農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測技術(shù)在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域中的應(yīng)用研究

隨著我國各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，遙感技術(shù)的應(yīng)用得到了更為廣泛的利用，農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)不僅是節(jié)約資源，還可以在應(yīng)用中有效收集農(nóng)業(yè)資源及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，進(jìn)行全方位的精準(zhǔn)分析、定位、定量，指導(dǎo)將其進(jìn)行科學(xué)合理的應(yīng)用。文章介紹了農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、產(chǎn)量調(diào)查、病蟲害、災(zāi)情監(jiān)測預(yù)警等領(lǐng)域起到的重要作用，以期為我國農(nóng)業(yè)政策方針的決策者提供可靠的參考依據(jù)。

遙感技術(shù)在我國的各行各業(yè)均有所應(yīng)用，在農(nóng)業(yè)中使用遙感技術(shù)，對(duì)于節(jié)約勞動(dòng)力，精準(zhǔn)確定管理模式，將起到積極作用，在資源管理過程中應(yīng)用遙感技術(shù)，對(duì)于提高農(nóng)業(yè)資源管理水平有積極的幫助，對(duì)遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)種植的經(jīng)濟(jì)效益中也發(fā)揮巨大的作用。

一、典型農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)介紹

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在一定程度上具有不可預(yù)測性，其中受自然環(huán)境、氣象災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害以及種植管理欠缺等因素的影響，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)雖存在諸多變量，但也不是無規(guī)律可循的，面對(duì)不確定性帶來的挑戰(zhàn)，我們其實(shí)可以通過農(nóng)業(yè)監(jiān)測來達(dá)到管控和預(yù)警的目的。

1、農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)的定義

農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)是一種利用航空或衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）等技術(shù)手段，對(duì)農(nóng)田進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和分析的方法。通過收集和分析農(nóng)田的光譜、溫度、濕度等信息，可以獲得植物生長狀況、土壤濕度、病蟲害和營養(yǎng)狀況等關(guān)鍵參數(shù)。這些數(shù)據(jù)可以為農(nóng)民提供準(zhǔn)確的農(nóng)田管理指導(dǎo)，幫助他們決定最佳的灌溉、施肥、病蟲害防治等措施，從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)具有無損、高效、定量、遠(yuǎn)程等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和成本的降低，農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)將在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，并為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。

農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用方面已經(jīng)取得了顯著成果。舉例來說，有些地方利用無人機(jī)和衛(wèi)星圖像進(jìn)行農(nóng)田監(jiān)測，借助遙感技術(shù)評(píng)估農(nóng)田的植被覆蓋、水分需求和土壤養(yǎng)分狀況，以優(yōu)化灌溉和施肥管理。同樣，有些地方利用遙感技術(shù)監(jiān)測農(nóng)田環(huán)境，通過分析圖像數(shù)據(jù)，農(nóng)民能夠評(píng)估水分情況、土壤質(zhì)量和植被狀況，以更好地管理和保護(hù)農(nóng)田環(huán)境。此外，還有小農(nóng)戶也開始應(yīng)用遙感技術(shù)，使用無人機(jī)或衛(wèi)星圖像評(píng)估農(nóng)田的植被指數(shù)、作物狀況和土地利用類型，以實(shí)現(xiàn)精確的灌溉和施肥。這些案例僅僅是農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)應(yīng)用的一部分，而在全球范圍內(nèi)，許多地方都采用這一技術(shù)來提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和資源管理。具體的應(yīng)用情況因地區(qū)、農(nóng)場規(guī)模和作物類型而有所不同。

2、重視農(nóng)業(yè)種植監(jiān)測的原因

①面對(duì)充滿變數(shù)的市場以及監(jiān)測手段的欠缺，農(nóng)戶對(duì)市場行情以及作物種植信息的把握程度不夠，導(dǎo)致他們不能及時(shí)根據(jù)外部變化來轉(zhuǎn)變自己的生產(chǎn)方式，也不能在作物存在種植問題的時(shí)候，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取應(yīng)對(duì)措施；

