农业遥感技术应用现状

韩秀梅1　张建民2

(1.吉林大学地球科学学院,吉林长春　130061;2,吉林省邮电工程有限公司,吉林长春　130012)

【摘　要】农业是遥感应用中最重要和最广泛的领域之—。农业遥感技术是集空间信息技术,计算机技术,数据库、网络技术于一体,通过地理信息系统技术和全球定位系统技术的支持,在农业资源调整、农作物种植结构、农作物估产、生态环境监测等方面进行全方位的数据管理,数据分析和成果的生成与可视化输出,是目前一种较有效的对地观测技术和信息获取手段。20多年来,遥感技术在农业部门的应用也越来越广泛,完成了大量的基础性工作,取得了很大的进展,在农业资源调查与动态监测、生物产量估计、农业灾害预报与灾后评估等方面,取得了丰硕的成果。

【关键词】遥感技术;农业

　　中图分类号:F30311文献标识码:A

　　农业是遥感应用中最重要和最广泛的领域之—。许多国家都发射了多种气象卫星,这些卫星发送回大量遥感图像,通过计算机图像处理,可以将卫星采集到的信息转换成人们能识别的图像信号,这样就可以准确地进行气象预报,监测洪水和植物的长势,了解渔情,观察森林大火等。农业遥感技术是集空间信息技术,计算机技术,数据库、网络技术于一体,通过地理信息系统技术和全球定位系统技术的支持,在农业资源调整、农作物种植结构、农作物估产、生态环境监测等方面进行全方位的数据管理,数据分析和成果的生成与可视化输出,是目前一种较有效的对地观测技术和信息获取手段。

20世纪20年代航空遥感被用于农业土地调查。多光谱原理应用于遥感后,人们根据各种植物和土壤的光谱反射的特性,建立了丰富的地物波谱与遥感图像解译标志,在农业资源调查与动态监测、生物产量估计、农业灾害预报与灾后评估等方面,取得了丰硕的成果。

我国的农业遥感起步于20世纪80年代。以“黄土高原遥感专题研究”为代表,中国科学院在林草资源遥感调查、土壤侵蚀定量遥感调查、土地类型遥感综合研究、草场生物量的遥感估算、农业地物光谱特征及其应用基础研究、黄土区暴雨与下垫面关系的遥感分析等许多方面取得了大量成果,为黄土高原的综合治理提供了全方位的技术支持。武汉测绘科技大学利用多光谱T M影像进行了草场资源调查吻合率高达96%,成为遥感应用的成功范例。1987年大兴安岭发生特大森林火灾时,中国科学院卫星地面站提供的火情卫星影像图对现场指挥、合理调度、扑灭火灾起到了决定性的作用。1998年长江、嫩江流域发生特大洪灾时,航空、航天平台的遥感实时监测,为指挥抗洪救灾、恢复生产发挥了巨大作用。

遥感技术在农业部门的应用始于七十年代末期,根据当时全国农业资源区划工作的要求,在国家计委、国家科委、财政部和联合国粮农组织、联合国开发计划署等的支持下,农业部门的遥感技术应用工作经历了“六五”期间的技术、设备引进和人才培训,“七五”、“八五”期间的技术攻关、实验研究和部分生产服务,到“九五”期间的实用化,运行服务系统的建立,已经成为初具规模,能够承担农业资源调查及动态监测、农作物估产、农业灾害监测及损失评估等多种任务的农业遥感应用主力军之一。20多年来,遥感技术在农业部门的应用也越来越广泛,完成了大量的基础性工作,取得了很大的进展,主要表现在以下几方面:

第26卷　第6期2006年　12月

农业与技术

Agriculture&T echnology

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Dec.2006・32　・1　遥感技术在农业资源调查及动态监测方面的应用

　　农业资源调查包括对土壤、地形、植被、表层地质、气候、水文和地下水等各种农业自然要素的调查。它几乎包含了整个农业生产的生态要素。最初,对这些要素的调查,是组织大量的人力,到各地进行测量、取样、化验、观测和分析。因此,所取得数据是有限的,仅能用一套数据近似的代表一个地区的平均状况,精度较低。使用卫星遥感资料,可使地面上每30m×30m,甚至更小的区域,都有具体的观测数据,这样大大提高了测量精度。并且可以对耕地面积、种植面积、森林复盖面积、土壤侵蚀、草原退化和大面积火灾等进行实时监测。由于航空遥感拍摄的照片直观性和几何精度好,而且影像的光学纠正与精确技术较为成熟,已经成为土地资源调查的常规手段。20世纪70年代以后,卫星遥感开始应用于中小比例尺的土地资源调查与清查。

