遥感在农业中的应用

[拼音]：yaogan zai nongye zhong de yingyong

[外文]：remote sensing applied in agriculture

遥感即利用传感设备获得远距离外客体的信息，并加以识别和分类的技术。地球表面的一切物体都以特定的频率（或波长）吸收、反射、发射或透射电磁辐射能量，产生与电磁辐射的波长和物体特征相关的波谱信号。物体在可见光波段0.38～0.76μｍ范围内，全反射者呈白色，全吸收者呈黑色；反射波段仅限于0.50～0.56μｍ者呈绿色；仅限于0.56～0.59μｍ者呈黄色；＜0.38μｍ者为紫外；＞0.76μｍ者为红外。遥感技术就是根据不同物体反射或吸收光谱波段的不同，来识别这些物体的颜色、形状和大小等，从而区分不同的物体。

遥感技术在进行农用土地资源调查、作物估产和气象灾害、作物病虫害的监测、预报方面发挥了重要作用。农业已成为遥感技术最大的应用部门之一。

遥感的工作系统和类型

一个完整的遥感工作系统具有传感器、遥感平台和指挥中心3个主要组成部分，分别相似于一个人的眼睛、躯体和大脑。传感器是接受目标物体辐射的电磁波信息并以数字或图像加以记录、显示的仪器。现代传感器已可将人眼所看不见的、可见光波段两侧以外的地物波谱信息转换成人眼所能看见和分辨的影像或讯号，并将所收集的地物辐射信息在载体上编码后传输到地面接受站。传感器种类除早期的照相机以外，已发展有电视摄像机(RBV)、多波段扫描仪(MSS)、雷达、专题制图仪（TM）和高级可见光分辨仪(HRV) 等。遥感平台是安置和运载传感器及有关设备的工具，一般可按高度分为地面平台(如仪器的三角架、遥感车)、航空平台（如飞机）和航天平台（如卫星）3 种。平台愈升高，其上安置的传感器的视场就愈扩大。现代遥感的指挥系统主要由电子计算机操纵控制(图1)。

遥感技术可按信息表现形式分为图像遥感和非图像遥感；按传感器装置本身是否向被探测物体发射电磁波而分为主动遥感和被动遥感；按所采用的光谱波段分为可见光遥感、红外遥感、热遥感和微波遥感等。在农业上，则以按遥感平台类型所作的分类较为实用，一般可大致分为航空遥感和航天遥感，如下表所示。

遥感对象

不同的遥感平台和传感器具有不同的成像特点。

航空摄影

主要在飞机上利用航空摄像机对地物进行摄影。像片的比例尺取决于飞机的航高和摄影机的焦距，一般用于较大比例尺(1:25000～1:50000)的详细专业调查与制图。由于各种地物点的投影光线都通过一个固定的点──即投影中心而形成影像(图2)，常因地面起伏和飞机摄影时的倾斜而产生影像畸变，加以飞机航高的变化，像片的比例尺常有变化，用于制图时要经过纠正。

卫星影像

一般适合于中小比例尺（如1:250000～1:1000000 ）的解译与制图。主要包括陆地卫星与气象卫星两种。其共同特点是：

（1）宏观性强。因离地面远，陆地卫星一个像幅的面积达185×185公里，NOAA卫星一个像幅的宽度可达2800公里。因而能显示地面一些宏观现象和变化规律。

（2）多波段性。如陆地卫星中的MSS有4个波段，TN有7个波段，NOAA有5个波段。因此，不但可从地物光谱反射的波段性上来识别地物，而且可以利用色度学原理合成假彩色影像来加强对目标物的信息提取。

（3）多时相性。一般陆地卫星每16（陆地卫星-4.5）～26天（SPOT系统）绕地球一周，平均4天即可取得同一地点的一般影像。NOAA卫星每天绕地球两周，取得同一地点影像的时间频率更高。

（4）磁带记录。它们都将收集到的地面信息，进行星载编码，传输到地面接收站，由计算机高密度磁带加以记录，然后根据需要再由计算机转换为影像。

卫星影像的特征，因应用目的不同而有差异。如陆地卫星，主要用于陆地资源的调查和制图，因而影像的视场角小(11.56°)，几乎为近垂直投影；而NOAA卫星则主要用于了解大面积的天气状况和云图，因而视场角宽(112°)，影像两侧畸变较大。