②農(nóng)業(yè)監(jiān)管部門為了更好地對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)管，需要大量、及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)作為決策參考信息，如果存在信息的滯后或是不準(zhǔn)確的問題，不僅使得監(jiān)管部門無法科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)戶生產(chǎn)，也會(huì)因此造成農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈存在漏洞，導(dǎo)致供求失衡，帶來經(jīng)濟(jì)損失。

隨著智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展和經(jīng)營水平的提升，我國農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測有了很大的突破。在智慧農(nóng)業(yè)的探索中，遙感技術(shù)的運(yùn)用非常普遍，它能高效獲取作物長勢、種植面積、田間病蟲害等信息，為完善農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)奠定基石。

二、農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮的作用

1、熱紅外遙感

熱紅外遙感是利用熱輻射特性對(duì)地球表面進(jìn)行觀測和監(jiān)測的一種遙感技術(shù)。它通過測量和記錄地表物體發(fā)出的紅外輻射，獲取地表物體的熱信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地表溫度、地表布局、熱輻射突變等信息的獲取與分析。熱紅外遙感技術(shù)的基礎(chǔ)是地表物體的紅外輻射特性。地表物體在熱輻射中呈現(xiàn)出不同的特征，具有可見光不具備的信息。利用熱紅外遙感技術(shù)可以獲取地表物體的溫度信息，通過分析地表溫度變化，可以判斷地表物體的性質(zhì)、狀況、活動(dòng)等。熱紅外遙感主要通過紅外傳感器獲取地球表面的熱輻射信號(hào)。紅外傳感器能夠感測到地表物體發(fā)出的紅外輻射，然后將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字或者模擬信號(hào)，傳輸給遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步分析。熱紅外遙感技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。在環(huán)境監(jiān)測方面，可以用于監(jiān)測地表溫度變化、水資源的熱變化、火災(zāi)監(jiān)測等；在城市規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)中，可以利用熱紅外遙感技術(shù)分析建筑物的熱損失情況、熱島效應(yīng)等。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，熱紅外遙感技術(shù)可以用于監(jiān)測和管理農(nóng)作物的生長狀況、農(nóng)田的土壤濕度等。下面是熱紅外遙感在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用詳述：

①植被健康監(jiān)測：熱紅外遙感可以幫助農(nóng)業(yè)工作者監(jiān)測農(nóng)作物的生長狀況和健康狀況。通過測量植物的紅外輻射，可以獲得植物的表面溫度和熱輻射特征。這些數(shù)據(jù)可以用來評(píng)估植物的健康水平和生長狀況，幫助農(nóng)民了解農(nóng)作物是否受到病蟲害、干旱、氣溫等因素的影響，采取相應(yīng)的措施，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)管理。這有助于減少資源浪費(fèi)、提高產(chǎn)量和質(zhì)量。

②土壤濕度監(jiān)測：熱紅外遙感可以用于監(jiān)測和評(píng)估農(nóng)田土壤的濕度。濕度是影響農(nóng)作物生長和產(chǎn)量的重要因素之一。通過測量地表的熱輻射，可以推測土壤的濕度情況。熱紅外遙感技術(shù)可以提供高時(shí)空分辨率的土壤濕度分布圖，幫助農(nóng)民合理安排灌溉和施肥等農(nóng)事活動(dòng)，提高農(nóng)田的水資源利用效率。

③農(nóng)作物生長監(jiān)測：熱紅外遙感技術(shù)可以監(jiān)測和評(píng)估農(nóng)作物的生長狀況。農(nóng)作物的生長受到溫度、濕度、陽光等因素的影響，這些因素可以通過測量農(nóng)田地表的熱輻射來了解。熱紅外遙感可以獲取不同階段農(nóng)作物的熱特征，幫助農(nóng)民了解農(nóng)作物的發(fā)育情況、生長速率等，從而合理調(diào)整農(nóng)事活動(dòng)，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

