1、遙感技術在精準農業中的應用精準農業又稱精細農業、精確農業、精準農作和處方農業。精準農業基于農田作物和環境的空間差異性，是通過各種技術手段來獲取農田內不同單元的農田信息，并由此利用變量技術來進行農田優化管理，以便實現生產過程精細化、準確化的農業經營管理系統。在精準農業的框架下，可以根據地塊土壤、水肥、作物病蟲害、雜草及產量等在時間與空間上的差異，來進行相適宜地耕種、施肥、灌溉、用藥及收獲，其目的是以合理的投入來獲得最好的經濟效益，并保護環境，以確保農業的可持續發展。鑒于我國及全球人口不斷增長和土地資源減少的矛盾不可逆轉，精準農業在減少投入、降低成本、減輕環境污染、農產品可控化、標準化和批量化等方

2、面均有積極的作用和意義。在精準農業中，田塊內的作物狀態及其生長環境的空間差異是進行農業精準管理的關鍵。遙感可在不同的電磁譜段內周期性地收集地表信息，已成為人們研究、識別地球和環境的主要方法。遙感信息為精準農業所需空間信息差異參數的快速、準確、動態獲取提供了重要的技術手段。早期由于受分辨率、時間周期、地理、空域、氣象條件、監測成本高及遙感技術發展水平等因素的限制，遙感技術在農業領域的應用只局限于服務區域的重大決策。20世紀70年代，遙感開始進入一個，高速發展的階段并廣泛地應用于農業生產監測，在作物識別、面積估算、長勢監測、旱情監測、災害評估和作物產量估計等方面，均取得了較大的成績，然而遙感信息在

3、時空分辨率及所提供信息的精度和豐度還不能滿足精準農業對農田信息的需求。近20年來，隨著遙感技術的發展，遙感技術在精準農業領域開始發揮越來越大的作用，在指導農田灌溉、施肥、病蟲害防治、雜草控制、農作物收獲及災后損失評估等方面均已有很多成功的應用。以下將對遙感技術在精準農業領域部分應用研究進行介紹。遙感可為精準農業提供以下兩類農田與作物的空間分布信息：一類是基礎信息，這種信息在作物生育期內基本沒有變化或變化較少，主要包括農田基礎設施、地塊分布及土壤肥力狀況等信息；另一類是時空動態變化信息，包括作物產量、土壤嫡情、作物養分狀況、病蟲害的發生/發展狀況、雜草的生長狀況以及作物物候等信息。一、基礎信息獲

4、取1,農田基礎設施調查主要包括農田道路、水利設施等，是農業生產和農田管理的基礎保障。掌握區域農田基礎設施的空間分布狀況，是現代農業生產中充分發揮這些設施作用的前提。使用遙感技術可以在較大范圍內實現農業基礎設施的快速調查。傳統的遙感農田道路及水利設施的信息提取主要有以下3種方法:基于像元尺度的影像自動分類技術、人機交互模式下的人工解譯提取技術及自動識別跟蹤方法。目前，影像分類有了新的改進方法，面向對象的多尺度分割技術可以更加有效地利用所要提取對象的形態特征，在對道路和水渠等線性特征地物進行提取時，可取得更好的效果。富錦市設施農用地分布圖一注定k修,11-pjJjrF4Jtny,*iC-t4i!P

5、B*rSIX_jI尸lr支處或用電2014年黑龍江省富錦市設施農用地分布圖基于遙感人工目視解譯技術，并結合野外調查的方式，對融合后的高分一號衛星、資源三號衛星遙感影像數據進行信息提取，形成包含育秧棚、晾曬場、農機站等在內的富錦市設施農用地分布圖。2 .地塊分布調查精準農業中的變量管理技術是通過將農田分為較小的管理單元來實現，被定義為“農田中產量限制因子均一并且適合進行統一作物投入的田塊”。與早期精準農業“FarmingByFoot”的概念相比，基于管理單元進行的精準耕作更具有可操作性。利用高分辨率遙感影像進行地塊邊界及其空間分布的提取，不僅時效性強、精度高，而且符合中國農村高度分散條件下的精準

