遙感技術(shù)支持下的農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測與管理

南京市第二醫(yī)院 李童衛(wèi)

上個世紀(jì)70年代以來，由于全球環(huán)境污染嚴(yán)重，氣象災(zāi)害越來越多，嚴(yán)重地影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)又緊密聯(lián)系著人們賴以生存的糧食以及水等資源。我國處于東亞季風(fēng)區(qū)，被稱作是世界上氣象脆弱區(qū)之一，是氣象災(zāi)害的多發(fā)區(qū)域。隨著科技的不斷發(fā)展，將衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)災(zāi)害的預(yù)測與作物的生產(chǎn)評估等方面，有很好的發(fā)展前景。

1 我國農(nóng)業(yè)災(zāi)害的現(xiàn)狀

我國有史以來就是一個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，但同時，我國也是世界上農(nóng)業(yè)災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一。農(nóng)業(yè)災(zāi)害作為自然災(zāi)害中影響最大，造成損失最嚴(yán)重的災(zāi)害，它的發(fā)生會對我國的糧食生產(chǎn)產(chǎn)生巨大的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，上個世紀(jì)中葉以來，我國農(nóng)業(yè)每年的受災(zāi)面積雖然一直處于變化當(dāng)中，但年平均受災(zāi)面積達(dá)到了3986萬公頃，年平均成災(zāi)面積達(dá)到近2000萬公頃；1995年以后，在全球氣溫變暖的環(huán)境下，氣象災(zāi)害造成我國經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)一千億元，1998年達(dá)到了最高的三千億元。如此嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)災(zāi)害導(dǎo)致了我國農(nóng)作物減產(chǎn)，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)混亂，威脅著我國人民的生活，影響著我國其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的研究對確保我國糧食產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)民增收以及新農(nóng)村建設(shè)有著至關(guān)重要的作用。

2 衛(wèi)星遙感技術(shù)的介紹

2.1 我國農(nóng)災(zāi)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展

一直以來，在我國農(nóng)業(yè)技術(shù)方面采取的農(nóng)業(yè)災(zāi)害傳統(tǒng)檢測方法是在田間定點(diǎn)或隨機(jī)抽查檢測，這種方法得出的數(shù)據(jù)沒有較大的準(zhǔn)確性，雖花費(fèi)了較大的人力、物力與財(cái)力，卻也得不出精確的數(shù)據(jù)。這種傳統(tǒng)的方法既費(fèi)時費(fèi)力又效率低下，很容易造成預(yù)測及估算結(jié)果的誤差，影響我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

上個世紀(jì)60年代開始，在國外開始流行遙感技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國也開始引進(jìn)國外先進(jìn)的衛(wèi)星遙感技術(shù)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中成功引進(jìn)的這項(xiàng)高科技技術(shù)，彌補(bǔ)了我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測方法的不足之處，它從宏觀角度，對農(nóng)作物實(shí)時進(jìn)行監(jiān)測，在全國范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)出數(shù)據(jù)，成為傳統(tǒng)監(jiān)測方法的數(shù)據(jù)補(bǔ)充。

我國農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)最先監(jiān)測的是小麥與水稻，上世紀(jì)80年代末期，我國已經(jīng)開始對主要的糧食生產(chǎn)區(qū)進(jìn)行遙感監(jiān)測與預(yù)報。到上世紀(jì)末，全國的小麥監(jiān)測都已經(jīng)形成日常業(yè)務(wù)，并且在玉米、水稻等主要農(nóng)作物領(lǐng)域也開展了正常的遙感監(jiān)測。

到最近幾年，我國的衛(wèi)星遙感技術(shù)已經(jīng)初步成熟，在氣象災(zāi)害方面，建立了一個地——空構(gòu)成的三維立體監(jiān)測系統(tǒng)。特別是地面站網(wǎng)監(jiān)測，它是農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)測的基礎(chǔ)，也是其他氣象技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。目前，我國的地面站網(wǎng)監(jiān)測對于旱情監(jiān)測的準(zhǔn)確率已經(jīng)達(dá)到了80%以上。尤其是在江蘇省，使用了3 S技術(shù)與計(jì)算機(jī)監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合，在地面增加了7個監(jiān)測點(diǎn)，接收的數(shù)據(jù)為災(zāi)害的預(yù)測提供了數(shù)據(jù)保障。

2.2 衛(wèi)星遙感技術(shù)簡介

衛(wèi)星遙感技術(shù)是通過衛(wèi)星傳感器收集地面目標(biāo)反射的電磁波，再將這些電磁波進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，從而獲得需要采集的信息。它不直接接觸觀測對象，通過電磁波實(shí)現(xiàn)觀測的定位、定量與定性描述。

遙感技術(shù)是當(dāng)代高新技術(shù)的一個重要組成部分，是結(jié)合了計(jì)算機(jī)、空間、電子、地理技術(shù)，搜集涉及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各方面信息。它將收集的信息處理后，采用可視化的信息輸出，既是一種對地觀測技術(shù)，又是一種信息獲取的方法。

