遥感技术在农业生产中的应用研究

马冬来，张文静，王 晶

（1.河北软件职业技术学院，河北 保定 071000；2.河北农业大学 信息科学与技术学院，河北 保定 071000；3.中央司法警官学院 信息管理系，河北 保定 071000）

利用遥感技术可以不直接接触目标物体，通过远距离的接收目标物体反射或辐射来的电磁波，获取目标地物的数据与图像，从而实现对目标地物进行定位、定性或定量的描述[1]。

在农业生产中引入遥感技术是遥感应用最成功的领域之一。它是结合计算机技术、空间信息技术以及地理信息技术，对农业生产过程中涉及到的各个方面进行信息搜集管理、数据分析，以及最后成果的产生与可视化输出。遥感技术既是一种准确的对地观测技术，又是一种有效的信息获取手段。

1 遥感技术在国内农业中的应用现状

在我国农业生产中，遥感技术的引入始于上世纪80年代，经过20余年的发展，已取得了大量的理论研究和应用成果，目前已经成功地应用于农业生产的很多领域，如农作物产量估算，农作物种植面积检测，农作物生态环境监测，农业资源调查，农作物长势检测等[2]。

1.1 农业资源遥感调查

遥感卫星利用其携带的多波段传感器，扫描地球表面，可以获取各种地物的特有信息。不同地物在卫星图像上表现出不同的纹理、色调以及几何形状等信息，再结合相关的地理位置等特征，非常容易区分与识别[3]，这是利用遥感技术进行农业资源遥感调查的基本原理。

目前，农业资源环境的调查和变化监测，主要包括作物种植面积调查、耕地变化监测、低产土地资源和水资源的调查与评价、土地的利用现状调查、草场资源动态监测、湿地资源调查等方面。

1.2 农作物长势监测与估产

在遥感图像中，根据植被的光谱特性，可以区分出对应的植被类型与种植面积，再结合多时相和不同波谱的图像，就可以对农作物的种植面积、生长情况及变化进行动态的实时监测，进一步借助于信息系统的支持就可以实现对农作物的估产[4-7]。

我国应用农业遥感进行作物长势监测与估产的最先研究对象是小麦及水稻。从上世纪80年代末到90年代初，分别对平原地区（北京、天津、安徽北部以及山东、河南、河北）的小麦，北方（吉林）的玉米和南方（上海、江苏、湖北）的水稻的种植情况（包括：面积、长势和产量等）进行了遥感监测和预报[8]。1999年以后，在全国范围内对冬小麦的估产实现了业务化运行，并且在玉米、水稻等大宗农作物的遥感估产领域也开展了全国性的业务化运行工作[9]。

1.3 农业灾害监测与评估

每一种地表作物都具有其独特的波谱特征[10]，即便是同一种作物，在内部结构和外部形态不同的状况下，它的光谱反射率曲线也会有所不同，这是利用遥感对地物进行识别和灾害监测的理论基础[11]。

与传统的农业灾害监测手段相比，利用遥感技术对农业灾害进行监测，在时效性、空间性以及经济性等方面，都具有十分明显的优势，遥感监测已逐渐成为我国农业灾害监测的重要手段，并具有广阔的应用前景[12]。在该领域，已经实现利用遥感技术对冻害、雪灾、病虫害、风暴灾、干旱、洪涝等农业自然灾害进行监测与预防，并且技术业已成熟、准确。

1.4 农业环境监测

遥感技术在农业环境监测中的应用主要包括：大气环境监测；水环境质量监测；自然生态环境监测、预报与评估；重大开发项目、重大工程和事件的环境与生态监测等[13]。

1.4.1 大气环境监测

在大气环境检测方面，主要是利用遥感技术检测大气污染与污染源的分布，确定大气污染的范围、程度和扩散变化等。在大气环境的遥感监测中应用较多的是对气溶胶、风场和沙尘天气的监测。

