行业应用
高分专项卫星数据在农业上的应用
发表于: 2015-11-18 10:33  点击:

农业土地管理中的应用

我国大部分地区对农业耕地的种植情况、土地归属、土壤信息、土地面积等信息还是记录在册子上,俗称“台账”。对地块的位置更是记录不清,无法直接查询获悉其具体位置,现行的方法只能通过询问村组的相关知情人员,找到该农户,由农户到现场指认查找地块位置。如今通过高分辨的卫星影像图,就可实现对土地的可视化管理,借助卫星影像就可获知土地的信息、土地的位置、直观、高效。

在土地面积测定时,可利用纠正后高精度的影像数据,使影像底图能够满足技术分辨率和精度的技术要求,可直接在影像图上进行地块测量工作,避免了大量的外业实地工作,经过测试影像测量误差与实地测量误差可精确到小数点后三位,完成满足工作需求。

通过对影像数据的分析,可直接利用到目前全国正在开展的农村土地承包经营权工作,主要体现以下几点优势:

(1)对于部分丘陵地、山地和高山地,主要是以航天遥感影像为主要信息源,以1:5000比例尺为主,提高影像的正射纠正几何精度;基于内外业相结合的调查方法,以正射影像图作为调查基础底图,现场开展农户承包地块的地类、权属等情况外业调查,并详细记录,绘制相应图件,填写外业调查记录表。以外业调绘图件为基础,采用成熟的信息提取技术,对每一地块的形状、范围、位置进行矢量化,准确获取农户承包地块面积、四至等信息。

(2)由于高分二号的遥感影像时相新,现势性强,多光谱综合光学遥感数据,图像纹理清晰、层次分明、信息丰富,可以在更短的时间内对一个地区重复拍照,可以满足困难地区土地承包经营权确权登记颁证工作的需要。

(3)降低营销成本,享受遥感空间信息深度定制化服务。

农作物种植情况的应用

利用遥感影像数据对作物进行监测包括农作物面积、长势情况、产量估算、土壤墒情、病虫害等作物信息监测。

作物种植面积监测:不同作物在遥感影像上呈现不同的颜色、纹理、形状等特征信息,利用信息提取的方法,可以将作物种植区域提取出来,从而得到作物种植面积和种植区域。获取作物种植面积是长势监测、产量估算、病虫害、灾害应急、动态变化等监测的前提。先进的、实时的、高精度的监测手段,可对各位粮食作物,有力保障了我国年粮食生产监测重大任务圆满完成。例如农业部完成了我国14个冬小麦主产省(自治区、直辖市)内的冬小麦种植面积遥感监测工作,正开展我国冬油菜主产区油菜种植面积遥感监测工作。

某某省与某某省2013/14年度冬小麦种植面积监测图

作物长势监测:通常的农作物长势监测指对作物的苗情、生长状况及其变化的宏观监测,即对作物生长状况及趋势的监测。杨邦杰等将作物长势定义为包括个体和群体两方面的特征,叶面积指数LAI是与作物个体特征和群体特征有关的综合指标,可以作为表征作物长势的参数。归一化植被指数NDVI与LAI有很好的关系,可以用遥感图像获取作物的NDVI曲线反演计算作物的LAI,进行作物长势监测。

(图:不同麦苗情况在遥感影像图像上表现的特征)

作物产量估算:遥感估产是基于作物特有的波谱反射特征,利用遥感手段对作物产量进行监测预报的一种技术。利用影像的光谱信息可以反演作物的生长信息(如LAl、生物量),通过建立生长信息与产量问的关联模型(可结合一些农学模型和气象模型),便可获得作物产量信息。在实际工作中,常用植被指数(由多光谱数据经线性或非线性组合而成的能反映作物生长信息的数学指数)作为评价作物生长状况的标准。

图:江苏省部门县市2006年小麦实际产量遥感监测图

土壤墒情监测:土壤墒情也就是土壤含水量,土壤在不同含水量下的光谱特征不同。土壤水分的遥感监测主要从可见光-近红外、热红外及微波波段进行。微波遥感,精度高,具有一定的地表穿透性,不受天气影响,但是成本高,成图的分辨率低,其应用也受到限制。常用的还是可见光和热红外遥感。通过与反映土壤含水量相关的参数建立关系模型,反演土壤水分。用于土壤水分监测的方法比较多:①基于植被指数类的遥感干旱监测方法。如简单植被指数、比值植被指数、归一化植被指数、增强植被指数、归一化水分指数法、距平植被指数等:②基于红外的遥感干旱监测方法,如垂直干旱指数法、修正的垂直干旱指数法等;③基于地表温度(LST)的遥感干旱监测方法,如热惯量法、条件温度指数、归一化差值温度指数、表观热惯量植被干旱指数等;④基于植被指数和温度的遥感干旱监测方法。如条件植被温度指数、植被温度梯形指数、温度植被干旱指数模型等;⑤基于植被与土壤的遥感监测方法,如地表含水量指数作物缺水指数法等。总的来说就是利用光学-热红外数据,选择参数建立模型进行含水量的反演。此外,也可以进行土壤肥力监测、土壤结构信息的提取等。

