遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的科普研究

王紅蕾

摘要遙感技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)眾多領(lǐng)域中得到了有效應(yīng)用并取得了顯著成就，將遙感技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)可促進(jìn)農(nóng)業(yè)健康發(fā)展，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)目標(biāo)。介紹遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)，提升農(nóng)業(yè)災(zāi)害防治人員對(duì)遙感技術(shù)的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè)災(zāi)害;監(jiān)測(cè);遙感技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：S127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）07–0125–02

農(nóng)業(yè)關(guān)系著國(guó)計(jì)民生和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。我國(guó)每年因農(nóng)業(yè)災(zāi)害造成的農(nóng)業(yè)減產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)損失數(shù)額巨大，加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的保護(hù)非常迫切[1]?，F(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和普遍應(yīng)用，極大地改變了人們的工作和生活方式，大幅提升了人們工作的質(zhì)量和效率。依托于現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的深入應(yīng)用，當(dāng)今農(nóng)業(yè)已經(jīng)向著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)不斷發(fā)展，將遙感技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中是近年來研究的熱點(diǎn)之一。

1 遙感技術(shù)概述

1.1 遙感技術(shù)的工作原理

遙感技術(shù)是利用光學(xué)探測(cè)儀器對(duì)空間環(huán)境中遠(yuǎn)距離的物體進(jìn)行非接觸探測(cè)和識(shí)別的一項(xiàng)綜合性技術(shù)。地球表面的物體都有輻射、吸收和反射電磁波的能力，由于不同物體的物理和化學(xué)性質(zhì)不同，導(dǎo)致不同物體輻射的電磁波波段各不相同，吸收和反射的電磁波的能力也各有差異，直觀的表現(xiàn)就是不同物體的電磁波信息和反射光譜不同，通過遙感技術(shù)形成的圖像也不同[2]。遙感技術(shù)就是通過遙感儀器對(duì)來自于地面物體的電磁波信息和反射光譜進(jìn)行采集獲取、分析處理、加工成像，最終在遙感技術(shù)作用下將不同物體的清晰圖像直觀地呈現(xiàn)出來，探測(cè)并識(shí)別地面不同物體。在掌握了目標(biāo)物體電磁波特征和反射光譜波段的前提下，利用遙感技術(shù)能夠在非接觸情況下可以采集和分析遠(yuǎn)距離目標(biāo)物電磁波數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的識(shí)別和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.2 遙感技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀

遙感技術(shù)起步于20世紀(jì)中期，該技術(shù)的起源是基于不同物體輻射和反射電磁波的特異性，并融合傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電磁波通信技術(shù)和航空航天技術(shù)等形成的一項(xiàng)綜合性技術(shù)。遙感技術(shù)起初用于幾何式定位，主要應(yīng)用于氣象的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)。隨著遙感技術(shù)的逐漸發(fā)展，目前已經(jīng)成為一項(xiàng)空間信息技術(shù)。通過遙感技術(shù)獲取地表信息，可以為相關(guān)領(lǐng)域開展工作提供指導(dǎo)。遙感技術(shù)的成像分辨率越來越高，應(yīng)用范圍也變得越來越廣泛。在氣象監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)、衛(wèi)生環(huán)境監(jiān)測(cè)、國(guó)土安全監(jiān)測(cè)、生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)評(píng)估、農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用[3]。

2 遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

農(nóng)業(yè)災(zāi)害防治是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，具體涉及的要素較多，囊括了技術(shù)、內(nèi)容、部門和地區(qū)等諸多方面，這些要素之間既相輔相成又相互制約。農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)是防治農(nóng)業(yè)災(zāi)害的基礎(chǔ)，提升農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)水平顯得尤為重要。農(nóng)業(yè)災(zāi)害具有難預(yù)見性、突發(fā)性、蔓延性和危害性等特點(diǎn)。在農(nóng)業(yè)災(zāi)害防治中，遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)災(zāi)害大范圍空間的實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲取農(nóng)業(yè)災(zāi)害發(fā)生的征象，在農(nóng)業(yè)災(zāi)害早發(fā)現(xiàn)、早防治方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。遙感技術(shù)在大幅提升監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的同時(shí)大大節(jié)約了時(shí)間、人力和資金成本，顯著提升了農(nóng)業(yè)災(zāi)害防治水平。當(dāng)前遙感技術(shù)發(fā)展已經(jīng)較為成熟，尤其在搭載了大數(shù)據(jù)技術(shù)和智能化技術(shù)后應(yīng)用空間得到了大幅度拓展，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中掀起了一場(chǎng)技術(shù)革新。

