遙感技術在農業(yè)領域的研究探討

吳保升，李 旭，邵 倩，劉釔廷，李家毅，楊 野

（塔里木大學 信息工程學院，新疆阿拉爾 843300）

隨著信息技術的不斷發(fā)展，人類社會取得了前所未有的進步，農業(yè)作為基礎性產業(yè)，其信息化發(fā)展尤為重要，只有保證了農業(yè)的良性發(fā)展才能真正保證國家的糧食安全戰(zhàn)略。目前我國的農業(yè)領域雖然得到了相當程度的機械化、信息化的應用，但是其整體模式依然相對粗放，對比國外發(fā)達國家差距依舊明顯，要想改變目前的被動局面，必須深入探究農業(yè)領域對于信息技術的進一步應用，真正使我國走上農業(yè)發(fā)展快車道［1］。隨著遙感技術的不斷成熟，日益成為農業(yè)信息化應用中最為重要的一環(huán)，在農業(yè)領域的綜合應用中扮演著極其重要的角色，比如利用高光譜遙感數據對農作物進行長勢預測、脅迫性分析和產量估算等。

1 遙感技術在農業(yè)領域的主要應用

農業(yè)實現信息化的發(fā)展對于相關農業(yè)數據獲取和處理有著較高的要求，農業(yè)遙感數據可以實現對農田土壤、農作物和長勢狀況等數據的快速獲取，然后通過遙感技術進行分析研究，從而提出具有參考性指導意見，達到增產增收，更好地通過遙感技術促進我國農業(yè)的健康發(fā)展。

1.1 資源調查

農業(yè)用地的分析、農作物的分布及種類和村莊居民點等是資源調查的重點，通過合理運用資源調查手段做出符合實際的規(guī)劃建議和管理方案。伴隨著我國工業(yè)化水平的不斷提高，農業(yè)人口從業(yè)數量下降趨勢明顯，對于農業(yè)的精細化科學化管理要求越來越高，實現集約化農業(yè)生產是一個難點，這就要求對農業(yè)領域的相關數據做到科學合理的分析，通過高光譜遙感數據不同的輻射光譜，來識別耕地作物種類、土壤類型、植被覆蓋情況等，尤其是對于小麥、玉米、水稻、花生等我國主要農作物的有效識別，調查其分布區(qū)域是否合理，以及農作物種植密度和不同生育期期間的長勢情況，來實現對農業(yè)資源的評估并對農業(yè)生產提出合理建議。

1.2 估產預測

遙感技術的應用可以對整個農業(yè)種植區(qū)域進行較為客觀的產量估算，對我國農業(yè)生產效率水平做出評估。對農作物產量情況影響的因素很多，其中最為重要的是葉綠素含量、水分和氮素等，傳統(tǒng)的估產方式主要通過人工隨機抽樣計算部分面積農作物的產量，需要耗費大量人力財力和時間成本，并最終得出的數據結果誤差性較大。隨著遙感技術的日益成熟和高分辨率的高光譜衛(wèi)星影像的預測精確度一再提高，大面積的農作物估產預測成為現實可能，通過分析待估產研究區(qū)域的衛(wèi)星遙感影像，例如可以從其反射光譜信息中的紅邊拐點建立葉綠素含量與RVI 之間的線性回歸模型［2］；或者通過歸一化植被指數NDVI 展開估產討論，當NDVI 值越接近1，證明光合作用越強，農作物健康狀況就表示越好，推斷產量越可能較高，相反越接近0 代表農作物整體狀況較差，接近負值則代表研究區(qū)域農作物缺苗較高或作物較稀疏，推斷產量可能比較低，NDVI 公式（1）：

NDVI代表歸一化植被指數，NIR為近紅外波段的反射值，R為紅光波段的反射值。

1.3 農業(yè)災害防范

傳統(tǒng)的農業(yè)災害造成的損失不可估量，究其原因還是在于未能提前得到預警，不能及時做出反應來防范，遙感技術可以借助其大范圍、實時性和快速性的特點對農業(yè)災害進行有效監(jiān)測，為農業(yè)生產提高防災能力，成為農業(yè)災害防治的重要利器。我國因其獨特的氣候環(huán)境，夏季華北平原和南方局部地區(qū)往往由于降水量過大易發(fā)生水災，而西北地區(qū)尤其是新疆南疆地區(qū)降水量偏少易發(fā)生旱災。利用遙感技術通過同時段衛(wèi)星影像對水災和旱災情況的輕重程度進行分析，并預測下一步動向，有效減輕災害帶來的損失，為農業(yè)生產保駕護航。

1.4 病蟲害防治

病蟲害對農作物生育期健康狀況有很大影響，如果沒有及時了解病蟲害發(fā)展情況，快速啟動處理預案，將會使其大范圍擴展最終造成重大損失，應用遙感技術對病蟲害進行預測在國外早有先例，美國農業(yè)之所以有現在的成就，也是和實現了高度的農業(yè)信息化分不開的。在病蟲害防治方面，美國農民通過遙感技術獲得的航空圖片對病蟲害進行識別和病蟲害程度的判斷［3］。

