遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用淺析

王 萍

(三和數(shù)碼測繪地理信息技術(shù)有限公司，甘肅 天水 741000)

前言

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為人類生活和經(jīng)濟發(fā)展提供了最根本的物質(zhì)條件。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對農(nóng)業(yè)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源、農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害等監(jiān)控可以正確引導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)整體生產(chǎn)能力，具有重要的經(jīng)濟效益和社會效益。遙感技術(shù)是一門先進的、實用的探測技術(shù)，已越來越廣泛地應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、地理、地質(zhì)、海洋、水文、氣象環(huán)境監(jiān)測、地球資源勘探、軍事偵查等多方面。農(nóng)業(yè)是遙感應(yīng)用中最重要和最廣泛的領(lǐng)域之一，其能夠?qū)Φ孛嬷械闹匾畔⑦M行精準獲取，從而使其在農(nóng)作物生長以及自然災(zāi)害防治等方面進行有效應(yīng)用。我國是農(nóng)業(yè)大國，為了使農(nóng)業(yè)保持健康生長的狀態(tài)，需要在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中引入遙感技術(shù)，不僅可以監(jiān)測農(nóng)作物養(yǎng)分和播種面積，還可以監(jiān)測農(nóng)作物的生態(tài)環(huán)境，從而為農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展提供重要的支撐。因此，要對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中遙感技術(shù)的應(yīng)用進行重點研究和闡述。

1 遙感技術(shù)簡述

1.1 遙感技術(shù)的含義

遙感指的是遙遠的感知。遙感技術(shù)在應(yīng)用過程中需要相關(guān)探測儀器來輔助，不可以與被監(jiān)測對象直接接觸。通過遠距離不接觸目標的方式來獲取相應(yīng)的電磁波形。全面分析該電磁波形特點，這樣不僅可以使遠距離監(jiān)測分析被測物體得以實現(xiàn)，還可以被測目標的特點和變化。該技術(shù)產(chǎn)生于20世紀60年代，該技術(shù)是在相關(guān)基礎(chǔ)知識的前提下發(fā)展起來的，如物理、計算機等知識。最初，其主要在軍事中應(yīng)用，直到20世紀80年代開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。這樣不僅可以使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率得到明顯提升，還可以使農(nóng)業(yè)災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所造成的影響得到大幅度降低，因此可以在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中進行推廣應(yīng)用[1]。

1.2 遙感技術(shù)的特征

遙感技術(shù)的特征主要體現(xiàn)在以下幾方面。信息收集范圍具有一定的廣泛性，當遙感技術(shù)得到有效應(yīng)用后，能夠在多樣化遙感平臺的基礎(chǔ)上完成不同高度對地觀測的工作，使信息收集范圍得到一定程度的延伸；獲取速度十分迅速，衛(wèi)星跟隨地球開展一定周期性運轉(zhuǎn)，不僅可以對地物信息資料精準獲取，使得原有資料得到有效替換，還可以使地物動態(tài)化監(jiān)測得以實現(xiàn)；獲得信息限制條件相對較少，從世界范圍的角度講，部分地區(qū)的氣候具有明顯的惡劣性，人類無法到達其中并順利開展工作，但遙感技術(shù)可以在空間就完成監(jiān)測地面的工作，外界對該技術(shù)所產(chǎn)生的限制相對較少；獲取信息方式相對較多，光譜信息中存在出現(xiàn)頻率相對較高的可見光，如紫外線，除了地表信息外，還能夠?qū)哂幸欢ㄉ疃鹊哪繕藢ο笮畔⒂行綔y，同時在具體任務(wù)的基礎(chǔ)上對遙感平臺科學(xué)選擇，從而對目標物的特征光譜信息進行全面收集[2]。

1.3 遙感分類

1.3.1 按搭載傳感器分類

將搭載傳感器當成標準可以將遙感技術(shù)劃分為以下幾種：地面遙感，即在地面平臺上設(shè)置相應(yīng)的傳感器，如車載、船載等；航空遙感，即在航空器中設(shè)置相對應(yīng)的傳感器，如氣球或飛機等航空器；航天遙感，即在航天器中設(shè)置相應(yīng)的傳感器，如人造衛(wèi)星等。

