淺談衛(wèi)星遙感在農(nóng)作物長勢監(jiān)測方面的應(yīng)用

引言：

伴隨著“3S”集成應(yīng)用技術(shù)、高分辨率衛(wèi)星資料和大數(shù)據(jù)計算技術(shù)等的快速發(fā)展，農(nóng)作物長勢遙感監(jiān)測信息已成為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可或缺的重要信息。在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，為了作物產(chǎn)量的化，種植者和農(nóng)技師必須對作物可能出現(xiàn)的健康狀況進(jìn)行實時監(jiān)測并提前采取措施。在農(nóng)田現(xiàn)場勘察雖然可以發(fā)現(xiàn)已經(jīng)肉眼可見的問題，但當(dāng)問題已經(jīng)肉眼可見時，作物可能已經(jīng)受到嚴(yán)重?fù)p害。而通過利用衛(wèi)星圖像的多光譜分析，種植者可以在作物健康問題變得明顯可見之前就監(jiān)測到對應(yīng)變化，從而能有更多的時間來解決即將出現(xiàn)的問題，更好地管理農(nóng)田，達(dá)到的經(jīng)濟效益。本文從多光譜數(shù)據(jù)的應(yīng)用、植物健康指標(biāo)、技術(shù)特點、作物長勢監(jiān)測的益處以及案例等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述，以期促進(jìn)衛(wèi)星遙感作物長勢監(jiān)測技術(shù)在我國推廣，從而為廣大種植者帶來收益。

一、作物長勢監(jiān)測技術(shù)介紹

遙感影像可實時記錄作物不同階段的生長狀況，獲得同一地點時間序列的圖像了解不同生育階段的作物長勢。作物長勢遙感監(jiān)測建立在綠色植物光譜理論基礎(chǔ)上，同一種作物由于其內(nèi)部組成及外部形態(tài)都會存在一定差別，所以其生長狀況也不一樣，衛(wèi)星照片上表現(xiàn)為光譜數(shù)據(jù)的差異，根據(jù)綠色植物對光譜的反射特性，可以反映出作物生長信息，判斷作物的生長狀況，從而進(jìn)行長勢監(jiān)測。

多光譜(Multi-Spectral)是指包含可見光和不可見光的光譜，常用的有可見光、近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外等，多光譜圖像是指由電磁波譜中所包含的所有波段電磁波所形成的圖像。多光譜遙感影像雖然空間分辨率低，但時效性較好，因而在大面積作物長勢監(jiān)測中廣泛應(yīng)用。作物長勢監(jiān)測技術(shù)流程為：首先通過歐洲航天局的SENTINELL2C衛(wèi)星獲取目標(biāo)地區(qū)的多光譜圖像數(shù)據(jù)，然后通過專用數(shù)據(jù)處理方法處理原始數(shù)據(jù)圖像，在API終端計算分析出植物健康指標(biāo)（NDVI、MSAVI2、RGB），最后將這些指標(biāo)以地圖的形式呈現(xiàn)在專業(yè)的信息農(nóng)業(yè)服務(wù)平臺上展示給用戶。
 

圖1作物長勢監(jiān)測技術(shù)流程圖

二、長勢監(jiān)測技術(shù)特點

(1)植物健康指標(biāo)：NDVI、MSAVI2、RGB，衡量植物的長勢情況（如圖2所示）。

(2)空間覆蓋范圍廣：290km的輻寬，輻射面積大。

(3)時間分辨率：周期短，具有動態(tài)和連續(xù)監(jiān)測的能力，每周可獲得1-3張地圖。

(4)空間分辨率：數(shù)據(jù)分辨率為10m。

(5)數(shù)據(jù)質(zhì)量：通過專業(yè)數(shù)據(jù)處理方式（校準(zhǔn)，校正，云去除）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
 

圖2植物健康指標(biāo)圖

三、作物長勢監(jiān)測優(yōu)勢

(1)及早發(fā)現(xiàn)作物異?；蚪】祮栴}，增強對農(nóng)場的監(jiān)測和洞察水平；

(2)識別并監(jiān)測植物長勢變化的分布情況，進(jìn)行差異化管理；

(3)通過與前幾年作物長勢相比獲得基準(zhǔn)作物性能標(biāo)準(zhǔn)；

(4)監(jiān)測特定任務(wù)（施肥，處理，灌溉等）對作物健康的影響；

(5)不同區(qū)域和年份的基準(zhǔn)產(chǎn)能分析，預(yù)測當(dāng)前產(chǎn)能。

(6)作物長勢監(jiān)測費用低，收益高。

四、現(xiàn)實案例

衛(wèi)星遙感作物長勢監(jiān)測案例地點在河北衡水棗強縣，監(jiān)測面積為200畝，監(jiān)測作物為玉米。如圖3所示，河北棗強縣盛太合作社玉米各生育時期的NDVI圖，綠色反映作物的生長活力高，紅色則代表作物生長活力低。隨著作物生育期的推進(jìn)，玉米的生長活力呈現(xiàn)出先增長后衰退的規(guī)律，在8月份的生長活力達(dá)到（如圖3中左下所示），與玉米的生長規(guī)律相符。局部紅色的區(qū)域則說明該區(qū)域長勢較差，用戶參考地圖位置可到農(nóng)田現(xiàn)場查看，查明導(dǎo)致作物長勢差的原因，針對這一區(qū)域采取特定的應(yīng)對手段。
 

圖3河北棗強盛太合作社2019年玉米各時期NDVI圖

五、結(jié)語

衛(wèi)星遙感監(jiān)測作物長勢具有時間分辨率和空間分辨率高，數(shù)據(jù)可靠，植物長勢指標(biāo)等特點，可幫助種植人員更好的掌握自己的農(nóng)場，實時監(jiān)控作物的健康狀況，發(fā)現(xiàn)問題區(qū)域進(jìn)行及時處理，實現(xiàn)精細(xì)化管理，并且種植者根據(jù)作物的長勢情況，預(yù)測產(chǎn)量，提前制定價格策略，獲得的收益。在現(xiàn)實案例中，用戶對遙感監(jiān)測作物長勢服務(wù)體驗良好，對加強用戶對農(nóng)場作物長勢情況的了解效果顯著。綜上所述，衛(wèi)星遙感監(jiān)測服務(wù)技術(shù)特點突出，給用戶帶來的收益明顯，值得在我國大面積推廣。