80年代初期,在全国农业区划委员会办公室的组织下,会同国家测绘局、林业部、农牧渔业部及有关的46个单位近300名科技人员,“利用MSS卫片进行全国土地资源概查”。第一次利用美国陆地卫星MSS数据进行了全国范围15个地类的土地利用现状调查,并按1∶50万比例尺成图,宏观地反映了我国土地资源的基本状况,填补了我国土地资源不清的空白。八十年代中期,利用美国陆地卫星资料进行了土壤侵蚀分区、分类、分级制图。各区制图比例尺不小于1∶50万,全国拼图后缩成1∶100万、1∶200万、1∶250万成果图,并制成1∶400万土壤侵蚀区划图。

80年代末到90年代初,遥感技术被应用到中国北方草原草畜动态平衡监测的研究。19,在国家航天部的资助下,全国农业区划办公室组织有关单位,利用遥感技术建立了我国北方草原草畜动态平衡监测业务化运行系统。该项目主要利用陆地卫星资料和NOAA气象卫星资料估测草地生物量,这是我国农业遥感技术进入业务化运行的转折点。

遥感技术被应用于全国耕地变化监测开始于1993年,全国农业资源区划办公室组织有关技术单位,利用美国陆地卫星图像连续四年开展了全国耕地变化遥感监测工作,其结果引起了有关部门的高度重视,为合理利用每寸土地,保护农业耕地提供了辅助决策依据。另外,从遥感技术应用方法上来说,一方面可以建立起全国耕地变化动态监测的常规运行系统;另一方面,为今后开展类似问题的研究找到了一条可行的技术路线和工作方法。

“八五”期间全国农业资源区划办公室和中国科学院资源环境局组织开展了“国家资源环境遥感宏观调查与动态研究”,在1992～1995年的3年时间里完成了全国资源环境调查,建立了一个完整的资源环境数据库,较过去开展一项单项专题的全国资源环境调查需5～10年的时间相比是一个很大进的步。在项目实施中全部采用了90年代接收的最新陆地卫星T M图像作为主要的信息源,在大兴安岭、秦岭、横断山脉一线以东选用1∶25万比例尺,以西采用1∶50万比例尺进行遥感图像判读、制图及数据库建立工作。

1997-1998年,全国农业资源区划办公室组织有关单位,利用美国陆地卫星T M图像,对黑龙江、内蒙古、甘肃和等四省区,监测了近十年(1986～1996)来的土地开发利用状况,并结合有关资料进行了综合评价。结果显示,我国北方地区土地利用类型变化幅度较大,土地利用结构不合理;草地退化严重;土地荒漠化趋势加剧,农业生态环境变坏的趋势日益严重;耕地开垦有一定的盲目性,新开垦的耕地基础设施不足。这一结果为严格禁止毁林开荒、毁草种粮提供了有力的依据。

草地遥感监测和预警系统建设是农业部遥感应用中心于2000年立项并开展工作。该项目是利

・33　・2006年12月　　农业与技术V ol126　N o16用遥感技术、地理信息系统和全球定位系统等现代空间信息技术手段,建立技术先进、快速准确的中国草地退化和草畜动态平衡遥感监测系统。该项目的主要内容有四个方面。一是完成我国北方草地的生产能力估测工作,配合牲畜饲养量,可以评价我国牧区的草畜平衡情况;二是完成全国草地退化的遥感监测评价工作;三是完成近十几年来农牧交错区的农业资源变化情况;四是完成牧区和农牧交错区农业资源变化遥感监测系统的研究,并形成辅助规划的决策支持系统。该项目完成后,可以从宏观上及时准确地掌握草地资源状况、草地退化和沙漠化状况、草地生产力水平及草畜平衡情况,对草地资源动态变化做出快速反应,为西部开发、生态建设、草地资源管理和草地畜牧业科学决策服务。

2　遥感技术在农作物遥感估产方面的应用

农作物生长状况和产量是一个国家或地区的重要经济信息。在收获前准确地估产,有助于国家制定合理的粮食收购及进出口价格,有利于制定收获、运输和储存计划。最初,是用农学方法抽样估产,后来又用统计和气象模式进行宏观估产,但这两种估产方法受人为因素影响较大,准确率很难提高。通过卫星遥感,对地面上每一个象元都获得一套数据。对各象元数据进行有效分析,可了解这一地区土壤、地形、地下水和排水等条件;这一地区的气象条件;作物的种类和品种;当地农业技术措施和水平等等。近而通过建立好的数学模型计算出作物的产量。由于卫星遥感估产考虑了每个象元的情况和各种环境条件的影响,预测精度明显得到提高。利用卫星进行某一作物的生态分区,收集每一生态分区内历年该作物的产量以及有关的气象资料,建立产量模式,同时进行与卫星同步的高空、低空和地面光谱观测,然后根据卫星影像所提供的信息进行某一作物的产量估测。卫星遥感给作物产量预测和农业宏观管理提供了便捷的高科技手段。

