森林病虫害监测中的遥感技术研究

蒋金凤

摘要：病虫害对林木的危害巨大，人工现场监测病虫害耗费多但效果差，要对病虫害进行全面及时的监控必须使用更加科学的技术，而遥感监测技术可以很好的解决人工现场监测不够全面、及时等方面的缺陷，为林业工作者提供更详细的数据。本文从使用遥感监测病虫害的必要性出发，分析了遥感监测病虫害技术的原理，并叙述了其发展的现状和应用，最后对本文进行了总结。

关键词：病虫害；遥感；监测；技术

一、遥感监测病虫害的必要性

森林是陆地生态系统的主体，林木是森林的主体，在林木漫长的生长周期中，会遭受到火灾，风沙、泥石流等自然灾害的毁坏。森林火灾、森林病虫害、森林乱砍乱伐这三种危害对林业的影响尤为严重。其中森林病虫害更是被称为“不冒烟的森林火灾”，森林病虫害是指由林业有害生物（含病原菌、昆虫、兽类、杂草等）引起的林木死亡或影响其正常生长 ，造成林木大量毁坏，林木就无法维护生态系统平衡，从而使生态环境恶化。据相关数据统计，最近几年我国森林病虫害面积每年多达一千多万亩，毁坏树木二千多万立方米，造成经济损失一百多亿元。要进行有效防治病虫害的关键，就是对其进行科学的实时监测预报，及时发现尽早治理。传统的监测方法通常是人工到现场进行勘探，但森林病虫害常发生在荒无人烟、交通不便的地方，所以在耗费大量的人力、物力、财力之后，还不一定能达到理想的效果。而利用遥感监测技术就可以很好地解决这些问题，通过遥感监测可以及时获得病虫害发生的程度、空间等情况，不受地域条件的限制，更好的为林业工作人员在病虫害未造成更加严重的后果之前，进行及时有针对性的决策。因此，使用更加科学的遥感技术进行监测是大势所趋。

二、遥感监测病虫害的原理与技术

（一）遥感监测病虫害原理

遥感技术是利用电磁波的理论，根据各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理，并最终成像，从而对各种地物进行探测和识别的一种综合技术，通过遥感技术，可查询到高分一号、高分二号、资源三号等国产高分辨率遥感影像。遥感技术从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源。它是60年代在航空摄影和判读的基础上随航天技术和电子计算机技术的发展而逐渐形成的综合性感测技术，任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特征，技术人员可以通过遥感探测到的特征信息了解物体的变化。

林木等植物的发射光谱具有明显特征，并且光谱特性会因为种类、结构、生长阶段、叶绿素含量、细胞含水量、健康状况等情况而发生变化。当林木遭受害虫破坏之后，叶绿素的含量会变少，致使可见光波段吸收也发生减弱，反射增强，叶细胞受到破坏而发生畸变，细胞间隙增多、散射增强，最终会使林木、林冠、林隙、生物量甚至整个森林生态系统与景观格局变坏。所以，通过林木光谱遥感的特点，可利用遥感技术结合实际调研，对林业病虫害发生情况进行科学的监测并有针对性的防治。

（二）遥感监测病虫害技术

1.光谱反射率分析技术

光谱反射率分析技术是从传感器直接获取数据，分析物体转化后的光谱发射率特征，收集植被信息。此技术研究多为通过反射光谱数据估计测试作物光和有效辐射、叶面积指数LAI和叶绿素含量等生物物理参量，也应用于估测病虫害发生情况。

2.回归模型分析技术

在林木病虫害监测研究较常运用一元或多元回归模型来进行反演，即在基于模型知识的基础上，依据可测参数值去反推目标的状态参数。最近几年，国内学者也就在运用回归模型分析技术监测病虫害情况方面做了很多探讨。雖然使用回归模型分析技术反演病虫害的时效性差，但是能对林木病虫害发生情况进行定量监测，可与更多因素相结合考虑，提高精确度。

3.植物指数分析技术

植物指数分析技术是根据植物的光谱特性，将可见光和红外波段进行组合，形成各种植被指数，常见的光谱植被指数有比值植被指数，归一化植被指数和一些变换的植被指数。但从前这类构建病虫害植被指数的方法标准不统一，需要在以后建立统一的准则和方法，以应用到更多方面。