④病蟲害預(yù)警：熱紅外遙感技術(shù)可以用于早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)警農(nóng)作物的病蟲害。這項(xiàng)技術(shù)可以在農(nóng)作物生長過程中快速檢測到作物病害、雜草和有害昆蟲的存在。有助于及早采取措施，有效控制病蟲害的傳播和損失。不同病蟲害對(duì)農(nóng)作物的影響會(huì)導(dǎo)致不同的熱輻射變化。通過測量農(nóng)田地表的熱輻射，可以檢測到植物受病蟲害影響的特征，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)和防治病蟲害，減少農(nóng)作物損失。

2、雷達(dá)遙感技術(shù)

雷達(dá)遙感技術(shù)是一種利用雷達(dá)系統(tǒng)傳輸和接收電磁波來獲取物體特征和信息的遙感技術(shù)。雷達(dá)遙感技術(shù)的工作原理是利用雷達(dá)發(fā)射器向目標(biāo)物體發(fā)射微波信號(hào)（通常是10-100cm波長），然后接收器接收被目標(biāo)物體散射回來的信號(hào)。通過測量信號(hào)的時(shí)間延遲、幅度和相位變化，可以推斷目標(biāo)物體的位置、形狀、結(jié)構(gòu)和其他特征。雷達(dá)遙感技術(shù)的主要優(yōu)勢在于相比其他遙感技術(shù)如光學(xué)遙感，其無視天氣和光照條件，能夠穿透云層和霧霾。無受光照條件的限制，可以實(shí)現(xiàn)全天候、全天時(shí)的觀測。其次，雷達(dá)擁有很高的分辨率與極大的覆蓋范圍，它可以同時(shí)獲取大面積地區(qū)的數(shù)據(jù)，提供的高分辨率數(shù)據(jù)可以有效地觀測地表或者大氣中的小尺度目標(biāo)。雷達(dá)遙感技術(shù)的最顯著特點(diǎn)是能夠獲取目標(biāo)物體的高度和形狀等三維信息。

雖然雷達(dá)起初主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，但如今廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，包括農(nóng)業(yè)、氣象、地質(zhì)勘察、環(huán)境監(jiān)測等。雷達(dá)遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，可以用于監(jiān)測土地利用變化、農(nóng)田水分監(jiān)測、作物生長監(jiān)測以及地形和水體監(jiān)測等。以下是這些應(yīng)用的詳細(xì)介紹：

①地表變化監(jiān)測：雷達(dá)遙感可以用于監(jiān)測土地利用的變化情況，包括土地覆蓋類型的變化和土地利用方式的變化。通過獲取不同時(shí)間點(diǎn)的雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)，可以對(duì)農(nóng)地的變化進(jìn)行分析和比較。例如，可以檢測農(nóng)田的變化是否由于城市的擴(kuò)張導(dǎo)致，或者是否由于農(nóng)民的耕作方式改變引起。

②農(nóng)田水分監(jiān)測：雷達(dá)遙感可以通過測量土壤的微波反射率來估計(jì)土壤水分的含量。通過監(jiān)測土壤的水分狀況，農(nóng)民可以制定精確的灌溉計(jì)劃，避免水分過量或不足的問題。如果土壤水分過高，農(nóng)民可以調(diào)整灌溉水量，以減少浪費(fèi)并避免病蟲害。

③檢測葉面積指數(shù)：葉面積指數(shù)是衡量植物葉面積密度的指標(biāo)，它可以幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的農(nóng)民和農(nóng)業(yè)科學(xué)家評(píng)估植物生長和健康狀況，優(yōu)化農(nóng)作物管理和增加產(chǎn)量。通過監(jiān)測作物的生長情況和植被指數(shù)等參數(shù)，雷達(dá)遙感可以評(píng)估作物的健康狀況和產(chǎn)量。例如，通過測量作物的葉面積指數(shù)，可以了解作物的葉片覆蓋情況和光合效率。這對(duì)于預(yù)測作物產(chǎn)量、制定農(nóng)藥施用計(jì)劃和識(shí)別病蟲害等都非常重要。

