卫星遥感技术在农业中的研究与发展

文章来源:聚英云农 发布时间: 2022-04-14 17:42:28
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早在20世纪80年代,我国就开始了农业农村领域的卫星遥感数据应用,2018年长征二号丁运载火箭成功发射并搭载了能有效辨别作物类型的高空间分辨率遥感卫星,并与在轨的高分一号卫星组网运行,有效的大幅提高农业对地监测能力,如今,卫星遥感技术已经成为农业农村领域重要的信息来源。

农田空间信息

农田空间信息包括通过视觉和机器识别获得的地理坐标信息和作物分类信息。种植面积可以通过无人机识别农田边界来估计。传统的农田面积测量方法具有时效性差、农田边界位置与实际情况差异较大的缺点,不利于准确农业的实施和监测。无人机能够准确、有效、实时地获取全面的农田空间信息,具有传统测量无法比拟的优势。无人机航空摄影图像可以识别农田的基本空间信息,作物面积的计算和类型的识别只能通过数码相机来实现。随着空间定位技术的快速发展,农田定位信息研究的精度和深度大大提高。随着无人机图像空间分辨率、地形、坡度和高程信息的提高,可以实现更准确的农田空间信息监测。

作物生长信息

作物的生长状况可以通过产量信息、表型参数和营养指标等多种信息来反映。包括植被覆盖和叶面积指数,各种信息相互关联,共同代表作物的生长,与最终产量直接相关。它在现场信息监测研究中起着主导作用。

作物生长胁迫因子农田水分监测

热红外法是监测农田土壤含水量的常用手段。在植被覆盖率高的地区,通过关闭叶片孔,可以有效减少蒸腾造成的水分损失,增加地表感热通量,从而减少地球表面的潜热通量,导致作物冠层温度升高。传感器的热红外波段可以有效地获得作物的冠层温度,从而有效地反映农田的水分状况。在植被覆盖率相对较低的地区,土壤水可以间接表示垫层表面温度的变化。由于水的加热温度变化是一个缓慢的过程,土壤水分的分布可以间接反映白天垫层温度的空间分布。裸地温度监测是遥感温度监测的重要干扰因素。在冠层温度监测中,更重要的研究人员研究了裸地温度与作物表面覆盖之间的关系,确定了裸地温度监测结果与真实值之间的差距。在实际的农田生产经营中,农田漏水也是人们关注的焦点。利用红外成像仪监测灌溉渠泄漏,准确率达93%。

监测病虫害

通过对热红外波段的实时监测,可以有效反映作物病虫害分布的动态变化。在健康条件下,作物的蒸腾作用是通过打开和关闭气孔来调节的,以保持作物温度的恒定。当疾病发生时,叶片表面会发生病理变化。病原菌植物对植物蒸腾作用的影响更为明显,会导致部分感染温度的升降。一般来说,植物易感会导致气孔开度紊乱,使致病区蒸腾作用高于健康区蒸腾作用;强蒸腾作用会导致病区温度下降,病区叶温差明显高于正常叶片,直到坏死细胞完全死亡,叶片变黄,叶片蒸腾作用完全丧失。通过健康植物温差始终低于叶片表面温度的原理,可以实时监测作物病虫害的变化趋势。

我国遥感技术在农业应用中的发展

在我国主要粮食生产区,建立了产量估算信息系统,冬小麦遥感产量估算操作系统是RS与GIS技术相结合的产物。整个产量估算操作环节可集成到计算机系统的操作中,可输出冬小麦产量估算结果。大量冬小麦产量估算试验结果表明,遥感产量估算大面积作物产量估算的精度可达95%以上。随着运行寿命的逐步积累,操作系统的生产精度将逐步提高,运行成本将逐年降低。同时,我国迫切需要了解农业种植结构的变化。针对种植面积计算的要求和监测的增长潜力,建立了单位面积产量模型和遥感监测。

扩大农业遥感的应用范围和应用领域

物联网增加数据和遥感观测、导航和定位,结合其他学科,可以促进农业遥感本身的发展,跨学科的应用也将扩大农业遥感的应用领域。进一步建立空、天、地三位一体的综合农业管理体系,深入发展智能农业、作物育种表型、农业保险监测评价、绿色农业发展、农业政策效果评价等。

应用人工智能信息提取和大数据挖掘技术

在大数据的支持下,作物类型的分类识别、土地利用模式和类型、作物生长状况和外部环境因素的定量遥感是一个非常复杂的认知过程。由于遥感数据本身的相关性、遥感卫星设计带的局限性以及相同光谱和不同光谱的复杂性,遥感信息提取和智能信息挖掘充满了许多不确定性。在未来的研究中,人工智能和大数据技术的快速发展将为农业资源和环境信息的反复、提取和应用提供一种新的思维方法和技术途径。

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