【研究】农业遥感现状与展望

导读

限于手机浅阅读习惯，今天的文章做了删减，史舟老师的文章小编删起来战战兢兢，如履薄冰，生怕把最重要的部分删掉，一翻推敲后决定第一章农业遥感概述和第二章遥感技术在农业中的应用只保留标题和图表。重点推第三章农业遥感技术新的发展趋势。让我们看看遥感在农业中能做什么？遥感在农业中如何发展？

文章选自《农业机械学报》，2015年第2期，题目《农业遥感研究现状与展望》，有兴趣您可以点击左下角阅读全文。

感谢您的阅读，文章题图插图来自网络，侵权删除！

作者/单位

史舟¹   梁宗正¹  杨媛媛¹  郭燕²

1.  浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所，杭州 310058;

2.  河南省农业科学院农业经济与信息研究所，郑州 450002

摘 要: 遥感技术具有覆盖面积大、重访周期短、获取成本相对低等优势，对大面积露天农业生产的调查、评价、监测和管理具有独特的作用。从20 世纪70 年代出现民用资源卫星后，农业成为遥感技术最先投入应用和收益显著的领域。特别是随着高空间、高光谱和高时间分辨率遥感数据的出现，农业遥感技术在长时间序列作物长势动态监测、农作物种类细分、田间精细农业信息获取等关键技术方面得到了突破。但是农业生产的分散性、时空变异性等特点，对当前农业遥感技术的应用还存在诸多挑战。本文简要回顾了农业遥感发展历程以及其应用的理论基础;再从农作物估产、农业资源调查、农业灾害监测和精准农业管理4 个领域阐述了国内外相关研究和应用情况。最后提出农业遥感应加强与地面农业观测网技术的结合，推动新一代低空无人机遥感平台的发展，强化多源传感器融合以及农业过程模型与遥感数据同化的研究。

关键词: 遥感农作物估产无人机农业灾害土壤调查

引  言

农业生产是在地球表面露天进行的有生命的社会生产活动。它具有生产分散性、时空变异性、灾害突发性等人们用常规技术难以掌握与控制的基本特点，这是农业生产长期来处于被动地位的原因。现代遥感技术是应用各类主被动探测仪器，不与探测目标相接触，从卫星、飞机等平台来记录地面目标物的电磁波特性，通过分析，揭示物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。由于遥感技术具有获取信息量大、多平台和多分辨率( 时间和空间) 、快速、覆盖面积大的优势，是及时掌握农业资源、作物长势、农业灾害等信息的最佳手段，对改变或部分改变农业生产的被动局面具有特殊的作用。从20 世纪70 年代开始，美国和欧洲国家就采用卫星遥感技术建立大范围的农作物面积监测和估产系统，不但服务于农业实际生产指导，同时为全球粮食贸易提供了重要的信息来源。20 世纪90 年代，农业遥感的重点转入作物管理，农业资源调查、农业灾害遥感等方面的应用得到了拓展。近10 年，特别是各类高空间分辨率民用卫星的出现，遥感与地理信息系统、全球导航技术以及最新物联网技术发展相结合在精准农业的管理与作业等方面得到了应用与推广。

我国的农业遥感起步于20 世纪80 年代，相对较晚。而且，由于作物种植种类分布的分散性以及地域复杂性，常规的地面调查方法，受人为因素影响较大，耗时费力，难以适应相关部门决策管理的需要，因此迫切需要大力发展农业遥感的相关技术。特别是关于粮食安全的全局性重大战略问题，发挥农业遥感技术的优势，及时、客观、准确地获取作物面积、长势、产量等信息在我国显得尤为重要。本文以卫星遥感为主，就国内外农业遥感的发展和应用现状进行综述与分析，并对农业遥感的发展趋势进行展望。