作物病虫害监测与预报:植被对诸如病虫害、肥料缺乏等胁迫的反应随胁迫的类型和程度的不同而变化,包括生物化学变化(纤维素、叶片等)和生物物理变化(冠层结构、覆盖、LAI等),相应的,植物特征吸收曲线特别是红色区和红外区的光谱特性就会发生相应变化,所以在病害早期就可通过遥感探测到。可选择病害叶片中对叶绿素敏感的波段,结合实测叶绿素含量,建立叶片叶绿素含量的估算模型,提取病虫害信息。可周期性提取病虫害作物面积、空间分布等。

农业资源监测的应用

遥感技术可快速获取宏观信息,对耕地、草地、水等农业自然资源的数量、质量和空间分布进行监测与评价,从而为农业资源开发、利用与保护、农业规划、农业生态环境保护、农业可持续发展等提供科学依据。

图:2006年末北京市耕地资源卫星遥感监测图

对农业灾害监测的应用

遥感是灾害应急监测和评估工作一种重要的技术手段,可以对如旱灾、洪涝等重大农业自然灾害进行动态监测和灾情评估,监测其发生情况、影响范围、受灾面积、受灾程度,进行灾害预警和灾后补救,减轻自然灾害给农业生产所造成的损失。而由于近年来我国自然灾害频发,遥感应急监测是当前农业领域的应用热点之一。

比如对灾害病虫主要源地,利用卫星实时监测滋生状况,利用通过对影像覆盖的对比追踪虫害路径,确定风向界面,加以围堵歼灭。综合应用卫星遥感技术防治病虫害,对我国西部经济开发,东部湿地保护,都是大有作为的应用新领域。

图:1998年洪水后农作物长势图

对农业设施监测的应用

设施农业遥感监测中,利用高分卫星2m/8m融合数据为主要信息源,监测我国蔬菜主产区温室大棚的空间分布及数量。

卫星国际上的应用状况

(1)遥感卫星影像在美国农业上的应用

遥感气象卫星在天气气候、环境生态和防灾减灾中均发挥着作用。陆地与海洋资源环境卫星采取了“授权接收+数据定价”的产业模式,尤其是自20世纪90年代以来,通过拓展应用领域和应用层次.应用产业取得了很大的成功。

卫星数据的应用面非常广,在国土资源调查、地质勘探、旱涝灾情监测、农作物估产、地图修测修编、林业资源调查、水利规划、城市规划和环境污染监测等众多领域发挥积极作用。

(2)遥感卫星影像技术在加拿大农业上的应用

加拿大在农田信息采集和服务方面充分应用了卫星遥感系统。在农业资源清查、核算、评估与监测方面,遥感系统强大的图形分析与制作功能,可编绘出土地利用现状图、植被分布图、地形地貌图、水系图、气候图、交通规划图等一系列社会经济指标统计图,也可进行多种专题图的重叠而获得综合信息。实现对具有时空变化特点的农业资源存量和价值量的测算以及资源现状、潜力和质量的客观评估.从而真实反映农业资源状况,为科学利用和管理农业资源提供强有力的决策依据。

在农业区划方面,遥感系统通过构建区划模型,进行不同区划方案空间过程动态模拟与评价,可使农业区划从野外调查、资料收集、信息处理、计算模拟、目标决策、规划成图到监督实施全过程实现现代化。

在土地资源与土地利用研究方面,遥感系统能方便获取资源数量和质量变化,提供研究区域土地面积、土壤特性、地形、地貌、水文、植被及社会、经济及自然环境的真实信息,直观反映土地利用现状、利用条件、开发利用特点和动态变化规律。

在作物估产与长势监测方面,遥感系统多时相影像信息.可反映出宏观植被生长发育的节律特征,可通过对各种数据信息空间分析,识别作物类型,统计量算播种面积,分析作物生长过程中自身态势和生长环境的变化,构建不同条件下作物生长模型和多种估产模式,根据各种模型预估作物产量。

在农业灾害预警及应急反应方面,遥感系统可追踪害虫群集密集、飞行状况、生活习性及迁移方向等.通过分析处理,可给出农作物病虫害发生图、分布图及可能蔓延区图,为防虫治害提供及时、准确、直观的决策依据。另外,可实现洪涝灾、旱灾、水土污染等农业重大灾害预测预报、灾情演变趋势模拟和灾情变化动态、灾情损失估算等,为防灾、抗灾、救灾预警及应急措施提供准确的决策信息。

在农业环境监测和管理方面,遥感系统能够对农业资源环境质量变化进行动态监测,及时发现情况进行预警:能够建立农业资源环境空间数据库,管理、分析和处理环境数据,高效汇总、汲取有用的决策信息;能够建立若干环境污染模型,模拟区域农业资源环境污染演变状况及发展趋势。

(3)遥感卫星影像技术在德国农业上的应用

德国农业机械化程度很高,遥感技术和机器耕作的结合大大提高了农业生产效率、降低了成本。在大型农机上安装接收机,接收卫星信号,经电脑处理、分析和综合,根据土地和作物情况确定播种、施肥和用药量.可节省10%的肥料和23%的农药。遥感技术在病虫害检测和预报方面也得到了广泛应用.人们根据遥感卫星提供的数据建立预报模型.尽可能准确地作短期预报。

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