征 性质及其变化的综合性探测技术。摄影照相便是 一种最常见的遥感 ,照相机并不接触被摄目标 ,而是 相隔一定的距离 , 通过镜头把被摄目标的影像记录 在底片上,经过化学处理 ,相片便重现被摄目标的图 像。从拍摄目标到再现目标所用的手段 , 便是一种 遥感技术。
作物分类与识别
光谱角分类： 光谱角分类通过计算测定光谱和参考光谱之间“夹 角”来表征两者之间相似程度，从而实现光谱匹配分类。 决策树分层分类： 决策树是一种把一个数据集循环地划分到越来越小 的子集中去的方法。树由节点组成，一组中间节点和一组 末端节点（叶子）组解决途径
1）农业光谱数据库的完善与扩充
完善和扩充农业光谱数据库，是提高农学信息提取模型精度 和适用性的基础，也是开展精准农业研究的前提。 2）高光谱遥感与GIS、GPS集成应用 高光谱遥感与GIS、GPS的一体化应用可以有效解决只靠高 光谱技术面临着一些问题 3）加强高光谱数据农学信息挖掘研究 充分利用光谱空间中光谱变化知识进行农学信息的深入挖掘 将是有效解决混合光谱分解的有效手段之一
作物生态物理参数主要包括作物水分、叶绿素含量等表征
农学信息的参量。目前，高光谱遥感数据反演与提取作物 生态物理参数主要有3类方法：
①利用多元回归方法建立高光谱数据（原始反射率、 光谱微分等）与作物农学信息参数之间的关系； ②构建基于光谱特征的光谱指数与作物含水量等农学 信息之间的经验方程；
③建立物理模型来反演与提取作物参数。本文着重选 取作物水分和叶绿素含量（代表性的生态物理参数）两类 参数加以论述；