遥感技术在农业上的应用

遥感技术在现代农业上的应用

农学14-2

姬天明

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所谓遥感技术，就是在一定距离以外不直接接触物体而通过该物体所发射和反射的电磁波来感知和探测其性质、状态和数量的技术。遥感(Remote Sensing)的概念最早由美国海军研究局的地理学家艾弗林·普鲁伊特于1960年提出。1961年，密歇根大学的威罗·兰实验室召开了“环境遥感国际讨论会”。经过40余年的研究，遥感作为一门新兴的独立学科，在世界范围内获得了飞速的发展。随着遥感技术的不断进步，图像分辨率的不断提高，可用信息源增多，信息可分性增强，遥感技术在各行业上的应用也越来越深入，越来越广泛。现代农业作为遥感技术的一个应用方面也得到了长足的发展。

在人类文明进程中，农业经历了三个发展阶段，即古代农业、传统农业、现代农业。在这三个农业发展阶段中，每个阶段都不是截然分开的，而是随着科技的进步，彼此交替演进。农业现代化亦然。不同的历史发展阶段，农业现代化有着不同的目标和涵义。在七、八十年代，农业现代化就是“农业四化”，即农业机械化、化学化、水利化和电气化。八九十年代，人们对农业现代化进一步理解为现代化的农业设施、现代化的农业科技、现代化的农业管理。当前，时代已经进入崭新的21世纪，农业现代化的内容更为丰富，包括农业生产水平、农村经济水平、农业物质投入、农民收入和消费水平、农业科技与教育、农村环境等。然而，不论农业现代化的内涵如何拓展，其本质内涵乃在于不断引入“现代”科学技术，形成新的生产力，把传统农业转变成现代农业。遥感技术作为现代科学技术的高新技术，对推进国民经济的高速发展和现代化建设具有十分重要的作用。遥感技术在农业上的应用已成为农业现代化不可或缺的一部分，这主要包括以下几个方面：

在农业区划方面，遥感系统通过构建区划模型，进行不同区划方案空间过程动态模拟与评价，可使农业区划从野外调查、资料收集、信息处理、计算模拟、目标决策、规划成图到监督实施全过程实现现代化。

在土地资源与土地利用研究方面，遥感系统能方便获取资源数量和质量变化，提供研究区域土地面积、土壤特性、地形、地貌、水文、植被及社会、经济及自然环境的真实信息，直观反映土地利用现状、利用条件、开发利用特点和动态变化规律。

在作物估产与长势监测方面，遥感系统多时相影像信息．可反映出宏观植被生长发育的节律特征，可通过对各种数据信息空间分析，识别作物类型，统计量算播种面积，分析作物生长过程中自身态势和生长环境的变化，构建不同条件下作物生长模型和多种估产模式，根据各种模型预估作物产量。

在农业灾害预警及应急反应方面，遥感系统可追踪害虫群集密集、飞行状况、生活习性及迁移方向等．通过分析处理，可给出农作物病虫害发生图、分布图及可能蔓延区图，为防虫治害提供及时、准确、直观的决策依据。另外，可实现洪涝灾、旱灾、水土污染等农业重大灾害预测预报、灾情演变趋势模拟和灾情变化动态、灾情损失估算等，为防灾、抗灾、救灾预警及应急措施提供准确的决策信息。

在农业环境监测和管理方面，遥感系统能够对农业资源环境质量变化进行动态监测，及时发现情况进行预警：能够建立农业资源环境空间数据库，管理、分析和处理环境数据，高效汇总、汲取有用的决策信息；能够建立若干环境污染模型，模拟区域农业资源环境污染演变状况及发展趋势。

