1、高光譜遙感技術在農業上的應用河南城建學院測繪一班第九組小組成員（張龍豐、楊晶晶、姜海龍、趙亮、劉通）高光譜遙感技術在農業上的應用摘 要 : 介紹了高光譜遙感在作物長勢監測、以及農作 物估產等農業領域上的應用。關鍵詞:高光譜;遙感技術;農業;應用遙感是 20 世紀 60 年代發展起來的對地觀測綜合性技術,是指應用探測儀器 , 不與探測目標相接觸, 從遠處把目標的電磁波特性記錄下來,通過分析,揭示出物體的特征性質及其變化的綜合性探測技術。經過幾十年的發展,無論在遙感平臺、遙感傳感器、還是遙感信息處理、遙感應用等方面,都獲得了飛速的發展 ,目前遙感正進入一個以高光譜遙感技術、微波遙感技術為主的時代.

2、從地面遙感傳感器到測視雷達,從田間養分速測儀到星載的成像光譜儀,遙感技術在農業領域的應用已有了很大進展,同時取得了巨大的經濟效益和社會效益。1. 高光譜遙感技術的產生高光譜遙感即高光譜分辨率遙感(Hyperspectral Remote Sensing) ,是指利用很多很窄的電磁波波段從感興趣的物體獲取有關數據,它的基礎是測譜學(Spectroscopy)。 高光譜遙感技術主要特點是波段多、光譜分辨率高、空間分辨率較高、 鄰波段的相關性高,數據冗余大。經國際遙感界的共識,光譜分辨率在10-2人的遙感信息稱之為高光譜遙感。高光譜遙感與常規遙感數據的主要區別在于它能獲取觀測各種地物的連續光譜信息,

3、并借此定義特殊的光譜特征,并且有些在寬波段遙感中不可探測的物質,在高光譜遙感中能被探測。高光譜遙感技術是連接遙感數據處理、地面測量、光譜模型和應用的強有力工具,其顯著特點是在特定光譜區域以高光譜分辨率同時獲取連續的地物光譜圖像,其超多波段信息使得根據混合光譜模型進行混合象元分解獲取“子象元 ”或“最終光譜單元 ”信息的能力得到提高,從而使得遙感應用著重于在光譜維上進行空間信息展開,定量分析地球表層生物物理化學過程和參數。2 高光譜遙感在農業上的應用高光譜遙感在農業中的應用,主要表現在快速、精確地進行作物生長信息的提取、作物長勢監測、估算植被(作物)初級生產力與生物量、估算光能利用率和蒸散量以及

4、作物品質遙感監測預報。從而相應調整投入物資的投入量,達到減少浪費,增加產量,改善品質,保護農業資源和環境質量的目的。高光譜遙感憑借其極高的光譜分辨率為精細農業的發展提供了技術保障和數據來源。2. 1 作物生長信息的提取作物生產中準確、迅速、經濟地判斷作物氮營養狀況,進而確定氮肥需要量,對提高作物的實時精確施肥具有重要意義。近年來,隨著相關領域科技水平的不斷提高,氮素營養診斷的測試技術正由傳統的實驗室常規測試向田間直接無損測試方向發展; 同時測試水平正由定性或半定量的手工測試向精確定量的智能化方向發展。目前針對作物氮素診斷的智能化無損測試技術已成為國內外研究的熱點,其中較成熟的技術方法主要有便攜

5、式葉綠素儀法和遙感系統中應用的高分辨率多光譜近地測量技術。這兩項技術都是基于當作物氮素發生變化時,其光譜反射特性發生改變的基礎上,但在具體的應用中兩者又有所不同。相對于傳統的低光譜分辨率遙感（通常指光譜分辨率在0. 1m以上）而言，高光譜分辨率遙感（光譜分辨率在0. 1仙m以下）數據最主要的特點就是成像通道數量的增加和成像波段的變窄。從而使植被遙感的監測目標發生了很大的變化 ,獲取子像元（最終光譜單元信息）的能力得到提高,使得遙感應用著重于在光譜維上進行空間信息展開,定量分析地球表層生物物理化學過程。通過高光譜遙感植被指數技術可以提取植被冠層結構定量信息。2. 2 作物長勢監測作物的反射光譜特