6、農業的實施。2014年寶泉嶺農墾管理局軍川農場耕地資源調查情況圖利用高分一號衛星16m分辨率寬幅多光譜影像數據，對軍川農場耕地進行分塊調查、集中編號，實現精準確權，進一步規范化、科學化、數字化地籍管理工作。3 .土壤狀況調查土壤狀況是決定農田潛在生產力的主要因素，土壤性狀及肥力狀況信息可以為精準農田管理提供響應依據。一般可以通過改進土壤肥力指標來提高作物單產，這些指標包括土壤有效氮及其他宏觀或微觀植物養分、地塊的相對位置和坡度以及土壤有機質含量。土壤的反射光譜主要受其物理性質、化學成分及礦物成分的影響，通過地物反射光譜可以有效區分不同類型的土壤，并可用于土壤肥力狀況的調查。目前，遙感技術已經可

7、以成功地獲取土壤的有機碳、N、P、K、Ca、鹽分以及總有機質等的含量信息，并可以對土壤的pH值等化學屬性進行估算。這些信息可以直接用于土壤肥力的評價與空間制圖。土壤結構也是影響土壤反射光譜的因素之一，近幾年，利用遙感對土壤物理性質進行監測也在逐漸開展中，并且取得了較好的效果，監測對象包括土壤顆粒大小、質地及粘粒含量等。這些土壤結構參數對土壤水分的涵養及養分物質的遷移有重要的影響，可以用于評估土壤的排灌能力和肥料的利用效率。4D80Iic工_i；iiiircnii,ntII裸工BidHStill160April9,2013(joEye-JImagery2013年4月冬小麥氮肥推薦施肥圖通過利用大

8、區域尺度上冬小麥施肥推薦方法，對GeoEye-1衛星遙感影像數據進行綜合分析，確定遙感植被指數與冬小麥氮素營養及最終產量的變化規律，為冬小麥的氮營養診斷和大面積小麥的氮肥管理提供依據。二、時空動態變化信息的獲取及利用下面從長勢監測、農田灌溉、施肥、病蟲害防治、雜草控制及作物收獲等5個方面對遙感技術在現代農業領域的應用進行說明。1 .長勢監測作物長勢是指作物的生長狀況與趨勢。作物長勢可以用個體和群體特征來描述，獲取作物長勢的傳統方法是地面調查，現代農業生產中則主要利用遙感技術監測作物生長狀況與趨勢。作物長勢的遙感監測充分體現了遙感技術宏觀、客觀、及時、經濟的特點，可為田間管理提供及時的決策支持信

9、息，并為早期估測產量提供了依據。特別是隨著“3鰥成應用技術、高分辨率衛星資料和大數據計算技術等的快速發展，農作物長勢遙感監測信息已成為指導農業生產不可或缺的重要信息。(a)2014年7月2日作物長勢圖(b)2014年8月9日作物長勢圖(c)2014年8月29日作物長勢圖黑龍江省農墾牡丹江管理局云山農場作物長勢監測利用高分一號衛星16m分辨率寬幅多光譜遙感影像數據，依據歸一化植被指數(NDVI)的差異，對黑龍江省農墾牡丹江管理局云山農場的三個不同生長期作物長勢進行監測，實現了作物長勢時空動態監測。圖中將作物長勢情況分為10個級別，級別越高，作物長勢越好。2 .指導農田灌溉精準農業可根據不同作物不

10、同生育期的土壤崎情和作物需水量，通過實施適時適量灌溉來節約水資源，以提高水資源的生產效率。農田尺度的作物干旱信息是實現精準灌溉的前提。遙感領域比較成熟的旱情監測方法主要有熱慣量法、條件溫度指數法、距平植被指數法、條件植被指數法、作物缺水指數法、供水植被指數法、條件植被溫度指數法、垂直干旱指數法和基于微波遙感的監測方法等。2015年河套灌區實際灌溉面積監測專題圖基于高分一號16m寬幅多光譜影像數據，對2015年5月23日與5月19日河套灌區土壤含水量進行反演并進行差值計算，得到當年該地區實際灌溉面積監測專題圖。該類成果可以較低成本支撐實際灌溉面積監測信息的獲取，彌補灌溉管理中的不足，提高灌區管理

