遥感在精准农业中的应用

在精准农业中利用高分辨率遥感信息，获取小区域长势与背景的差异，从而提供精准农业实施定位处方农作所需的信息。遥感技术作为一种极为有效的监测和信息获取手段，它可以提供大量的农田时空变化信息。利用遥感信息模型，如热扩散系数遥感信息模型、土壤含水量遥感信息模型、作物早灾估算遥感信息模型、土壤侵蚀量遥感信息模型、土地生产潜力遥感信息模型等。在小麦及水稻估产、农田病虫害监测、作物种类识别、田间墙情诊断、田间小气候测定、大面积作物种植结构规划、作物产量预测及国家农业区划等众多领域广泛应用。在精准农业中遥感技术主要有以下作用。

1.作物类型及播种面积的遥感监测

利用模式识别和计算机图像分类技术，可以区分出不同的作物类型，实现利用遥感图像进行作物类型识别的目的。多数情况下，分类是基于像元水平的计算来实现的。对作物进行类型识别和分类之后，就可以统计图像上各类型像元的总数，进而求算出不同类型作物的面积和空间分布。为了提高精度，在大面积研究中，常采用气象卫星影像（如NOAA/AVHRR）和陆地资源卫星影像（如TM）相结合的方法。在植被识别中，高光谱技术体现出其窄波段的优势，能够大大提高对植被的识别与分类精度。可以从众多的窄波段中筛选出那些对植被类型光谱差异较明显的波段，利用少数几个窄波段对植被类型进行识别与分类，采用压缩技术重新组合几个综合波段，充分利用植被的光谱信息，改善植被的识别与分类精度，高光谱遥感不仅涉及植被类型的识别与分类，而且已涉及植物化学成分的估测。

2.农作物水分遥感监测

农业干旱监测应用比较广泛的是土壤热惯量法、TVDI、CWSI以及植被供水指数法。土壤热惯量法主要是利用土壤水分的热特性进行土壤水分监测，它适用于裸地干旱的监测。植被供水指数法比较适用于地面作物覆盖情况下的干旱状况的遥感监测。根据各地农业生产特点及土壤和生态气候类型，当地面植被覆盖度较大，可以利用植被供水指数法遥感监测干旱状况；而地面植被覆盖度较小的深秋和冬季，可以采用土壤热惯量法进行干旱的分析。

微波波段，水的介电常数接近于80，而干土的e仅为3~5，湿土的e可高达20以上。正是介电常数的明显差别，而使得雷达后向散射系数的差异可大于10dB以上，在微波遥感图像上，不同湿度的土壤将以不同的灰度反映出来。研究植被覆盖情况下土壤含水量的微波响应，困难是较大的，一般是在C波段上开展的，Ulaby等就是在C波段（4.25~4.75GHz）研究了植被覆盖下土壤含水量的雷达响应。他们认为C波段、HH极化、小入射角（θ=10）是雷达遥感土壤含水量的最佳参数。

3.农作物养分的遥感监测

植被生物化学参量是研究植被光合作用和营养状况的重要参数，叶片作为植被冠层最基本的组成单元，其光谱特征与生物化学参量的关系是首先需要了解的。长期以来，探测植物生物化学参量是遥感的焦点和难点之一，由于受技术手段限制，常规遥感难以在这方面有所突破。成像光谱技术的兴起，为解决这一难题开辟了新的道路，展现了很大的潜力。利用成像光谱遥感数据监测植被化学特性，是挖掘成像光谱数据潜力的重要方面，具有重要的理论意义和实际应用价值。氮营养素的多少对植物生长和作物产量的影响最大，对植被的叶面积指数、生物量、全氮量、全磷量等生物物理参数进行估算。研究不同氮素营养条件下作物的光谱特性具有现实意义。