4.光谱微分技术

在太阳光的大气窗口内，测得的光谱是地物吸收光谱及大气吸收和散射光谱的混合光谱，一般是使用反射率的数据图像来表达。因此，为消除大气等因素的影响，产生了微分光谱技术。微分光谱技术可分为一阶导数光谱和高阶导数光谱。该方法能消除一些其他因素对探测的影响，提高监测精确程度。

三、遥感技术在森林病虫害中的现状与应用

在1978年，腾冲综合遥感实验就已经开启了我国遥感技术监测森林病虫害的序幕。科研人员针对相关病虫灾害进行研究，充分证实遥感技术在病虫害监测中的可行性。之后，我国科研人员在国家科研项目的支持中，全方位进行了森林病虫灾害遥感监测预警技术的研究，构建了在单时相和多时相卫星遥感数据下的灾害信息提供技术路线，引进吸收了航空录像和航空电子勾绘等遥感监测技术方法，初步探索了天、空、地相结合的森林病虫害监测体系。之后，又根据林业业务主管部门的预报、监测、灾害损失评估和决策支持需求，建立了森林病虫害的遥感、地理信息系统和全球定位系统技术集成应用模式。近些年来，又重点根据遥感技术的森林病虫害监测专业应用系统进行了研发，并开展了生产性示范，以完备相关应用系统的可操作程度和实用程度，也展现了其指导森林病虫害调查情况的应用潜质。

（一）害虫活动遥感分析

监测病虫害需要对病虫害的行为活动机制进行了解和掌握，才能制定出更加切实有效的控制对策。当前主要是使用雷达进行遥感监测。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，经过设备处理转换成图像，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。雷达有三个特点：其一，雷达具有全天候探测能力。雷达不需要太阳照明，在白天和夜晚获得同等质量的影像。其二，微波穿透能力强。雷达多用的微波的波长比较长，不受大气干扰，一般厚云层都可以穿透。其三，一些物体的光谱在微波波段有较大差异。水可以很好的对雷达信号进行反射，而害虫体内的含水率高，且害虫一般感应不到雷达波，这让雷达监测能够不对害虫产生干扰。因此，雷达一般被运用于监测害虫种群活动如迁移等。

（二）害虫危害状况遥感分析

想要识别病虫害对林木的危害程度和症状，就要使用航空遥感技术。

航空遥感，是利用各种飞机、飞艇、气球等作为传感器运载工具在空中进行的遥感技术，是由航空摄影侦察发展而来的一种多功能综合性探测技术。其成像具有分辨率高、信息量大的特征。航空遥感主要依据林木受到病虫害破坏时在各波段上波谱值的变化进行监测。害虫对林木的危害可能会在林木的各个部位，不论在树木的哪个部位都会给林木的生长和健康状况带来不利影响，外表出现变化。而这些变化就会导致其光谱出现变化，这些变化可以被遥感监测到，并提取成有用的信息，帮助工作人员分析出病虫害目前的状况。

（三）害虫生存环境监测分析

监测害虫生存成长的环境时就需要利用航天遥感技术。各种不同的地物在不同的种类和环境下，都具有不同的电磁波辐射或反射特性。航天遥感技术利用装载在航天器上的遥感器收集地物目标辐射或反射的电磁波，以获取并判认大气、陆地或海洋环境信息的技术。其具有可对事物进行综合、宏观、动态和快速观察的优势，为病虫害监测提供有利条件。

四、结语

综上所述，使用遥感技术对森林病虫害进行监测是非常有必要且具有可行性的。遥感技术在森林病虫害监测方面的应用还是相当有发展前景的，随着科技的发展，遥感技术也会逐渐升级，目前我们森林病虫害的预测预报工作，被列为森林病虫害防治中的重要环节之一，而使用遥感技术能为森林病虫害防治工作者提供更全面精确的数据，精准确定病虫害发生源，根据不同地域制定不同的森林病虫害防治方案，可以在具体的实践中，总结经验不断增强其实用性。

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