3 衛(wèi)星遙感技術(shù)的重要作用

3.1 提高農(nóng)業(yè)災(zāi)害的預(yù)報能力，減少農(nóng)業(yè)損失

通過運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，可以提高人們減災(zāi)救災(zāi)的主動權(quán)與積極性，現(xiàn)在，依靠科學(xué)已經(jīng)是防災(zāi)減災(zāi)的根本途徑之一。減輕農(nóng)業(yè)災(zāi)害是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，它涉及到不同部門、不同地區(qū)及不同學(xué)科之間的知識與技術(shù)，它包括了災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)測、防災(zāi)抗災(zāi)以及救災(zāi)等工作。這幾個環(huán)節(jié)互相影響互相制約，而災(zāi)害的監(jiān)測與預(yù)測又是這幾項(xiàng)工作的基礎(chǔ)，因此加強(qiáng)監(jiān)測與預(yù)測的準(zhǔn)確性顯得非常重要。21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，采用先進(jìn)的衛(wèi)星遙感技術(shù)可以直接提高對農(nóng)業(yè)災(zāi)害的預(yù)報水平，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的直接經(jīng)濟(jì)損失。

3.2 擴(kuò)大監(jiān)測范圍，保衛(wèi)生態(tài)環(huán)境

從上世紀(jì)80年代以來，我國的遙感技術(shù)已經(jīng)從天氣氣象預(yù)測擴(kuò)大到旱情、洪澇、病蟲害等方面的監(jiān)測，現(xiàn)在已經(jīng)可以應(yīng)用到海冰監(jiān)視、地震預(yù)測以及環(huán)境監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測等其他方面。衛(wèi)星遙感技術(shù)擴(kuò)大范圍的使用，可以在生態(tài)環(huán)境日益惡劣的情況下，盡早預(yù)測出環(huán)境問題，及時采取措施，保護(hù)我們賴以生存的地球環(huán)境。

3.3 促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化

作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國的中國，一直以來都靠著豐富的勞動力進(jìn)行生產(chǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)也開始提倡農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化。在我國從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的過程中，要靠現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，其中衛(wèi)星遙感技術(shù)就是一項(xiàng)非常重要的科技，將其應(yīng)用到我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，作為技術(shù)武裝，豐富我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵。

4 衛(wèi)星遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)防中的應(yīng)用

4.1 旱情

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，旱情是我國農(nóng)業(yè)中最常見而且影響力最大的災(zāi)害。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年由于旱災(zāi)造成我國農(nóng)業(yè)減產(chǎn)的直接經(jīng)濟(jì)損失就占據(jù)我國全部災(zāi)害經(jīng)濟(jì)損失的一半以上。發(fā)生旱情，就說明降雨少，農(nóng)作物的葉片為了保持自身的水分，會緊閉葉孔，溫度升高，作物的葉綠素含量下降，導(dǎo)致作物枯萎。因此，可以通過監(jiān)測地表溫度、作物的植被指數(shù)來預(yù)測旱情。

在遙感技術(shù)中，主要使用熱慣量法和作物水分脅迫指數(shù)法監(jiān)測農(nóng)業(yè)旱災(zāi)。熱慣量法主要是針對作物分布較為稀少的田塊，首先研究土壤水分對土壤溫度變化的影響，采集衛(wèi)星遙感技術(shù)收集的圖像研究晝夜溫差，反映農(nóng)業(yè)旱情；而作物水分脅迫指數(shù)法則是針對作物覆蓋良好的田塊，通過收集作物上層與上空的溫度數(shù)據(jù)，分析處理出作物的含水量，得出農(nóng)作物的干旱情況。這些方法選擇溫度植被干旱指數(shù)和條件植被溫度指數(shù)，考慮了天氣溫度、空氣濕度與植物水分?jǐn)?shù)據(jù)，因此，有較好的準(zhǔn)確性。

4.2 洪澇

洪澇災(zāi)害是一項(xiàng)突發(fā)性強(qiáng)，危害性十分大的災(zāi)害。洪澇災(zāi)害不僅會危及農(nóng)業(yè)作物，還危害我們的生產(chǎn)生活。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年平均有700多萬公頃土地遭受洪澇災(zāi)害，造成的直接損失達(dá)到近200億元人民幣，占自然災(zāi)害損失的30%左右。嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害可能會淹沒農(nóng)田，此時可以采用歸一化植被指數(shù)實(shí)現(xiàn)對水災(zāi)面積的預(yù)測，通過分離水體面積和一個周期的水體分布圖像進(jìn)行準(zhǔn)確的配置，獲得洪澇發(fā)生的面積。洪澇會抑制作物生長過程，表現(xiàn)為植物葉子發(fā)黃、枯萎等現(xiàn)象，衛(wèi)星遙感監(jiān)測其植物數(shù)據(jù)之后，會得出異于其他正常作物的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)這些數(shù)據(jù)可以獲得洪澇對農(nóng)作物的危害程度。