遥感资料解译

遥感资料包括影像和磁带。影像一般用目视解译，磁带则用计算机识别。影像的目视解译主要是根据影像的灰度（或颜色）、形状、纹理、阴影、大小、图形、位置等影像特征，对调查目标、如某一类的地形、植被、土壤、水文等特征进行直接解译；或按照事物的相关性，特别是自然地理要素之间的相关和综合环境影响，通过多因子分析、图形分析、自然地理分析和地形图分析等进行间接解译。在解译工具方面，航空像片可以用立体镜进行，卫星影像则可用多波段的假彩色合成（如重氮片法、分次曝光法、假彩合成仪法）、彩色密度分割等光学和光电设备使影像加强，以提高人眼对地物信息的识别能力。计算机识别也称机助分类，主要是根据磁带的地物光谱辐射值进行统计分类。其中，所谓监督分类法是选择一定样区的地物分类来“训练”计算机，以便使之能对地物的光谱辐射值分级进行相类似的统计划分，并显示出所要求的专业分类图。所谓非监督分类法主要根据磁带记录的地物光谱辐射值进行不同方案的聚类统计划分，显示出不同的分类图，然后选择一定的样区进行核对，再从中选择较理想的一个分类。实际工作中往往可先作少量的非监督分类，经野外样区核对后作为监督分类的样区，最后解译成图。由于计算机识别尚不太成熟，目视解译仍是一种重要手段。

遥感技术在农业中的应用

主要有以下几个方面。

土地资源调查

包括对土壤、地形、植被（如森林、草原）、表层地质、气候、水文和地下潜水等各种农业自然要素的调查。如在土壤调查中利用砂质土和粘质土对可见光光谱的反射，前者较强，后者较弱，以及二者因不同的水分状况、有机质含量、盐分含量和表面粗糙度而产生不同的光谱反射等特性，通过对黑白片上不同灰阶的影像灰度和图形特征进行专业解译，就可勾绘出不同的专业图件，如土壤解译图、森林解译图、草原类型解译图等。航空像片由于其直观性和几何精度较好，且影像的光学纠正与精绘技术较成熟，已成为土地资源调查的常规手段。70年代以后，陆地卫星开始运用于中小比例尺的土地资源调查与清查。因价格便宜，取得影像较易，而为不少发展中国家所应用。制图比例尺逐渐扩大到1:50000至1:25000。

作物估产

目前主要应用于：

（1）大面积作物环境监测。如通过NOAA卫星遥感影像的绿度值，了解大面积作物的分布和长势，并根据该作物在某一些地区的生长日历(拔节、开花等)和气象卫星所提供的资料，对某一作物地区可能发生的气象灾害、土壤水分的保证率和流行性病虫害等发生早期警报。

（2）大面积估产。如利用陆地卫星进行某一作物的生态分区，收集每一生态分区内历年该作物的产量以及有关的气象资料建立产量模式，同时进行与卫星同步的高空、低空和地面光谱观测，然后根据卫星影像所提供的信息进行某一作物的产量估测。

（3）较小面积的估产。如在一个县或一个地区范围内，利用陆地卫星影象进行统计分层（即分区），每层根据成数抽样的原则，选取一定数目的在卫星影象和航空像片上都有明显标志的样区，然后利用航空像片在该样区内进行有关作物面积和长势等的调查，以此来推算该层的总面积和总产量。这种方法称为框图面积取样估产，精度可达95～97％。在地块零碎、多种作物混作的地区则精度为75～80％。但卫星影像总的都对宏观农业管理有利。

灾情监测与预报

主要用于洪涝灾情监测预报。对某些地区的暴雨和可能造成的灾情，可结合应用陆地卫星与气象卫星所获得的资料进行预报。利用当时的卫星影像与常年卫星影像进行对比，可获得有关洪水泛滥成灾面积和灾情程度的较准确的结果。对旱灾的面积和危害程度的监测预报往往更易通过卫星资料来进行。其他如土壤的侵蚀、沙化，草原的退化以及由某些工程引起的环境恶化等，一般也均可通过卫星和航空遥感来进行监测。

作物病虫害监测与预报

作物和树木等绿色植物受病虫危害后，其叶绿素都要受到不同程度的破坏，因而其近红外波段（相当于MSS₆，MSS₇）的光谱反射受到明显影响，并在红外彩色或假彩色影像上与健康植物的分异十分明显。故可利用低空红外遥感对作物病虫害进行监测及预报。

展望

无论航空遥感或卫星遥感技术在农业中的应用都在向纵深发展。航空遥感主要是发展高空摄影、大像幅和多波段摄影，以减少像幅、节省开支和增加光谱分辨率；同时，也发展由低空轻型飞机进行的小面积红外摄影，以便及时而经济地取得信息。卫星遥感主要是提高空间分辨率，并向全天候方向发展，以期能不受天空阴云的影响。也在试验利用航天飞机来代替火箭发射，以降低费用。中国是国土辽阔的农业生产大国。利用遥感手段及时掌握复杂多变的有关农业自然资源和农业生产的信息，对于进行正确的农业决策和有效的农业规划与管理，尤有重要意义。一般认为到20世纪末，遥感在农业中的应用可望在土壤水分测报、农业资源消长的监测和自然灾害预警方面取得较大进展。

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