全廣宇 李啟龍 趙鑫

摘要：遙感技術(shù)是運用各類非接觸的主被動的探測設(shè)備，對地面目標物的電磁波輻射與反射特性進行探測，通過其特性分析，探明其物體性質(zhì)、特征及狀態(tài)的綜合性探測技術(shù)。它具有覆蓋面積廣、空間分辨率高、獲取信息大、重訪周期短等優(yōu)點，適用于農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與自然災(zāi)害監(jiān)測等農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的研究，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的指導與相關(guān)部門的決策管理意義重大。本文從遙感技術(shù)原理出發(fā)，介紹了幾種重要的植被指數(shù)，然后以水稻遙感監(jiān)測為例進行分析，最后闡述如何提高農(nóng)業(yè)環(huán)境遙感監(jiān)測水平。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星遙感；農(nóng)業(yè)環(huán)境；監(jiān)測；水稻

中圖分類號：X83 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）07-0232-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.143

Monitoring of agricultural environment using satellite remote sensing technology-Taking rice as an example

Quan Guangyu， Li Qilong， Zhao Xin

（Jiamusi Meteorological Satellite Ground Station， Jiamusi Heilongjiang 154004， China）

Abstract： Remote sensing technology is a comprehensive detection technology that detects the electromagnetic wave radiation and reflection characteristics of ground targets by using various non-contact active and passive detection devices to detect the electromagnetic wave radiation and reflection characteristics of ground objects. It has the advantages of wide coverage area， high spatial resolution， large information acquisition， short revisit period， etc. It is suitable for agricultural research and agricultural disaster research and other agricultural-related fields. It guides agricultural production and the significance of decision-making management of relevant departments. major. Based on the principle of remote sensing technology， this paper introduces several important vegetation indices， and then takes rice remote sensing monitoring as an example to analyze how to improve the remote sensing monitoring level of agricultural environment.

Key words：Satellite remote sensing；Agricultural environment； Monitoring； Rice

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有農(nóng)作物種類分布的分散性與地域復雜性特點，受環(huán)境因素影響大，從農(nóng)耕文明的出現(xiàn)至今，農(nóng)業(yè)靠天吃飯的局面沒有得到根本性的改變，頻繁的自然災(zāi)害給我國的農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展造成了極大的困難。遙感技術(shù)是運用各類非接觸的主被動的探測設(shè)備，對地面目標物的電磁波輻射與反射特性進行探測，通過其特性分析，探明其物體性質(zhì)、特征及狀態(tài)的綜合性探測技術(shù)。它具有覆蓋面積廣、空間分辨率高、獲取信息大、重訪周期短等優(yōu)點，適用于農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與自然災(zāi)害監(jiān)測等農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的研究，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的指導與相關(guān)部門的決策管理意義重大。20世紀70年代開始，歐美等發(fā)達國家最先應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)對農(nóng)作物進行面積監(jiān)測與估產(chǎn)，之后遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域的應(yīng)用得到不斷拓展，我國從 20世紀80年代開始將遙感技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，至今我國遙感技術(shù)應(yīng)用的內(nèi)容已涉及農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、農(nóng)作物估產(chǎn)、災(zāi)害預警及精準農(nóng)業(yè)等眾多方面，為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展保駕護航。本文主要以遙感技術(shù)在水稻作物監(jiān)測為例進行分析，并對遙感數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)環(huán)境發(fā)展趨勢進行展望。

1 農(nóng)業(yè)環(huán)境遙感監(jiān)測的基本原理

遙感這種技術(shù)需要遠離地物，在空間上和地物形成高度差，之后憑借傳感器獲得監(jiān)測地物的光譜信息，進一步對此信息進行分析后，從而對地物屬性進行基礎(chǔ)的判斷。每一個物體不僅能吸收、反射電磁波，而且不同波長的電磁波吸收與反射的特征互不相同，這種特點被稱為物體的基本特性。植被指數(shù)是用多光譜遙感數(shù)據(jù)，經(jīng)分析運算產(chǎn)生某些對植被長勢、生物量等有一定指示意義的數(shù)值。農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測有哪些植被指數(shù)，如何利用植被指數(shù)對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境進行監(jiān)測，這些問題的解決能夠使遙感在環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮更大的作用。

1.1 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測植被指數(shù)RVI

它基本上不受土壤含水量的影響，能增強植被與土壤背景之間的輻射差異，并提供植被反射的重要信息，可用來估算和監(jiān)測植被覆蓋，是植被長勢、豐度的度量方法之一；該指數(shù)對大氣影響敏感，最好運用經(jīng)大氣糾正的數(shù)據(jù)，或?qū)刹ǘ蔚幕叶戎缔D(zhuǎn)換成反射率，消除大氣對兩波段不同非線性衰減速的影響后再進行指數(shù)的計算，而且當植被覆蓋不夠濃密時（小于50%），其分辨能力也很弱；在植物生長的整個階段，能較好地反映植被的覆蓋度和生長狀況的差異，特別適合于植被生長高度旺盛并具有高覆蓋度時的植被監(jiān)測。