中国的农业遥感技术起步于20世纪80年代初．二十余年取得了大量赶超世界先进水平的理论研究与应用成果。比如．作为我国农业遥感应用的代表．由中

国科学院资源环境局主持的“黄土高原遥感专题研究”项目，在林草资源遥感调查、土壤侵蚀定量遥感调查、土地类型遥感综合研究、草场生物量的遥感估算、农业地物光谱特征及其应用基础研究以及黄土区暴雨与下垫面关系的遥感分析等许多方面取得了大量成果．为黄土高原的综合治理提供了全方位的技术支持。武汉测绘科技大学在湖北省利川市利用多光谱影像进行了草场资源调查．6个人用半年时间就完成了近百人需要历时3年才能完成的工作量，且吻合率达96％，成为遥感技术在农业资源调查上应用的成功范例。我国利用560幅陆地卫星图像．仅用两年时间完成了全国15种土地利用类型的分析和量算统计工作．提供了全国和分省的土地利用基本数据和有关图件。我国近年完成的“三北”防护林遥感综合调查。在包括西北大部、华北北部和东北西北部总面积为128万kin2的“三北”造林一期工程的调查中．完成了对现有防护林类型、分布、面积和保存率；草地数量、质量和分布；土地资源类型、分布、数量及利用现状的调查。提供了200余幅各类遥感专题系列图，建成了全区资源与环境信息系统．为掌握防护林区现状、林区的进一步发展和规划奠定了基础。

我国农业遥感应用技术日趋深入.还表现在应用软件的开发和应用方面。进入20世纪90年代中后期．一大批较为成熟的农业遥感专用软件相继出现。比如．可应用于农业资源调查与监测的软件有：由中国农业工程研究设计院农业遥感研究室开发的土地利用现状调查和数据处理系统软件：由中国农业科学院草原研究所开发的北方草地产量动态监测系统软件：由农业部资源监测总站开发的耕地变化监测系统软件：由成都农业遥感分中心开发的湿地资源调查系统：由中国农业工程研究设计院农业遥感研究室开发的黄淮海盐碱地调查系统软件以及由农业部资源监测总站开发的棉花种植面积遥感调查系统软件等。可应用于作物产量预测的软件有：由南京农业遥感分中心开发的南方水稻遥感估产系统软件：由北方农业遥感中心开发的冬小麦估产系统软件：由中国农业工程研究设计院农业遥感研究室开发的遥感光谱法水稻估产系统软件以及由北京大学遥感与地理信息系统研究所开发的农作物遥感估产信息系统软件等。可应用于农业灾害监测与评估的软件有：由中国农科院草原研究所开发的北方草场火灾、雪灾监测系统软件以及由南京大学大地海洋科学系遥感室开发的东南沿海小河流域防洪信息系统软件等。这些新的遥感处理软件使科技人员的工作效率大大提高。

遥感信息模型是遥感应用深入发展的关键。应用遥感信息模型，可计算和反演对实际应用非常有价值的农业参数。在过去几年中．尽管人们发展了许多遥感信息模型，如绿度指数模型、作物估产模型、农田蒸散估算模型、土壤水分监测模型、干旱指数模型及温度指数模型等．但远不能满足当前遥感应用的需要．因此发展新的遥感信息模型仍然是当前遥感技术研究的前沿。如收集整理前人大量研究结果．进一步分析明确决定水稻品质的主要生化组分及其与品种和环境条件之间的关系．建立植株叶绿素、氮素及水分等主要环境因子与籽粒蛋白、淀粉特性相关的农学机理和模型．着重研究水稻营养器官碳氮库、碳氮运转效率与籽粒品质指标间的关系；构建水稻品质特征光谱参量识别模型、光谱反演模型和水稻品质光谱数据库，建立基于光谱数据库的多尺度(光谱、空间、时间)、多平台(地面平台、卫星平台)水稻品质遥感信息模拟与评价模型：建立农学模型与遥感模型之间的链接模型．开发出具有预测预报功能的水稻品质光谱和卫星监测信息系统。并以优质高效为目标，建立基于遥感信息的调优栽培体系及预测预报系统。

目前，发达国家把农业遥感技术作为国家决策支持系统的重要手段，对主要农产品产量、全球资源环境变化、主要自然灾害的发生和发展状况进行长期动态