高光譜遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

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1、高光譜遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用河南城建學(xué)院測(cè)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(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用摘要:介紹了高光譜遙感在作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、以及農(nóng)作物估產(chǎn)等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域上的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:高光譜;遙感技術(shù);農(nóng)業(yè);應(yīng)用遙感是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的對(duì)地觀測(cè)綜合性技術(shù),是指應(yīng)用探測(cè)儀器,不與探測(cè)目標(biāo)相接觸,從遠(yuǎn)處把目標(biāo)的電磁波特性記錄下來(lái),通過(guò)分析,揭示出物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測(cè)技術(shù)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,無(wú)論在遙感平臺(tái)、遙感傳感器、還是遙感信息處理、遙感應(yīng)用等方面,都獲得了飛速的發(fā)展,目前遙感正進(jìn)入一個(gè)以高光譜遙感技術(shù)、

2、微波遙感技術(shù)為主的時(shí)代.從地面遙感傳感器到測(cè)視雷達(dá),從田間養(yǎng)分速測(cè)儀到星載的成像光譜儀,遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已有了很大進(jìn)展,同時(shí)取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.高光譜遙感技術(shù)的產(chǎn)生　高光譜遙感即高光譜分辨率遙感(HyperspectralRemoteSensing),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(guān)數(shù)據(jù),它的基礎(chǔ)是測(cè)譜學(xué)(Spectroscopy)。高光譜遙感技術(shù)主要特點(diǎn)是波段多、光譜分辨率高、空間分辨率較高、鄰波段的相關(guān)性高,數(shù)據(jù)冗余大。經(jīng)國(guó)際遙感界的共識(shí),光譜分辨率在10-2λ的遙感信息稱之為高光譜遙感。高光譜遙感與

3、常規(guī)遙感數(shù)據(jù)的主要區(qū)別在于它能獲取觀測(cè)各種地物的連續(xù)光譜信息,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(cè)的物質(zhì),在高光譜遙感中能被探測(cè)。高光譜遙感技術(shù)是連接遙感數(shù)據(jù)處理、地面測(cè)量、光譜模型和應(yīng)用的強(qiáng)有力工具,其顯著特點(diǎn)是在特定光譜區(qū)域以高光譜分辨率同時(shí)獲取連續(xù)的地物光譜圖像,其超多波段信息使得根據(jù)混合光譜模型進(jìn)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(yīng)用著重于在光譜維上進(jìn)行空間信息展開(kāi),定量分析地球表層生物物理化學(xué)過(guò)程和參數(shù)。2　高光譜遙感在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用高光譜遙感在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,主要表現(xiàn)在快速、

4、精確地進(jìn)行作物生長(zhǎng)信息的提取、作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、估算植被(作物)初級(jí)生產(chǎn)力與生物量、估算光能利用率和蒸散量以及作物品質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)。從而相應(yīng)調(diào)整投入物資的投入量,達(dá)到減少浪費(fèi),增加產(chǎn)量,改善品質(zhì),保護(hù)農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境質(zhì)量的目的。高光譜遙感憑借其極高的光譜分辨率為精細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)保障和數(shù)據(jù)來(lái)源。2.1作物生長(zhǎng)信息的提取作物生產(chǎn)中準(zhǔn)確、迅速、經(jīng)濟(jì)地判斷作物氮營(yíng)養(yǎng)狀況,進(jìn)而確定氮肥需要量,對(duì)提高作物的實(shí)時(shí)精確施肥具有重要意義。近年來(lái),隨著相關(guān)領(lǐng)域科技水平的不斷提高,氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的測(cè)試技術(shù)正由傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室常規(guī)測(cè)試向田間直接無(wú)損測(cè)試方向發(fā)展;同時(shí)測(cè)試水平

5、正由定性或半定量的手工測(cè)試向精確定量的智能化方向發(fā)展。目前針對(duì)作物氮素診斷的智能化無(wú)損測(cè)試技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn),其中較成熟的技術(shù)方法主要有便攜式葉綠素儀法和遙感系統(tǒng)中應(yīng)用的高分辨率多光譜近地測(cè)量技術(shù)。這兩項(xiàng)技術(shù)都是基于當(dāng)作物氮素發(fā)生變化時(shí),其光譜反射特性發(fā)生改變的基礎(chǔ)上,但在具體的應(yīng)用中兩者又有所不同。相對(duì)于傳統(tǒng)的低光譜分辨率遙感(通常指光譜分辨率在0.1μm以上)而言,高光譜分辨率遙感(光譜分辨率在0.1μm以下)數(shù)據(jù)最主要的特點(diǎn)就是成像通道數(shù)量的增加和成像波段的變窄。從而使植被遙感的監(jiān)測(cè)目標(biāo)發(fā)生了很大的變化,獲取子像元(最終光譜單元信息

6、)的能力得到提高,使得遙感應(yīng)用著重于在光譜維上進(jìn)行空間信息展開(kāi),定量分析地球表層生物物理化學(xué)過(guò)程。通過(guò)高光譜遙感植被指數(shù)技術(shù)可以提取植被冠層結(jié)構(gòu)定量信息。2.2作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)作物的反射光譜特征主要由葉片中的葉肉細(xì)胞、葉綠素、水分含量和其他生物化學(xué)組分對(duì)光線的吸收和反射形成的,受葉色、葉片結(jié)構(gòu)及水分狀況、葉片的生理生化性質(zhì)、植株形態(tài)及長(zhǎng)勢(shì)長(zhǎng)相等因素的影響。可見(jiàn)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(shí)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

7、段、光譜分辨率高等特點(diǎn)被用來(lái)反演葉子各組分含量,監(jiān)測(cè)作物的生長(zhǎng)狀況。為了探索植物葉片氮素遙感診斷的可能性,20世紀(jì)70年代以來(lái)有關(guān)科學(xué)家就進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)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(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)許多植物在缺氮時(shí)無(wú)論是葉片還是植物冠層水平的可見(jiàn)光波段反射率都有增加,對(duì)氮含量變化最敏感的波段在530～560nm區(qū)域。馮偉通過(guò)分析小麥葉片糖氮比與冠層高光譜參數(shù)的定量關(guān)系,確立小麥葉片糖氮比的定量監(jiān)測(cè)模型,與傳統(tǒng)的破壞性取樣及實(shí)驗(yàn)室化學(xué)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(wú)損、快速的技術(shù)途徑,同時(shí)也拓展了作物

8、生理參數(shù)遙感監(jiān)測(cè)的研究領(lǐng)域。研究結(jié)果對(duì)于小麥植株生長(zhǎng)特征及碳氮代謝參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精確診斷具有重要意義,為遙感技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的可能應(yīng)用