1.4.2 农业用水质量监测

农业用水质量检测主要是对水质的一些重要指标进行测量、监控，主要包括叶绿素、色度、温度、磷含量、氮含量、悬浮物、有机成分等。

在水环境检测方面，我国主要进行了以下几方面的工作：（1）依据水体热污染原理对黄浦江、海河、湘江、闽江、大连湾等进行了红外遥感监测[14]；（2）对渤海湾进行遥感检测，并根据卫星传回的数据估算出了渤海湾表层的水体叶绿素含量，并定量地划分了有机污染区域[15]；（3）研究了富营养化及油污染和有机污染，并结合富营养化与水体叶绿素间的关系研究了滇池水体污染与富营养化状况。此外，我国还对于桥水库、长春南湖、珠江、苏南大运河、蓟运河等大型水体都进行了遥感监测[16]。

1.4.3 自然生态环境监测

在自然生态环境方面，遥感技术主要应用在对农村生态变化监测、城市开发建设状况和尝试保护的监测、矿资源开发的生态破坏的监测、草地覆盖状况及动态变化监测、森林覆盖状况及生态功能动态变化监测、生物多样性状况及动态变化监测、湿地资源状况及动态变化监测等方面。其中，对城市、农业生态监测的空间分辨率要求较高，需达到10～30m，自然生态监测的空间分布率要求在20～100m，监测周期可以10天或60天一次[13]。

1.5 作物遥感模型

一些实际应用很有价值的农业参数可以通过应用遥感信息模型进行计算和反演得到。上世纪80年代中期，我国科学家开始了作物模型方面的初步研究，机理性较强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、冯利平的小麦模型WHEATSM等[17]。这些模型具有动态性和通用性，能够反映作物生长和发育的基本生理生态机理和过程[18]。

2 遥感技术在国际上的应用状况

1972年，美国发射了第一颗遥感卫星Landsat-1，传回的卫星数据在国土资源调查、林业资源调查、地图修测修编、水利规划、城市规划、环境污染检测、地质勘探、旱涝灾情监测、农作物估产等众多领域都发挥了积极的作用。

20世纪70年代中期，美国开始了“大面积作物调查实验（LACIE）”，主要研究内容为：利用卫星数据估算作物的种植面积和生长状况，其中大面积小麦产量预报精度达90%。随后，美国进行了“利用空间遥感技术进行农业和资源调查（ARISARS）”，研究主要包括农业用地覆盖调查、资源更新调查、早期预警与作物条件评价、土壤水份、水土保持和污染六个方面。LACIE和ARISARS成为遥感研究与应用的先例，被遥感界誉为遥感估产的典型和里程碑。

20世纪末，德国也在农业生产中引入了遥感技术，在大型农业设备上安装了遥感接收机，这样就可以利用电脑分析从遥感卫星传回的信号，然后再结合土地和作物的情况，对播种、施肥和用药的操作进行精确控制。经统计引入遥感技术的大型农机可以节省大约10%的肥料和20%的农药。人们还根据卫星传回的数据，建立了病虫害预报模型，可对病虫害进行检测，并在短期内做出准确的预报[16]。

日本开展了应用航空遥感和野外光谱测定的作物估产研究；前苏联开展了作物生长状况和生产能力监测。另外，法国、澳大利亚、加拿大、意大利、泰国、阿根廷、巴西等也都开展了农业遥感研究[19]。

3 小结

经过20余年的发展，农业遥感已从最初的土地资源监测与评估研究、农作物监测与估产研究，发展渗透到现在的草地产量估测、森林动态监测、农业模型研究与应用、3S集成对农作物长势的实时诊断研究[20]、应用高光谱遥感数据对重要的生物和农学参数的反演研究等方面[18]。遥感技术和计算机结合应用，已经使农业研究从经验水平提高到理论水平，使农业生产进入到定量化、精准化和机理化的新阶段。

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