19年～1995年期间,应用遥感技术先后进行了黄淮海平原遥感小麦估产、京津冀地区小麦遥感估产、南方稻区水稻估产、华北六省冬小麦遥感估产、黑龙江省大豆及春小麦遥感估产、棉花估产等研究。自1996年起黄淮海平原冬小麦长势监测及产量估测转为业务化试验运行阶段,这一工作的开展为全国农作物长势监测和估产积累了经验和技术基础。1999年,在全国农业资源区划办公室的直接领导下,成立了农业部农业遥感应用中心。农业部农业遥感应用中心,设在发展计划司,中心设置综合运行部、基础信息部、技术培训部和8个分中心,分别由部内京内外有关技术单位承担。1999年以来,农业部遥感应用中心开展了全国冬小麦估产的业务化运行工作,取得了较好的效果,实现了全国冬小麦估产的业务化运行目标,并正在开展全国性玉米,水稻,棉花等大宗农作物遥感估产的业务化运行工作。

3　遥感技术在灾情监测与预报方面的应用

卫星、航空遥感可以根据农业生产的需要,对农田、森林、草场植被指数、农业旱涝以及森林草原火灾等进行动态监测,还可以对土壤的侵蚀、草场的退化、沙化、沙尘暴等影响环境的因素进行定期监测。卫星云图是卫星遥感资料中的一部分,是监视热带风暴、冰雹和暴雨等灾害性天气的重要手段。在气象台每天通过电视发布的气象信息中,我们可以看到大范围的云图和天气系统的变化。这种通过卫星遥感连续观察到的云图,可使我们更准确地预测天气。此外,卫星遥感还可以用于病虫害和野生动物活动情况的监测。

气象卫星是利用光谱分类法来判识沙尘暴的。当很强的扬沙或沙尘暴出现时,沙尘云会表现出特殊的光谱特征,利用这些特征就可以有效地识别沙尘云。对某些地区的暴雨和可能造成的灾情,

V ol126　N o16农业与技术　　2006年12月・34　・可以利用当时的卫星影像与经年卫星影像进行对比,可以获得有关洪水泛滥面积和灾情程度的较准确的结果。通过监测地温、土壤湿度,可以对旱灾的面积和危害程度进行准确监测和预报。在自然灾害监测方面,开展了北方地区土地沙漠化监测、黄淮海平原盐碱地调查及监测、北方冬小麦旱情监测等。草原火灾、雪灾等监测系统已投入运行。从1995年开始,开展了利用NOAA卫星等资料进行黄淮海平原地区旱灾监测的业务化运行工作,经过几年的努力,1999年在全国农业资源区划办公室的领导和组织下,旱灾监测也由监测黄淮海平原地区扩展到全国冬小麦的主产区。

当前,遥感技术在国民经济各部门的应用非常普遍,遥感技术自身的发展也相当快。在实际应用当中,遥感技术在农业领域的应用已经成为现代空间信息技术的代表,遥感技术的应用与全球定位系统、地理信息系统、数字影像处理系统和专家系统密不可分。因此,我们需要紧密跟踪其发展前沿,及时引入先进实用的方法,不断挖掘遥感技术在生产实践中的应用潜力,提高其在农业资源调查及动态监测、在农作物遥感估产、在灾情监测与预报等方面的应用水平。

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Abstract:Agriculture is one of the m ost im portant and sprending fields in practical R om ote Sensing.Agricultural technology of R om ote sensing in tegrates spacial in formation technology,com puter technology,with database and net2 w ork technology and omnibearingdata management,data analysis and fruit making are operated in agricultural res ource adjestment,crop planting structure,production estimation,ecological environment m onitoring and s o on,based on systems of geographical in formation and global orientation.It is als o an effective technique of observing earth and method of obtaining in formation atpresent.R om ote sensing applied to agriculture has become m ore and m ore spreading, has carried out a mass of fundamental w ork and has gained tremendousprograss and harvest,especially,in agricultural res ource investigation,dynamicm onitoring,production estimation,disaster report and loss estimation.

K eyw ords:R om ote Sensing technology;Agriculture

作者简介:韩秀梅(1975-),女,硕士,主要从事摄影测量与遥感研究。

张建民(1975-),男,工程师,硕士,主要从事网络技术研究。

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