3、衛(wèi)星圖像分析

衛(wèi)星圖像分析在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用。通過獲取和分析高空間分辨率的衛(wèi)星圖像，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測農(nóng)田土地利用情況、作物生長狀態(tài)和農(nóng)作物的健康狀況。這種技術(shù)為農(nóng)民和農(nóng)業(yè)部門提供了精確而實(shí)用的農(nóng)業(yè)管理信息。衛(wèi)星圖像分析還可以幫助農(nóng)民對(duì)農(nóng)田進(jìn)行土壤含水量監(jiān)測，以確保適度灌溉，并支持決策制定。衛(wèi)星圖像還能提供準(zhǔn)確的病蟲害監(jiān)測，幫助農(nóng)民及時(shí)采取防控措施，降低農(nóng)作物損失。此外，衛(wèi)星圖像分析還可用于農(nóng)田的土壤質(zhì)量和養(yǎng)分評(píng)估，幫助農(nóng)民合理施肥和優(yōu)化農(nóng)田的土壤管理。

衛(wèi)星圖像分析還能進(jìn)行作物產(chǎn)量估計(jì)，通過監(jiān)測農(nóng)田中的作物覆蓋面積和生長情況，可以對(duì)作物產(chǎn)量進(jìn)行精確預(yù)測。這有助于農(nóng)民進(jìn)行種植管理、市場需求預(yù)測和農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的優(yōu)化?？偠灾l(wèi)星圖像分析在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用不僅能提供農(nóng)業(yè)管理決策所需的數(shù)據(jù)和信息，還可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性、效率和質(zhì)量。

4、UAV（無人機(jī)）遙感

無人機(jī)遙感在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用具有高效性、高分辨率和高時(shí)效性等優(yōu)勢，可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精確的圖像和數(shù)據(jù)支持，幫助農(nóng)民提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化資源利用和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。無人機(jī)搭載的遙感設(shè)備也十分多樣化，可以通過搭載不同的功能模塊來達(dá)到不同的檢測目的：

①航空攝像機(jī)：無人機(jī)搭載的航空攝影機(jī)可以獲取高分辨率的航拍圖像，用于農(nóng)田的土地利用監(jiān)測和評(píng)估。通過獲取農(nóng)田的高分辨率影像，農(nóng)民和農(nóng)業(yè)部門可以更準(zhǔn)確地判斷土地的類型和利用情況，優(yōu)化土地利用規(guī)劃，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

②多光譜相機(jī)：無人機(jī)還可以搭載多光譜相機(jī)，對(duì)農(nóng)田進(jìn)行植被監(jiān)測和病蟲害識(shí)別。多光譜相機(jī)能夠捕捉到不同波段的光譜信息，通過對(duì)作物的光譜反射率進(jìn)行分析，可以判斷作物的健康狀況和生長情況。此外，結(jié)合人工智能和圖像處理算法，無人機(jī)還可以監(jiān)測和識(shí)別農(nóng)田中的病蟲害，幫助農(nóng)民采取及時(shí)的防治措施，減少農(nóng)作物的損失。

③熱紅外相機(jī)：熱紅外相機(jī)用于農(nóng)田的熱區(qū)域監(jiān)測。熱紅外相機(jī)能夠捕捉到物體發(fā)出的紅外輻射熱像，并通過溫度差異識(shí)別出農(nóng)田中的植物疾病、土壤濕度差異等問題。通過熱紅外監(jiān)測可以幫助農(nóng)民及時(shí)發(fā)現(xiàn)農(nóng)田中的異常情況并采取相應(yīng)的措施。