隨著科技的發(fā)展，利用遙感技術防控病蟲害是非常有必要且重要的。遙感技術能為病蟲害防治提供全面且精確的數據，精確病蟲害的種類和發(fā)生地，從而根據病害種類和發(fā)生地對病蟲害及時制定不同的病蟲害防治方案。

2 農業(yè)遙感數據的相關分析

2.1 農業(yè)遙感圖像處理軟件

遙感圖像的分類精度、遙感圖像處理、地理信息系統(tǒng)軟件隨著當前快速發(fā)展的現代農業(yè)產生的巨量數據量，進而對農業(yè)遙感圖像處理軟件提出了新的要求。在農業(yè)應用中，遙感技術分類最常用的主要是對象分類法，這種分類方法將像元的光譜特性和像元的空間關系綜合起來進行處理，以便使計算機在分類過程中獲得豐富的信息，目前應用比較廣泛的工具類軟件主要是ENVI 系列版本，預處理通過輻射定標、大氣校正和正射校正等處理流程，通過細化分析實現農業(yè)農田技術應用，從而實現大面積農田綜合應用分析。

2.2 遙感影像數據管理

隨著遙感技術的不斷成熟，能夠獲取的農業(yè)遙感數據種類十分豐富，例如我國最經典的高分系列、歐航局的哨兵系列、美國的landsat 系列等，從成本上來看選擇低成本、高分辨率、高精度要求的數據首推歐航局的哨兵系列，哨兵系列衛(wèi)星影像實現了10 m 左右的分辨率且實現了數據免費共享［4］。同時國家應規(guī)范遙感影像數據管理，使數據的坐標系統(tǒng)規(guī)范化，同時要求相關部門在遙感影像數據管理方面共享資源，減少浪費。例如，農業(yè)部門為了監(jiān)測農業(yè)而購買的影像，需要上交建庫，其他部門在需要之時方可申請使用該數據，以此節(jié)約成本，提高數據的利用率。

2.3 解譯方面的重要性

提高解譯水平需要以建立完善的解譯體系為目標來實現農業(yè)遙感數據的處理分析，加強傳統(tǒng)解譯與現代信息技術（如GIS）相融合，將不同地區(qū)不同地物的波譜特征納入解譯體系，真正利用遙感技術完善應用現代農業(yè)解譯解析系統(tǒng)，利用完善的解譯系統(tǒng)提高農業(yè)作物識別處理精度，減少數據誤差，更好地實現對農業(yè)方面的遙感技術應用。

3 遙感技術存在的不足

3.1 遙感技術存在區(qū)域性差異

遙感技術存在的區(qū)域性差異具體表現在遙感南北區(qū)域，區(qū)域地物識別區(qū)分顯著。北方地區(qū)受氣候變化、地理環(huán)境等因素影響，尤其是北方，例如我國新疆地區(qū)農田大面積、規(guī)?；霓r業(yè)方式［5］，利用遙感技術的農業(yè)應用效果比較明顯，優(yōu)勢顯著，這使得遙感技術在農業(yè)中的應用中也更為成熟穩(wěn)??；但是在南方地區(qū)多丘陵的現實地理環(huán)境下，小面積地塊多、農作物間種普遍、同物異譜與異物同譜現象明顯等，使得遙感技術在我國南北區(qū)域農業(yè)應用中存在較大的差異。

3.2 遙感數據庫不足

在農業(yè)生產中作物的生態(tài)物理參數差異較大，同時農作物在環(huán)境、時間的影響下，農作物與土壤之間的各種物理化學條件都會變化，以及一些不可抗拒的自然條件，如多雨多霧多云的氣候對作物識別造成極大障礙，即使能夠通過envi 系列處理工具實現霧氣、云層消除，但是誤差較大，這就對構建完整數據庫造成了不小的問題，后續(xù)依然需要通過不斷的技術革新，加強發(fā)展完善才能極大改善農業(yè)遙感數據庫完整性和合理性。

4 對策與展望

我國現階段農業(yè)正處于傳統(tǒng)農業(yè)向現代農業(yè)轉變的關鍵時期，遙感技術作為信息技術發(fā)展的前沿技術，在現代農業(yè)的應用與發(fā)展中發(fā)揮著關鍵作用，在農業(yè)災害防范、農作物病蟲害監(jiān)測、資源調查、產量估測等方面已得到充分驗證。綜合利用遙感技術與農學信息相結合進行農作物估產，在資源調查中應用多種植被指數進行分析研究等，表明遙感技術的應用在向深度發(fā)展。

目前遙感技術在農業(yè)領域已經取得了初步的成效，但更進一步深層次應用依然還有很大的發(fā)展前景，應當充分結合國內現階段和未來現代農業(yè)的動態(tài)趨勢進行長遠規(guī)劃和加深農業(yè)應用與遙感技術的密切聯(lián)系，進而通過遙感技術的巨大空間和技術優(yōu)勢對我國今后現代科技農業(yè)的發(fā)展發(fā)揮極強的推動作用。