11、水平及用水效率。3 .指導施肥農業變量施肥即根據土壤養分含量和作物養分脅迫的空間分布來精細準確地調整肥料的投入量，以獲取最大的經濟效益和環境效益，但這需要在了解土壤中各種養分的盈虧情況的同時，實時掌握作物的養分狀況，以便做到科學施肥，在減少因過量施肥而造成的環境污染的同時，降低成本。實現這一目標需要土壤肥力狀況及作物養分兩方面的信息，通過遙感技術對作物生化參數（氮、磷、鉀等）的監測可以提供有效的作物養分信息，同時通過冠層生化參數的監測還可以為作物品質的監測提供依據。目前對作物生化組分進行監測主要使用統計回歸方法，所使用的遙感指標包括波段反射率、植被指數、紅邊參數及其他一些光譜參數。除了統計的方

12、法，還有一些神經網絡類的算法在建模過程中被使用。1*圖例左離土,云也工正*班孔.正常常洸哲虔、毒槍共氟增磷達能）颼關卷技JL野或田窿當女沙象*越用.附上更缸甘;!野卻2009年內蒙古自治區海拉爾農墾特泥河農牧場大麥拔節期處方圖不同施肥水平的水稻反射光譜特征:Wavelength(nm)ecnatceLTeRaRWavelength(nm)(a)(b)分篥期（a）與灌?期（b）水稻冠層高光譜反射曲線4 .指導病蟲害防治利用遙感技術進行作物病蟲害的早期識別可以降低除害成本，并可以有效地指導病蟲害的治理。遙感技術可以對病蟲害做由快速響應，并可為作物的管理提供空間化的處方圖。基于遙感技術的監測可以提供

13、作物病蟲害發生、發展的定性和定量及空間分布信息，進而為生產經營管理者在病蟲害發生早期采取措施提供數據支持，以避免病蟲害的擴大和更大的損失。遙感技術不但可以監測病蟲害的發生和跟蹤其演變狀況，還能夠評估病蟲害對作物生長的影響和分析估算災情損失2十注，2010年黑龍江農墾前進農場水稻稻瘟病遙感監測圖二十三連七連十連利用環境衛星影像數據，通過計算植被增值型植被指數(EVI),監測不同病情嚴重度空間分布情況，并進行及時、準確地評估，為構建災害遙感快速動態監測技術體系提供數據支撐。5 .指導雜草控制根據世界糧農組織的研究，全球由雜草導致的糧食生產損失每年高達950億美元，如果考慮到農民在田地中消耗的時間有

14、半數以上是用于除草的話，雜草造成的實際經濟損失還要更高。遙感技術可以有效地進行農田雜草的識別，并能提供雜草分布的空間位置及密度信息。目前所發展的農田雜草遙感識別技術主要有以下兩種：一種是基于光譜的影像分類技術，是利用各種分類算法通過區分雜草與作物，或區分長有雜草或沒有長有雜草的田塊來實現雜草的識別；另一種方法是通過作物的生長特征在反射光譜上的反映來區分受到雜草脅迫的作物。6 .指導作物收獲基于遙感數據指導作物收獲主要是通過開展作物收獲時間的預測和作物品質的監測兩個途徑。由于作物的收獲時間對作物的產量、品質有重要的影響，因此合理地對作物收獲時間進行預測，可以有助于提高農產品的品質和產量，同時還可以指導農業機械進行合理的調度安排，這對大規模同一作物種植區域的機械化收割有重要意義。目前對作物是否成熟的判斷主要是依據葉片的顏色、結構及冠層結構等作物特征來進行主觀的解譯，但這種方法難以在大范圍應用，而且易引入主觀判斷的誤差。遙感技術的引入解決了這一問題，目前遙感監測作物收獲期主要有以下兩種方法：一種是使用時間序列遙感數據（如植被指數）跟蹤作物的生長過程，通過作物生育末期作物生長過程的特征變化來確定作物成熟期；另一種是基于作物成熟在作物水分、葉綠素含量、氮素含量等冠層生化參數變化所表現由的特征，通過這些特征的遙感監測來實現作物生育期的預測。2010年黑龍江墾區八五二農場水稻品質空間分布圖