1.2 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測植被指數(shù)NDVI

它對綠色植被表現(xiàn)敏感，可以對農(nóng)作物和半干旱地區(qū)降水量進行預測，常被用來進行區(qū)域和全球的植被狀態(tài)研究。但NDVI對土壤背景的變化較為敏感，在農(nóng)作物生長的初始季節(jié)，將過高估計植被覆蓋的百分比；在農(nóng)作物生長的結(jié)束季節(jié)，將產(chǎn)生估計低值，在植物生長還不旺盛而覆蓋度處于中-低等程度時，隨覆蓋度增加而迅速增大，覆蓋度增大到一定程度時就增加很緩慢。該指數(shù)適合于植被 早-中期生長階段的監(jiān)測 。

1.3 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測植被指數(shù)PVI

能較好地濾除了土壤背景的影響，且對大氣效應(yīng)的敏感程度也小于其他植被指數(shù)。正因為它減弱和消除了大氣和土壤的干擾，所以被廣泛應(yīng)用于作物估產(chǎn)。

2 對水稻作物遙感監(jiān)測的應(yīng)用

2.1 水稻的遙感干旱監(jiān)測

遙感干旱監(jiān)測的一般方法是利用遙感可反演參數(shù)之間的關(guān)系建立干旱指標體系，將復雜的干旱現(xiàn)象概括到比較簡單的數(shù)學或物理模型之中，進而通過這些參數(shù)與模型監(jiān)測旱情。水稻干旱的直接誘因是水分虧缺，并且在干旱發(fā)展到一定程度時，水稻會表現(xiàn)出冠層溫度升高、植被指數(shù)下降等特點?；谏鲜鲈?，水稻的遙感干旱監(jiān)測一般考慮從土壤水分、冠層和地表溫度、植被指數(shù)等要素的時空變化特點出發(fā)提取干旱信息。

2.2 水稻的長勢監(jiān)測

對水稻的長勢進行監(jiān)測，主要是利用遙感器收集水稻各個時段的苗情及周邊環(huán)境動態(tài)變化的數(shù)據(jù)實現(xiàn)的。從而讓人們對水稻的相關(guān)信息更加了解，如水稻具體分布、生長情況、蟲害、草害等，為準時、精確地對水稻實施各種管理措施提供真實的數(shù)據(jù)。水稻生產(chǎn)管理者或該區(qū)域水稻發(fā)展管理決策者，就能依靠這一更靈敏的數(shù)據(jù)平臺實時掌握更精準的數(shù)據(jù)，為水稻更好的長勢保駕護航。所以，采用遙感技術(shù)對水稻的長勢實時監(jiān)測，不但有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的客觀管理，更為日后水稻產(chǎn)量的預估準備了更詳細、準確的數(shù)據(jù)。

2.3 水稻的土壤水分監(jiān)測

土壤水分是水稻吸收水分的主要來源，主要來自大氣降水與灌溉水。一旦土壤水分含量的變化與水稻需水量出現(xiàn)不平衡，就會發(fā)生旱澇災(zāi)害，對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成威脅。因此土壤水分監(jiān)測對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、災(zāi)情監(jiān)測、農(nóng)業(yè)水資源管理及農(nóng)田水分管理等方面意義重大。遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍土壤水分數(shù)據(jù)的收集，通過各種遙感儀器測算土壤表明反射或發(fā)射的電磁能量，最終通過不同監(jiān)測方法得到土壤水分含量。

3 提高農(nóng)業(yè)環(huán)境遙感監(jiān)測的途徑

3.1 提高衛(wèi)星遙感監(jiān)測方法研究和技術(shù)裝備

對衛(wèi)星遙感監(jiān)測質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素很多，總體表現(xiàn)在兩個方面，即大氣狀況與數(shù)據(jù)自身的整體質(zhì)量。首先，可利用相關(guān)技術(shù)處理或校正遙感圖像中的大氣誤差。其次，提高遙感平臺質(zhì)量和加大遙感技術(shù)的研究力度，讓傳感器的性能快速提升，從而提高數(shù)據(jù)的整體質(zhì)量。當然，除此之外還應(yīng)該多想技術(shù)更先進的國家學習，適當加大國外優(yōu)質(zhì)設(shè)備的引進力度，為技術(shù)提升奠定物質(zhì)參照基礎(chǔ)。

3.2 完善遙感監(jiān)測服務(wù)體系

要建立健全的農(nóng)業(yè)環(huán)境遙感服務(wù)體系，只有農(nóng)戶的主動參與遠遠不夠，還需政府、科學研究院及高等院校的大力支持與配合。首先，農(nóng)戶的科學知識水平有限，對掌握遙感衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)有難度。但農(nóng)戶對田間農(nóng)情非常了解，可以發(fā)揮其優(yōu)勢與遙感衛(wèi)星形成互補。其次，政府要加大資金、技術(shù)、人才等方面的支持力度，努力為遙感服務(wù)體系的建設(shè)不斷提供保障，讓遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展無后顧之憂。最后，科學研究院及高等院校不僅可以提供技術(shù)和研發(fā)力量，而且還可以大量培養(yǎng)這方面所需的人才，讓更多的技術(shù)人才和更好的技術(shù)為水稻等農(nóng)作物的生長提供有效保障。

參考文獻

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收稿日期：2018-04-17

作者簡介：全廣宇（1990-），男，助理工程師，本科，研究方向為衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收及設(shè)備維護。