3 遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用

3.1 在旱災(zāi)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

遙感技術(shù)在旱災(zāi)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用主要是通過監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)形態(tài)和土壤含水率來實(shí)現(xiàn)的。借助微波遙感技術(shù)能夠24 h全天候連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤含水率，經(jīng)過反演模型推算后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的置信度達(dá)95%以上。微波遙感技術(shù)包括了主動(dòng)和被動(dòng)兩種，二者的原理和功能存在差異，應(yīng)用于旱災(zāi)監(jiān)測(cè)中具有互補(bǔ)作用。研究發(fā)現(xiàn)，土壤介電參數(shù)會(huì)影響土壤含水率監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此需要監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)形態(tài)，即監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)，具體是通過發(fā)射指定波段的微波，然后采集和分析反射回來的微波，達(dá)到監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)形態(tài)的目的。遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)表征農(nóng)作物生長(zhǎng)形態(tài)的常見指數(shù)有條件植被指數(shù)、歸一化植被指數(shù)、距平植被指數(shù)等[4]。

3.2 在洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

遙感技術(shù)是通過監(jiān)測(cè)洪澇災(zāi)害水體面積及水體深度來判斷洪澇災(zāi)害的發(fā)生面積和危害程度。洪澇災(zāi)害水體、土壤、農(nóng)作物和其他物體的反射電磁波譜有很大差異，遙感技術(shù)的傳感裝置就是通過獲取、識(shí)別和分析水體，土壤以及農(nóng)作物的反射電磁波譜來監(jiān)測(cè)洪澇災(zāi)害水體面積和水體深度，實(shí)現(xiàn)對(duì)洪澇災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

目前，常用的識(shí)別分析反射電磁波譜的方法有歸一化植被指數(shù)法、閾值法和譜間關(guān)系法。利用遙感技術(shù)能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到洪澇災(zāi)害發(fā)生前地面圖像和洪澇災(zāi)害發(fā)生后實(shí)時(shí)的水體面積圖像，對(duì)比分離前后圖像能夠準(zhǔn)確地掌握洪澇災(zāi)害的發(fā)生范圍，經(jīng)過對(duì)遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析可以獲取洪澇災(zāi)害的水體深度數(shù)據(jù)。利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)到的洪澇災(zāi)害數(shù)據(jù)信息，還可以幫助人們及時(shí)掌握和評(píng)估洪澇災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)的影響程度，為制訂抗災(zāi)救災(zāi)方案提供第一手的寶貴資料。

3.3 在病蟲害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè)主要采用人眼識(shí)別的方式，監(jiān)測(cè)效率低、局限性大、人力成本高，無法大范圍監(jiān)測(cè)病蟲。發(fā)生病蟲害后，農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)會(huì)受到影響，外觀形態(tài)也會(huì)發(fā)生變化，如葉子會(huì)由綠轉(zhuǎn)黃，葉片也會(huì)變得稀疏。遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)病蟲害就是通過監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的外觀形態(tài)變化來判斷和識(shí)別病蟲災(zāi)害。目前，常用的監(jiān)測(cè)病蟲害的遙感技術(shù)是光譜參數(shù)法，通過采集綠光波段反射峰向紅外光波段反射峰的變化數(shù)據(jù)來判斷農(nóng)作物是否發(fā)生病蟲害及病蟲害發(fā)生的范圍和程度。農(nóng)作物發(fā)生病蟲害后，其在可見光波段光譜反射率比正常農(nóng)作物高。在接近紅外光波段，其光譜反射率比正常農(nóng)作物低，反射光譜陡坡效應(yīng)會(huì)變得很微弱甚至消失[5]。目前，光譜參數(shù)法在農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè)中具有良好的監(jiān)測(cè)效果，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)病蟲害及評(píng)估病蟲害侵害范圍，為農(nóng)業(yè)病蟲害防治提供科學(xué)指導(dǎo)。

3.4 在凍害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

凍害主要發(fā)生在我國(guó)北方地區(qū)。農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)需要適宜的氣溫環(huán)境，發(fā)生凍害后，環(huán)境氣溫驟降，給農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)帶來不利影響，甚至?xí)?dǎo)致農(nóng)作物大片死亡，造成農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收。遙感技術(shù)利用光學(xué)傳感器采集地面農(nóng)作物的植被指數(shù)，然后通過歸一化植被指數(shù)法計(jì)算時(shí)間順序，根據(jù)時(shí)間變化反演監(jiān)測(cè)地區(qū)的地面氣溫變化情況，同時(shí)采集和分析凍害發(fā)生期間地面的遙感圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)凍害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。遙感技術(shù)能夠準(zhǔn)確高效地判斷出監(jiān)測(cè)區(qū)域是否出現(xiàn)了農(nóng)業(yè)凍害及凍害發(fā)生的范圍和程度，以便農(nóng)業(yè)人員及時(shí)掌握凍害影響程度并采取補(bǔ)救措施。

