引言
遥感,即遥远的感知,遥感技术就是运用现代化的运载工具和传感器,通过摄影、扫描、信息感应等手段,不与探测目标相接触而从远处把目标的电磁波特性记录下来,通过利用物体在吸收、反射及投射太阳和人工辐射能力也不同的原理,揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术[1-3]。自上世纪以来,遥感技术已经被广泛应用于各个领域,特别是在农业领域应用广泛。随着我国农业生产向信息化、集约化方向转变,作物生产过程中对空间信息,特别是对动态、大范围、快速及时的遥感信息需求非常迫切[4]。遥感技术能够快速、大范围、无损获取地物信息,其发展能够为农业生产提供必要的信息和技术支持。遥感技术在农业的应用领域主要有农业遥感数据获取、农作物的遥感识别与估产、农作物的病虫害动态监测、农业灾害的监测与预报、农业土地资源动态监测等方面。随着空间技术的发展,农业遥感出现了高、中、低空多层次遥感相结合、动态与静态相结合、计算机在遥感中更广泛应用的趋势。将会使现代农业的技术服务更加精准、快捷。本文根据近年来所发表的国内外相关文献,旨在整理概况近年来遥感技术在农业领域应用的研究进展。
1 遥感在农业领域中的应用
1.1农业遥感数据获取
遥感数据获取是农业遥感研究和应用的基础和前提。近年来,遥感数据的获取方式和来源呈现更多元化的趋势。卫星遥感信息获取、无人机遥感信息获取、地面近距遥感齐头并进,形成“天—地—网”一体化的农业遥感信息协同综合获取的技术体系[5]。国内外相继发射了空间分辨率和时间分辨率更高的卫星,如2013年发射的高分一号、2015年发射的地球同步轨道遥感卫星高分四号、2013年发射的Landsat 8卫星。欧洲发射的哨兵系列卫星以及ESA发射的星上自主项目[6]。大量遥感卫星为农业应用提供了持续可靠的数据来源。在传感器方面,用于研究植物植被的可见光-NIR(近红外)(0.4-1.5 mm)传感器、用于植物湿度研究的SWIR(短波长红外)(1.5 - 3mm)传感器、用于农田表面或作物冠层温度研究的TI(热红外)(3 - 15mm)传感器和用于土壤湿度研究的微波传感器以及激光雷达(LIDAR)和合成孔径雷达(SAR)已在农业遥感上应用[7]。目前所应用的遥感技术主要与计算机技术密切相关,其中还与GIS技术、GPS技术的应用有着密不可分的联系。其中GIS技术利用其自身具有的空间分析和数据处理和管理的优势,与遥感技术相结合,从而提高遥感监测工作的效率。3S集成化以及大数据思想将继续推动农业遥感应用的发展。
1.2农作物遥感识别与估产
光谱特征识别作物已得到快速发展,但其分类精度受遥感影像分辨率制约,进行分类时还存在一些问题,如在进行分类时会出现 “异物同谱”和“同物异谱”的情况。利用像元分类的方法如决策树、模糊数学、监督分类等方法,这些均易出现混合像元问题[8]。多时相的NDVI时间序列影像识别也可以结合不同农作物在不同物候期的光谱差异,从而能降低不同农作物光谱特征相似造成农作物混淆现象,提高作物识别的准确度。单一遥感数据识别已有广泛应用。
遥感技术在作物长势与产量的评估方面的应用日益成熟,根据研究区的自然地理情况和所研究的作物特征,优化改进作物生长模型。随着作物遥感估产机理模型研究的深入,作物估产研究将进一步与农学、气象学、生态学等专业知识形成跨学科融合,建立更为有针对性的、严密的作物估产模型。
1.3农业遥感病虫害动态监测
近年来,随着不同平台的遥感数据源的增加,相关学者利用这些数据源对农作物病虫害的监测进行了大量的研究。光学遥感在病虫害监测领域中应用最为广泛。主要存在2种遥感监测方法:1)基于光谱特性的病虫害直接检测;2)基于生境信息反演的病虫害间接监测。关于利用光谱特性监测病虫害的研究,已取得较多成果。高光谱遥感和多光谱遥感推动了遥感病虫害监测研究。
1.4农业气象灾害的监测与预报
在农业生产过程中,各种自然灾害,例如,旱灾、低温冻害等往往造成给农业生产者经济损失,因此,农业灾害的监测和预报就显得尤为重要。利用遥感技术可以监测与定量评估作物受灾程度,作物的受灾面积,对作物损失进行评估。
相较于传统站点实测气象资料的气象监测方法,利用遥感技术监测农业旱情具有快速、高时空分辨率、时空上数据连续的优势。国内外相关学者发展了一系列用于干旱监测的指数并进行比较评价使其能够在相应研究区得到良好的应用。另外,近年来,可应用于干旱监测的遥感技术发展迅速,例如欧空局发射的哨兵卫星和新指标分析平台的发展将推动农业的信息化发展。
2农业遥感技术展望
近年来,随着具有更高空间分辨率、时间分辨率的遥感卫星的发射,遥感数据的选择增多,高光谱遥感技术的发展,农业监测数据库的构建并逐步完善,与将为农情监测提高更好的数据源和技术服务。但仍然存在一些不足。在作物估产的研究方面,通过作物的农学参数并结合数学统计方法构建模型进行估产的方式广泛应用。未来这种将遥感反演参数与作物生长模型进行耦合的应用方法将得到更多学者的继续研究和发展。在农业气象灾害预测研究还存在不足,随着农业监测系统的进一步完善,地面基础数据库的进一步完善这项工作的完善能够有效降低气象灾害带给农作物的伤害,减少由于外部环境的因素影响农作物的生长带来的经济损失,利用技术手段形成完善的农业气象灾害预测系统,以此确保农作物的正常生长。
参考文献:
[1] 梅安新,彭望琭,秦其明等.遥感导论[D].北京:高等教育出版社 P1.
[2] 刘雪丽,付友生,刘丹,王锐,李模其.遥感技术在农业中的应用[J].现代化农业,2018(10):67-68.
[3] 张丽平.遥感技术在农业气象服务中的应用[J].南方农机,2017,48(17):70+73.
[4] 赵春江.农业遥感研究与应用进展[J].农业机械学报,2014,45(12):277-293.
[5] 陈仲新,任建强,唐华俊,史云,冷佩,刘佳,王利民,吴文斌,姚艳敏,哈斯图亚.农业遥感研究应用进展与展望[J].遥感学报,2016,20(05):748-767.
[6] 师艳子,李云松,郑毓轩.国内外卫星遥感数据源综述[J].卫星与网络,2018(04):54-58.
[7] Huang Yanbo, Chen Zhong-xin, Yu Tao, Huang Xiang-zhi, Gu Xing-fa. Agricultural remote sensing big data: Management and applications[J].Journal of Integrative Agriculture,2018,17(09):1915-1931.