1

农业遥感概述

1. 1 农业遥感技术的发展

1. 2 农业遥感的理论基础

农业遥感监测主要以作物、土壤为对象，这两类地物的典型反射光谱曲线如图1 所示。

1. 3 农业遥感技术应用框架

根据各类遥感数据的特点，其主要应用领域如表1所示。

2

遥感技术在农业中的应用

2. 1 作物遥感估产

2. 1. 1 作物面积遥感监测技术

2. 1. 2 作物长势动态监测技术

2. 1. 3 作物遥感估产业务系统发展 

国际上主要两大农业遥感估产业务系统如表2 所示。

2. 2 农业资源遥感调查

2. 2. 1 耕地资源调查

2. 2. 2 土壤遥感调查

(1)土壤关键属性调查

(2) 土壤侵蚀退化与障碍性土壤调查

2. 3 农业灾害遥感监测

2. 3. 1 旱涝灾害

2. 3. 2 冷冻灾害

2. 3. 3 病虫害

2. 4 精准农业与遥感

2. 4. 1 农田现状精准化制图

2. 4. 2 农田精准化施肥

2. 4. 3 农田精准化灌溉

3

农业遥感技术新的发展趋势

3. 1 新一代农业无人机技术应用

无人机( Unmanned aerial vehicle，UAV) 作为一种由动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的新型遥感平台，具有优于其他遥感平台的灵活性、实时性、移动性等特点。特别是随着可见-近红外航空成像光谱仪、航空CCD 数字相机的小型化，使得随时获取厘米级空间分辨率的可见-近红外图像成为可能，所以无人机遥感系统目前在环保、农业、救灾等应用领域得到了迅速的拓展。

农业卫星遥感技术受到天气、轨道周期、空间分辨率等的影响，对田间尺度的农情监测还存在很多不足，往往很难及时提供高质量的遥感数据，无人机遥感可以与大面积卫星遥感相互配合，形成多尺度的农情信息监测网。无人机遥感可以发挥在农田精细尺度和动态连续监测的优势，应用于农田地块边界和面积调查、农作物种类识别和统计、农作物长势分析、农作物养分和土壤水分监测等，特别在农业灾后快速评估方面，无人机遥感技术将发挥独特的作用。

3. 2 农业地面传感网与遥感技术相结合

目前，基于有线和无线传感器的各类地基观测技术和组网建设逐步发展和完善，为卫星遥感的地表参量反演、模型同化和耦合、精度验证等工作提供了重要的真实性信息。在农业领域，基于现代物联网技术的农业地面传感网在智能温室与大田精准作业管理方面得到了快速应用。特别是各类自动采集作物叶面到冠层、土壤表层到剖面理化信息，以及农田气温、湿度、光照等环境信息的传感器不断出现，加上无线传输网和智能控制系统，使得农田信息地面采集的便捷性、精确性、时效性得到了显著的提高。

显然，各类地面传感网与农业遥感相结合可以提高农业遥感的监测精度，加强农业信息的实时服务能力。但是由于卫星、航空、地面等传感器系统在观测模式、成像机理、应用目的和处理方式等方面存在很大的不同，加上水、土、气、生等农业资源要素的时空异质性，因此目前实现农业地面传感网与遥感技术的充分融合或进行协同观测还存在很多困难。

3. 3 农业专业模型与遥感技术的耦合

遥感技术优势在于多尺度、多角度、多波段、多时相地提供大范围的对地观测数据，能够及时获取地表特征信息如植被指数、亮度指数和地表辐射温度等，并通过定量反演，进一步获取地表特征参数如地表反射率、叶面积指数、叶绿素含量、土壤水分含量等。但是农业遥感特别是农作物遥感监测，作物高度、叶面积、生物量等关键属性在生育期是连续变化的动态过程，单靠遥感数据很难保证观测的连续性。因此，大量的研究是将各种农业专业模型如作物生长模型、地表能量平衡模型等与遥感数据进行耦合或同化，来弥补遥感观测时间分辨率的缺陷。

新的发展趋势一是提高传统农业专业模型的适用性，克服模型完全以农田小区试验为样本，较少考虑地物空间异质性的缺点; 二是发挥星地多源数据的优势，结合地面传感网提高信息采集的周期性; 三是重视遥感数据产品的标准化和业务化，如MODIS系列数据产品，可以业务化提供8 d 植被指数、叶面积等数据产品，使得传统农学家更容易将遥感数据引入到各类农业专业模型中。

4

结 束 语

农业是遥感最早应用和效益显著的领域，从20世纪70 年代美国实施LACIE 计划以来，农业遥感技术已得到长足的发展和广泛的应用。特别是随着新一代高空间、高光谱和高时间分辨率遥感数据的不断出现，使得农业遥感技术的监测对象、监测精度、监测的业务化流程等方面得到了更大的突破。我国农业现在正处在由传统农业向现代农业发展的转型期，实施农田流转和规模化经营给遥感技术带来了新的机遇。及时总结国内外农业遥感发展历程和遥感技术发展新趋势，结合现代农业发展的新契机，将进一步明确农业遥感技术的发展前景和应用潜力。我国农业遥感技术与发达国家之间还有一定差距，大力发展农业遥感新技术、扩展遥感新应用，借鉴当前最新理论研究成果应用于实践，必将对我国农业现代化产生巨大作用。

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