目前，我國的洪澇災(zāi)害監(jiān)測遙感技術(shù)已經(jīng)較為成熟，針對洪澇周期較長，無法完全實(shí)時監(jiān)測的缺點(diǎn)，采用了微波遙感技術(shù)，它不受時間與天氣的影響，可以全天候監(jiān)測洪澇的動態(tài)信息，保證及時發(fā)現(xiàn)洪澇災(zāi)害的趨勢。

4.3 凍寒災(zāi)

凍寒災(zāi)害也是我國較為常見的農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害之一，它是指在生長期間由于溫度過低導(dǎo)致作物的傷害，輕度的凍寒災(zāi)可能會延遲作物生長，影響作物發(fā)育進(jìn)程；嚴(yán)重的凍寒災(zāi)會導(dǎo)致作物的大面積死亡，農(nóng)作物大幅度減產(chǎn)。與傳統(tǒng)監(jiān)控凍寒災(zāi)的技術(shù)相比，衛(wèi)星遙感技術(shù)可以快速準(zhǔn)確預(yù)測凍寒災(zāi)的發(fā)生時間與發(fā)生范圍。當(dāng)凍寒災(zāi)害發(fā)生時，作物的根部或者葉片的組織部位會受到損傷，抑制作物的正常生長，衛(wèi)星可以將凍寒災(zāi)發(fā)生前后的遙感圖像進(jìn)行比較，分析處理地面的植被指數(shù)，對農(nóng)作物的凍寒災(zāi)進(jìn)行數(shù)據(jù)識別。不同程度的低溫對作物的影響程度不同，同樣的低溫對不同成長階段的作物影響程度也不一樣，因此要科學(xué)合理地選擇實(shí)時監(jiān)測的遙感數(shù)據(jù)，在冬季農(nóng)作物回復(fù)活性前及時獲取圖像數(shù)據(jù)，以便以后數(shù)據(jù)之間進(jìn)行對比。

4.4 環(huán)境監(jiān)測

衛(wèi)星遙感技術(shù)還可以應(yīng)用在自然生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方面。它可以監(jiān)測農(nóng)村生態(tài)數(shù)據(jù)、城市開發(fā)建設(shè)狀況、礦產(chǎn)資源、草地覆蓋狀況、森林覆蓋狀況、生物多樣性及生態(tài)功能等情況，實(shí)時監(jiān)測城市、農(nóng)村的空氣質(zhì)量與遙感數(shù)據(jù)圖像，監(jiān)測周期在10至15天，空間分布率在50～100米。用衛(wèi)星遙感監(jiān)測，可以獲取較為準(zhǔn)確的環(huán)境數(shù)據(jù)信息，及時提供給決策者，針對環(huán)境問題，采取有效措施，減少環(huán)境污染，保護(hù)我國的生態(tài)環(huán)境。

衛(wèi)星遙感技術(shù)不論是經(jīng)濟(jì)性、時效性、準(zhǔn)確性上都比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)測方法有著不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，它逐漸成為我國農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測的主要手段。因此，要提高衛(wèi)星遙感監(jiān)測的使用范圍和監(jiān)測的準(zhǔn)確度，必須要進(jìn)一步加強(qiáng)研究不同作物受到不同災(zāi)害影響后的光譜變化特征及電磁波范圍，為農(nóng)業(yè)災(zāi)害的分析提供第一手準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，并結(jié)合專家意見與計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立農(nóng)業(yè)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫，為以后的農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)警提供資料。

在未來的監(jiān)測中，我國還必須要進(jìn)一步加強(qiáng)遙感、全球定位系統(tǒng)以及地理信息系統(tǒng)的集成，建立健全和完善信息農(nóng)業(yè)衛(wèi)星遙感技術(shù)與監(jiān)測評價系統(tǒng)，及時獲得農(nóng)業(yè)災(zāi)害種類、受災(zāi)面積、程度等數(shù)據(jù)信息，并精確定位災(zāi)害地點(diǎn)，評估和分析災(zāi)害，為農(nóng)業(yè)主管部門提供信息支持，讓它們及時采取措施，做好減災(zāi)救災(zāi)工作，盡量減少農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)損失。

[1]劉歆.遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展 [J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011（27）：144～145.

[2]鄒偉.基于高光譜成像技術(shù)的油菜信息獲取研究[D].浙江大學(xué)，2011.

[3]徐強(qiáng)，石軍南，劉建聰.ETM影像水體信息提取研究[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（8）：115～118.

[4]馬新明，楊林楠.農(nóng)業(yè)信息技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2010：183～185.

[5]劉大雙.利用Hypeion高光譜遙感數(shù)據(jù)估測森林葉面積指數(shù)[D].北京林業(yè)大學(xué)，2009.