3.5 在風(fēng)雹災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

風(fēng)雹災(zāi)害是強(qiáng)對(duì)流天氣造成的，通常會(huì)伴有大風(fēng)、臺(tái)風(fēng)和冰雹等自然現(xiàn)象，具有突發(fā)性、持續(xù)時(shí)間短、危害大等特點(diǎn)。風(fēng)雹災(zāi)害通常會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物倒伏或折斷，甚至?xí)竺娣e死亡，造成農(nóng)作物產(chǎn)量或品質(zhì)下降。風(fēng)雹災(zāi)害具有自身的特殊性，目前只能利用遙感技術(shù)對(duì)風(fēng)雹災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警、評(píng)估風(fēng)雹災(zāi)害發(fā)生后的危害程度，無法早期判斷和識(shí)別風(fēng)雹災(zāi)害。發(fā)生風(fēng)雹災(zāi)害后，農(nóng)作物的植被指數(shù)會(huì)下降，遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)風(fēng)雹災(zāi)害是通過光學(xué)傳感器采集農(nóng)作物光譜反射率來獲取農(nóng)作物的植被指數(shù)信息，再利用歸一化植被指數(shù)法分析計(jì)算出風(fēng)雹災(zāi)害前后農(nóng)作物的遙感圖像，對(duì)比分析前后遙感圖像，得到風(fēng)雹災(zāi)害的空間分布面積和對(duì)農(nóng)作物造成的破壞程度。

3.6 在雪災(zāi)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

雪災(zāi)也是我國(guó)北方地區(qū)常見的農(nóng)業(yè)災(zāi)害，在冬小麥種植地區(qū)，嚴(yán)重的雪災(zāi)會(huì)影響冬小麥的返青，甚至造成冬小麥凍死，導(dǎo)致冬小麥的產(chǎn)量和質(zhì)量下降;在農(nóng)牧區(qū)，嚴(yán)重的雪災(zāi)會(huì)造成植被被大雪覆蓋，導(dǎo)致牛羊飼料緊缺甚至斷食，給牧民造成經(jīng)濟(jì)損失。目前，利用遙感技術(shù)可以全面監(jiān)測(cè)雪災(zāi)發(fā)生地區(qū)的地面圖像和信息，明確雪災(zāi)覆蓋面積和雪層厚度信息，通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)信息，可以為開展雪災(zāi)救援工作提供指導(dǎo)。

4 結(jié)束語

遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方面具有監(jiān)測(cè)范圍大、適用性強(qiáng)、監(jiān)測(cè)效率高、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息量大、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精確等優(yōu)勢(shì)。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，遙感技術(shù)還能深入挖掘農(nóng)業(yè)關(guān)鍵信息，為發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)作出決策提供有力的支持依據(jù)。在病蟲害、旱災(zāi)、霜凍、冰雹、洪澇等農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中，遙感技術(shù)能第一時(shí)間掌握農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)，盡早發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)災(zāi)害并進(jìn)行預(yù)警，及時(shí)掌握災(zāi)害發(fā)展態(tài)勢(shì)，為人們積極采取防治措施爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間，減少農(nóng)業(yè)災(zāi)害造成的損失。在農(nóng)業(yè)災(zāi)害防治中，遙感技術(shù)能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)災(zāi)害防治提供科學(xué)的指導(dǎo)，有效規(guī)避農(nóng)業(yè)災(zāi)害，提升農(nóng)業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)又好又快的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙兵杰，李陽.農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中遙感技術(shù)的應(yīng)用探討[J].居舍（研究探討）， 2019（6）： 154.

[2] 陳淑敏，張紅艷，曾奧麗，等.遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].衛(wèi)星應(yīng)用， 2020（8）： 19-24.

[3] 尹曉媛，付星基，劉甲明，等.遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)業(yè)，2017，11（20）：110-112.

[4] 常江.遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2017（3）：218-219.

[5] 岳軍紅，程曦，范雙江.遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用分析[J].農(nóng)村實(shí)用技術(shù)，2019（3）：23-24.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Popular Science Research of Remote Sensing Technol-ogy in Agricultural Disaster Monitoring

WANG Hong-lei （Institute of Agricu-ltural Remote Sensing and Information， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin， Heilongjiang 150000）

Abstract Remote sensing technology has been effectively applied in many fields in China and achieved remarkable achievements. The application of remote sensing technology in agricultural disaster monitoring can promote the healthy development of agriculture and achieve the goal of modern agriculture and intelligent agriculture. This paper introduces the application of remote sensing technology in agricultural disaster monitoring and improves the understanding of remote sensing technology for agricultural disaster prevention and control personnel.

Key words Agricultural disasters; Monitoring; Remote sensing technology; Application