4.农作物病虫害的遥感监测

应用遥感技术监测植物病虫害，主要通过以下3条途径：①应用遥感手段探测病虫害对植物生长造成的影响，跟踪其发生演变状况，分析估算灾情损失；②应用遥感手段监测病虫害草生地，即虫源或寄主基地的分布及环境要素变化来推断病虫害爆发的可能性；③应用遥感技术直接研究害虫及寄主的活动行为。病出害对植物生长道成的影响主要有两种表现形式：一为植物外部形态的变化，二为植物内部的生理变化。外部形态变化特征有落叶，着叶，叶片幼学被香除，板条枯要，导致冠层形状起变化。生理变化则可能表现为叶绿素组级遭受破坏，光合作用，养分水分吸收、运输、转化等机能衰退。但无论是形态的或生理的变化，都必然导致值物光谐反射与辐射特性的变化，从而使漏感图像光谱值发生变异，在高分辨、大比例尺遥感图像上有时还可以直接识辨出遭受病虫害袭击的异化影像，有时甚至可以看到害虫副产品，如蚂蚁堆、昆虫蜜露等物的存在。

有些果树害虫，如危害柑橘的黑实蝇、铅幼虫，会在果树上分泌蜜露。这些蜜露成为烟霉真菌的寄生媒介，而烟霉则会使柑橘树叶变黑发亮，改变其光谱特性，从而在航空遥感图像上清楚地反映出来。线虫、根腐病等果树病虫害也会引起植物外形及其光谱特性的变化，均为应用航空遥感进行监测的成功实例。应用红外遥感技术，包括航空和地面，可以比肉眼提前发现玉米枯萎病、高梁缺铁褪绿病、棉花青枯病、黄萎病、甜菜叶斑病、黄瓜萎蔫病、苹果根腐病、葡萄霜霉病，还可以及早探测出蚜虫、黏虫、线虫、红蛀虫、红蜘蛛等重要害虫对作物和果树林木的侵袭。所以红外遥感，特别是彩红外航空摄影目前已成为几个发达国家监测农作物、果园、森林病虫害的主要技术手段。

植物害虫的个体一般均较细小，应用一般被动式遥感器很难捕捉到它们的存在信息。可运用人工主动向目标物发射微波束，然后根据目标反射回来的微波特征而识别物体的主动遥感器——雷达，则可直接探测体型达到一定程度的害虫，特别是监测密集群体的活动行为效果更好。微波在无线电波中波长最短，被地物反射的性能好，易于聚成较窄的波束，近似直线传播，不受高空电离层的反射，特别是能穿透云雾，可全天候、全天时作业。对那些喜在夜间或早晚出来活动的害虫，更是目前唯一有效的探测手段。

5.农作物长势遥感估算

植物在生长发育的不同阶段，其内部成分、结构和外部形态特征等，都会存在一系列周期性的变化。这种植物的周期性变化使得从植物细胞的微观到植物群体的宏观结构上均有表现，这种变化必然导致单个植物或植物群体物理光学特性的周期性变化，也就是植物对于各电磁波谱的辐射和反射特性。由于遥感具有周期性获取目标电磁波谱信息的特点，可以用它来监测农作物长势的动态变化，如利用卫星遥感数据、利用多时相NOAA-AVHRA数据，通过归一化植被指数NDVI，建立地表覆盖指数模型，反映出地表覆盖的遥感区域分异情况及其随季节变化的规律，来了解作物的长势状况。

6.农作物产量遥感估算

遥感估产则是建立作物光谱与产量之间联系的一种技术，它是通过光谱来获取作物的生长信息。在实际工作中，常常用绿度或植被指数作为评价作物生长状况的标准，植被指数中包括作物长势和面积两方面的信息。光谱产量模式的基本思想是将各种形式的植被指数，与作物单产建立回归方程，筛选出方程拟合率高、相对剩余标准差小的估产模式。各种估产模式，尤其是光谱模式中，植被指我是一个极为重要的参数。基于遥感生成的巨量数据，利用先进的计算机及网络技术，建立服务于多领域的遥感信息系统，对农作物长势的定期监测和提前预报以及主要影响区域粮食生产的水旱灾害进行快速监测评价。

从地面遥感传感器到侧视雷达，从田间养分速测仪到星载的成像光谱仪，遥感技术在农业领域的应用有了很大进展，同时取得了巨大的经济效益和社会效益。高光谱遥感技术的发展为遥感信息定量应用开辟了新的领域，并逐渐成为新兴的精准农业最重要的技术手段之一。