除了提到的航空攝影機(jī)、多光譜相機(jī)和熱紅外相機(jī)，無人機(jī)還可以搭載其他設(shè)備來實(shí)現(xiàn)更多功能。比如：無人機(jī)可以搭載氣象傳感器，用于測量氣溫、濕度、大氣壓力等氣象參數(shù)，幫助農(nóng)民了解氣象條件，優(yōu)化農(nóng)作物的種植和生長；搭載探測設(shè)備可以探測土壤和水資源的變化情況，幫助農(nóng)民精確測量土壤的濕度分布，優(yōu)化灌溉策略，提高水資源利用效率，或者是測量土壤的質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、養(yǎng)分含量等指標(biāo)，幫助農(nóng)民了解土壤的肥力狀況，進(jìn)行精準(zhǔn)施肥和土壤改良；無人機(jī)還能夠搭載植保噴霧裝置，用于農(nóng)田的植物保護(hù)。利用精準(zhǔn)的位置控制和飛行軌跡規(guī)劃，無人機(jī)可以在農(nóng)田中精確噴灑農(nóng)藥和化肥，減少藥劑的浪費(fèi)和環(huán)境污染。這些不同的設(shè)備可以根據(jù)農(nóng)民或農(nóng)業(yè)部門的需求進(jìn)行選擇和搭載，實(shí)現(xiàn)更多種類的農(nóng)業(yè)應(yīng)用和服務(wù)。

三、遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景

遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，借助該技術(shù)能夠?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各項(xiàng)重要指標(biāo)進(jìn)行全面精準(zhǔn)的掌握。在農(nóng)作物種植過程中依托所監(jiān)測到的結(jié)果，制定可持續(xù)利用方案，不僅能夠使得土地資源合理利用，同時(shí)還可以進(jìn)一步提高農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。未來遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景主要體現(xiàn)在以下方面：一是發(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)展的重要方向。隨著遙感技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷拓寬，如在農(nóng)作物種植時(shí)制定了干旱模型，但是這種模型相對(duì)單一，未來還應(yīng)當(dāng)積極制定全方位的遙感信息模型，助力農(nóng)作物的健康生長。二是積極發(fā)展微波遙感技術(shù)。微波遙感技術(shù)的特征體現(xiàn)在穿透性、全天侯等方面。微波遙感技術(shù)能夠?qū)毫犹鞖鈱?duì)云霧區(qū)、冰雪覆蓋區(qū)等地方等農(nóng)作物進(jìn)行全面監(jiān)測，獲悉農(nóng)作物等生長狀況，然后對(duì)生產(chǎn)模式進(jìn)行優(yōu)化。三是綜合利用遙感技術(shù)進(jìn)行病蟲害防治。農(nóng)作物感染病蟲害之后，葉片結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，借助專業(yè)化的遙感技術(shù)可以感知這種變化，分析農(nóng)作物的受害情況，然后制定科學(xué)合理的病蟲害防治方案，降低防治成本，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量。

總之，農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測技術(shù)是一種通過衛(wèi)星、飛機(jī)、無人機(jī)等遙感平臺(tái)獲取農(nóng)田信息的技術(shù)。它利用不同光譜波段的圖像分析農(nóng)田特征，如植被生長狀況、土壤濕度、作物病蟲害等。該技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，幫助農(nóng)民監(jiān)測植物健康、指導(dǎo)施肥灌溉、早期預(yù)警病蟲害以及評(píng)估土壤質(zhì)量和水資源利用情況。然而，盡管具有重要應(yīng)用價(jià)值，該技術(shù)在精度和可靠性方面仍然面臨挑戰(zhàn)，并需解決數(shù)據(jù)獲取、處理和分析等問題。農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和氣象條件有著非常密切的關(guān)系，特別是北方地區(qū)旱澇、風(fēng)暴等氣象災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響很嚴(yán)重，同時(shí)農(nóng)村又是遭受氣象災(zāi)害最為嚴(yán)重的地區(qū)。加快發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村，保障糧食生產(chǎn)，氣象服務(wù)在其中具有重要作用。同時(shí)，還必須重視合理利用氣候資源，強(qiáng)化氣象科技的支撐，面對(duì)新農(nóng)村建設(shè)的需求，必須完善農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)體系和農(nóng)村氣象災(zāi)害防御體系，大力發(fā)展農(nóng)村公共氣象服務(wù)，充分發(fā)揮氣象在防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)對(duì)氣侯變化和利用氣候資源中的作用，有效防御氣象災(zāi)害，確保農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收。

（作者單位：454850 河南省焦作市溫縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局）