1.3.2 按探測的工作方式分類

將遙感探測工作方式當成標準可以劃分為2種：主動式遙感，即傳感器主動將固定波長的電磁波發(fā)射到被測目標之中，對反射回來的電磁波詳細記錄；被動式遙感，即傳感器并未將電磁波發(fā)射到被測目標之中，而是對目標物自身發(fā)射電磁波以及反射的太陽輻射全面接收和記錄。

1.3.3 按探測工作波段分類

將探測工作波段當成標準來進行分類，可以劃分成紫外遙感、紅外遙感以及微波遙感等。一般情況下，探測波段范圍在0.3～0.38μm時稱之為紫外遙感，探測波段范圍在1mm～1m時稱之為微波遙感[3]。

2 遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

2.1 診斷并監(jiān)測農(nóng)作物養(yǎng)分

農(nóng)作物生產(chǎn)的過程中，所需的養(yǎng)分以氮、磷、鉀為主。當任何元素短缺時，都會對農(nóng)作物的光合作用產(chǎn)生嚴重的不良影響。利用遙感技術(shù)能夠完成對農(nóng)作物養(yǎng)分的診斷和監(jiān)測工作，其中使用頻率最高的技術(shù)為高光譜遙感技術(shù)。當農(nóng)作物中所包含的氮、磷、鉀等含量出現(xiàn)變化時，農(nóng)作物生理機構(gòu)也隨之出現(xiàn)一定的變化，高光譜遙感技術(shù)可以全面監(jiān)測該變化，即光譜發(fā)射變化隨生理結(jié)構(gòu)改變而發(fā)生改變。有效應(yīng)用相關(guān)的統(tǒng)計回歸法，科學(xué)診斷農(nóng)作物的養(yǎng)分情況。

2.2 動態(tài)監(jiān)測農(nóng)作物長勢

在動態(tài)化監(jiān)測農(nóng)作物長勢時，遙感技術(shù)的優(yōu)勢相對明顯。在不同的生長階段，農(nóng)作物內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)都存在一定差異，這樣在監(jiān)測農(nóng)作物時，要有效利用高光譜遙感影像。該影像能夠?qū)Σ煌r(nóng)作物特征進行全面反映，并有效獲取農(nóng)作物種植區(qū)域、面積等信息。同時能夠全面監(jiān)測農(nóng)作物的長勢，以為科學(xué)管理農(nóng)作物提供有效保障，進而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮指導(dǎo)性作用。除此之外，動態(tài)化監(jiān)測農(nóng)作物的長勢，可以對病蟲害發(fā)生狀況全面監(jiān)測，從而使病蟲害所產(chǎn)生的影響或損失得到有效降低[4]。

2.3 估算農(nóng)作物播種面積

在農(nóng)作物播種面積變化情況得到全面掌握的基礎(chǔ)上，國家對相關(guān)的糧食政策進行有效制定。遙感技術(shù)由于自身的特征、優(yōu)點，逐漸被應(yīng)用于估算農(nóng)作物播種面積上。在遙感技術(shù)的輔助下，可以及時準確地獲取農(nóng)作物的實際播種面積，該信息資料以數(shù)據(jù)或分布圖件的形式來呈現(xiàn)，通過對該信息資料全面科學(xué)的分析，有效估算農(nóng)作物的播種面積。除此之外，在農(nóng)作物播種面積估算工作中引入遙感技術(shù)，可以使謊報農(nóng)作物播種面積的現(xiàn)象得到有效避免。

2.4 監(jiān)測土壤墑情

土壤墑情指的是土壤中的含水量，當土壤處于不同的含水量狀況下，光譜特征也會出現(xiàn)一定的差異性。土壤水分的遙感監(jiān)測從可見光-近紅外等波段中開展，使用頻率較高的還是熱紅外遙感等。通過反映土壤含水量相關(guān)的參數(shù)之間構(gòu)建對應(yīng)模型，以此來全面反映土壤中的含水量。土壤水分監(jiān)測中所能應(yīng)用的方法相對較多，包含植被指數(shù)相關(guān)的遙感干旱監(jiān)測方法，如簡單植被指數(shù)等；也包括以紅外為基礎(chǔ)的遙感干旱監(jiān)測方法，如修正垂直干旱指數(shù)法等[5]。