6、征主要由葉片中的葉肉細胞、葉綠素、 水分含量和其他生物化學組分對光線的吸收和反射形成的,受葉色、葉片結構及水分狀況、 葉片的生理生化性質、植株形態及長勢長相等因素的影響。可見光波段反射率主要受葉綠素等各種色素的影響,近紅外波段反射率則由葉片水分狀況起決定作用,不同的植物、同一作物的不同生育時期,以及同一作物的不同健康狀況,其光譜反射特性均不一樣。高光譜遙感以其超多波段、光譜分辨率高等特點被用來反演葉子各組分含量,監測作物的生長狀況。為了探索植物葉片氮素遙感診斷的可能性, 20世紀 70年代以來有關科學家就進行了大量的基礎研究,尋找氮素的敏感波段及其反射率在不同氮素水平下的表現。研究發現許多植物

7、在缺氮時無論是葉片還是植物冠層水平的可見光波段反射率都有增加,對氮含量變化最敏感的波段在530560 nm區域。馮偉通過分析小麥葉片糖氮比與冠層高光譜參數的定量關系,確立小麥葉片糖氮比的定量監測模型,與傳統的破壞性取樣及實驗室化學分析方法相比,該研究為小麥葉片糖氮比的定量分析提供了一種無損、快速的技術途徑,同時也拓展了作物生理參數遙感監測的研究領域。研究結果對于小麥植株生長特征及碳氮代謝參數的實時監測和精確診斷具有重要意義,為遙感技術在精準農業中的可能應用奠定了技術基礎。2. 3 作物脅迫監測李德成等模擬酸雨對水稻葉片反射光譜特性的影響,結果表明 :酸雨會引起水稻葉片反射光譜可見光區和中紅外區

8、的反射率升高,近紅外區的反射率降低,相應的反射率比值也隨之變化,一階和二階導數光譜藍移,且上述變化的程度與酸雨的酸度、水稻的品種和生育期有關。水稻受重金屬鉻和銅污染傷害后,無論在生理上還是在反射光譜方面變化都比較顯著,特別是鉻和銅拌土生長的水稻在分蘗期受到的影響最明顯。植物光譜的導數實質上反映了植物內部物質（葉綠素及其它生物化學成分）的吸收波形變化。可以通過植物的光譜特性監測植物（作物）的各種缺素癥和病蟲害。2. 4 作物品質遙感監測預報中國對優質農作物有巨大需求,部分優質農作物產品供不應求或依賴進口。通過監測作物生長過程而進行調優栽培,優化作物分類收獲、分級收購加工體制,提高作物品質監控水平

9、是保證作物品質的重要組成部分。遙感技術的發展為作物品質信息的監測和預報提供了快捷、低廉、 無損檢測的手段。近期研究重點是區域性的遙感模型與農學模型鏈接,農作物品質遙感-農學監測復合模型研制。綜合考慮土壤因子、氣象因子等,通過監測作物干旱、過量施氮、病蟲害、倒伏等作物品質的限制性因子,監測作物的生長和營養狀況,鏈接遙感數據和作物模型,有望建成實用化和商業化的作物品質監測預報系統,以指導作物分類收獲,分級收購、 加工或貯藏;對農作物產品實現優質優價,為糧食期貨和參與國際糧食貿易提供決策信息,大大縮短糧食加工企業的檢測化驗時間并降低成本。3總結：作為對地觀測高新技術發展起來的高光譜遙感，已經成為3s

10、技術的重要組成部分,可以應用于土地資源調查、農作物生長監測、土壤等環境條件對農作物生長影響的監控、病蟲害測與評估、估產等許多方面。但對高光譜遙感數據的分析方法限制了其在某些方面的應用,所以高光譜遙感信息的提取及解譯還需要進一步提高,為應用領域的擴展提供理論基礎。目前,在農業方面地面遙感已經取得了比較全面的進展,但由地面光譜向高空的反演仍處于探索階段。高光譜遙感技術的發展為多平臺遙感相結合的實現提供可能,隨著星-機-地一體化技術的發展,可以通過衛星遙感數據更為準確地獲取田間作物高光譜信息,結合GPS、GIS等信息技術指導農業生產實踐。高光譜遙感在農業上的應用是遙感技術在農業上研究發展進程的重要段,我國應該加快研究步伐,從而縮短與世界先進國家的差距,利用新的科學技術尤其是高光譜遙感這類技術更好的發展我國農業。參考文獻:1 閆慶祥,葉劍秋李開綿,等 . 9 個木薯新品種(系)引種試種適