2.5 監(jiān)測農(nóng)作物病蟲害

限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素之一為農(nóng)作物病蟲害，從相關(guān)資料可知，全世界范圍內(nèi)每年因病蟲害而損失的糧食占糧食總量的20%左右。由此可知，有效控制病蟲害具有重要的意義。我國農(nóng)業(yè)病蟲害呈現(xiàn)不斷增長趨勢，以往在監(jiān)測病蟲害時，采用的方式以取樣實地調(diào)查和監(jiān)測為主，在病蟲害防治工作中也具有一定作用。但所消耗的時間和成本比較高，并且取樣范圍也相對有限。這也使得遙感技術(shù)被人們所關(guān)注，并應(yīng)用到農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測中，使病蟲害監(jiān)測防治的快速、無損等得以有效實現(xiàn)。同時，在該技術(shù)基礎(chǔ)上，還能夠有效消除部分病蟲害。

2.6 監(jiān)測農(nóng)業(yè)災(zāi)害

自然災(zāi)害嚴重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，將遙感技術(shù)運用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可以對自然災(zāi)害影響的農(nóng)作物進行有效監(jiān)測和評估，以明確農(nóng)作物的損失，進而為抗災(zāi)措施的有效制定提供基礎(chǔ)保障。當前，遙感技術(shù)在干旱、洪澇等多樣化自然災(zāi)害中都得到有效應(yīng)用，并在科學(xué)分析葉面積指數(shù)和葉綠素含量的前提下，對農(nóng)作物生長狀況進行有效確定。在農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測過程中，使用頻率相對較高的是NOVVA/AVHEE遙感影像。該遙感影像所需成本相對較低，并且分辨率相對較高。病蟲害產(chǎn)生初始階段，在近紅外光譜反射率的基礎(chǔ)上，可以對葉片結(jié)構(gòu)變化進行直觀反映。當葉綠素的質(zhì)量和數(shù)量都未發(fā)生變化時，可見光波段的光譜反射率不會出現(xiàn)明顯變化。當病蟲害出現(xiàn)明顯的侵蝕且農(nóng)作物葉面積指數(shù)和葉綠素等參數(shù)出現(xiàn)變化時，利用傳感器和相關(guān)數(shù)據(jù)來完成分析，就可以有效獲取不正常的農(nóng)作物波段。通過這樣的方式對農(nóng)作物的受害程度進行有效明確，制定相對應(yīng)的有效治理方案[6]。歸一化植被指數(shù)也可以用于分析農(nóng)作物災(zāi)害中，當遇到風(fēng)暴等侵蝕時，農(nóng)作物會出現(xiàn)明顯的倒伏現(xiàn)象，并且葉片出現(xiàn)明顯受損現(xiàn)象，從而使相關(guān)的歸一化植被指數(shù)也明顯降低。

2.7 調(diào)查土地質(zhì)量

不同土壤類型之間的色調(diào)存在一定的差異性，在遙感技術(shù)的作用下，可以有效辨別土地資源開發(fā)是否具備合理性。同時有效判斷綠色植物是否處于健康成長狀態(tài)，從而使土壤以及植被等細致劃分工作有效完成。土地資源中涵蓋的內(nèi)容相對較多，如地形、草原等，在遙感技術(shù)基礎(chǔ)上，能夠全面有效地采集交通閉塞和面積較大農(nóng)牧區(qū)的土地質(zhì)量信息，把不同時期的影響進行全面疊加，從而有效判斷區(qū)域土地資源變化。利用遙感監(jiān)測能夠全面顯示水土侵蝕和水土流失等現(xiàn)象，為人們采取有效預(yù)防措施提供基礎(chǔ)保障。將遙感技術(shù)和常規(guī)地面勘測技術(shù)進行對比可知，前者不僅可以使消耗時間得到有效縮短，還可以使投入的人力成本明顯降低，從而使經(jīng)濟效益更加明顯。從相關(guān)調(diào)查研究資料可知，影響糧食產(chǎn)量的主要因素之一為雜草。雜草不僅需要農(nóng)民花費大量的時間精力去消除，還嚴重影響土地的質(zhì)量，對農(nóng)作物的產(chǎn)量以及品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。合理運用遙感技術(shù)，可以對雜草的空間位置以及密度等情況精準掌握，同時在光譜影像分類技術(shù)基礎(chǔ)上，有效區(qū)分雜草和農(nóng)作物，并以2種影像形式來呈現(xiàn)，從而為雜草的有效去除提供重要依據(jù)。

2.8 監(jiān)測農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境

在遙感技術(shù)下能夠?qū)ν寥利}堿化面積以及土地鹽堿變化趨勢進行全面監(jiān)測，同時還可以合理化監(jiān)測土壤水分以及農(nóng)作物生態(tài)環(huán)境，從而在農(nóng)業(yè)種植中發(fā)揮正向的引導(dǎo)性作用。如日本在衛(wèi)星多光譜資料的合理化應(yīng)用下，對國土變化進行全面監(jiān)測，從而全面掌握東京灣沿岸侵蝕現(xiàn)象。與此同時，及時采取相應(yīng)措施改善這種現(xiàn)象，有效降低生態(tài)環(huán)境對農(nóng)作物的危害，進而為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益的提升提供基礎(chǔ)保障。

3 遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景

由于遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍不斷擴大，可以對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要指標全面精準的掌握。在監(jiān)測結(jié)果的基礎(chǔ)上，有效制定可持續(xù)利用方案，不僅可以使土地資源合理化利用得以實現(xiàn)，還可以為我國經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。未來遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景體現(xiàn)在以下幾方面。

3.1 發(fā)展新型遙感信息模型

遙感信息模型是遙感技術(shù)未來發(fā)展的關(guān)鍵所在。雖然我國科技水平不斷升高，且也制定相應(yīng)干旱指數(shù)模型等，但仍然和遙感技術(shù)發(fā)展要求無法保持一致。因此，要對全新的遙感信息模型進行全面研究構(gòu)建。

3.2 微波遙感技術(shù)

微波遙感技術(shù)特征主要體現(xiàn)在穿透性和全天候性等方面。微波遙感技術(shù)能夠?qū)毫迎h(huán)境的云霧區(qū)以及冰雪覆蓋區(qū)的農(nóng)作物進行全面監(jiān)測。由此可知，未來遙感技術(shù)的重點是以微波遙感技術(shù)為主。

3.3 綜合利用遙感技術(shù)防治病蟲害

農(nóng)作物感染病蟲害后，葉片結(jié)構(gòu)會發(fā)生一定的變化，在近紅外光譜反射率基礎(chǔ)上，可以清晰呈現(xiàn)該變化。但由于葉綠素質(zhì)量和數(shù)量未出現(xiàn)變化，使得可見光波段的光譜反射率不會發(fā)生變化，單純利用人眼來觀察就很困難。但紅外遙感技術(shù)可以精準的預(yù)測和預(yù)報該現(xiàn)象，并能夠清晰辨別農(nóng)作物的受害狀況，以使病蟲害在萌芽中被有效扼殺，從而使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的損失得到大幅度降低。

4 結(jié)束語

我國屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中引入遙感技術(shù)，不僅可以有效獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的信息，還可以有效應(yīng)用農(nóng)業(yè)自然環(huán)境，從而在農(nóng)業(yè)規(guī)劃管理和農(nóng)業(yè)決策等方面發(fā)揮重要作用。另外，通過遙感技術(shù)可以有效預(yù)估農(nóng)作物的長勢和產(chǎn)量，并有效監(jiān)測和防治病蟲害以及農(nóng)業(yè)災(zāi)害，以保證農(nóng)作物產(chǎn)量，進而為國家糧食政策的制定提供重要支撐。因此，要將農(nóng)作物生產(chǎn)中遙感技術(shù)的應(yīng)用作為研究重點，對其進行不斷深入的研討，使遙感技術(shù)充分體現(xiàn)自身的作用和功能，為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的健康發(fā)展奠定基礎(chǔ)保障。