高光譜遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應用

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1、高光譜遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應用河南城建學院測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)上的應用摘要:介紹了高光譜遙感在作物長勢監(jiān)測、以及農(nóng)作物估產(chǎn)等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域上的應用。關(guān)鍵詞:高光譜;遙感技術(shù);農(nóng)業(yè);應用遙感是20世紀60年代發(fā)展起來的對地觀測綜合性技術(shù),是指應用探測儀器,不與探測目標相接觸,從遠處把目標的電磁波特性記錄下來,通過分析,揭示出物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術(shù)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,無論在遙感平臺、遙感傳感器、還是遙感信息處理、遙感應用等方面,都獲得了飛速的發(fā)展,目前遙感正進入一個以高光譜遙感技術(shù)、

2、微波遙感技術(shù)為主的時代.從地面遙感傳感器到測視雷達,從田間養(yǎng)分速測儀到星載的成像光譜儀,遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應用已有了很大進展,同時取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。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),它的基礎是測譜學(Spectroscopy)。高光譜遙感技術(shù)主要特點是波段多、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)國際遙感界的共識,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的物質(zhì),在高光譜遙感中能被探測。高光譜遙感技術(shù)是連接遙感數(shù)據(jù)處理、地面測量、光譜模型和應用的強有力工具,其顯著特點是在特定光譜區(qū)域以高光譜分辨率同時獲取連續(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,從而使得遙感應用著重于在光譜維上進行空間信息展開,定量分析地球表層生物物理化學過程和參數(shù)。2　高光譜遙感在農(nóng)業(yè)上的應用高光譜遙感在農(nóng)業(yè)中的應用,主要表現(xiàn)在快速、

4、精確地進行作物生長信息的提取、作物長勢監(jiān)測、估算植被(作物)初級生產(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)測預報。從而相應調(diào)整投入物資的投入量,達到減少浪費,增加產(chǎn)量,改善品質(zhì),保護農(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農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)保障和數(shù)據(jù)來源。2.1作物生長信息的提取作物生產(chǎn)中準確、迅速、經(jīng)濟地判斷作物氮營養(yǎng)狀況,進而確定氮肥需要量,對提高作物的實時精確施肥具有重要意義。近年來,隨著相關(guān)領(lǐng)域科技水平的不斷提高,氮素營養(yǎng)診斷的測試技術(shù)正由傳統(tǒng)的實驗室常規(guī)測試向田間直接無損測試方向發(fā)展;同時測試水平

5、正由定性或半定量的手工測試向精確定量的智能化方向發(fā)展。目前針對作物氮素診斷的智能化無損測試技術(shù)已成為國內(nèi)外研究的熱點,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)中應用的高分辨率多光譜近地測量技術(shù)。這兩項技術(shù)都是基于當作物氮素發(fā)生變化時,其光譜反射特性發(fā)生改變的基礎上,但在具體的應用中兩者又有所不同。相對于傳統(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)測目標發(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,使得遙感應用著重于在光譜維上進行空間信息展開,定量分析地球表層生物物理化學過程。通過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作物長勢監(jiān)測作物的反射光譜特征主要由葉片中的葉肉細胞、葉綠素、水分含量和其他生物化學組分對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)及長勢長相等因素的影響。可見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被用來反演葉子各組分含量,監(jiān)測作物的生長狀況。為了探索植物葉片氮素遙感診斷的可能性,20世紀70年代以來有關(guān)科學家就進行了大量的基礎研究,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)許多植物在缺氮時無論是葉片還是植物冠層水平的可見光波段反射率都有增加,對氮含量變化最敏感的波段在530～560nm區(qū)域。馮偉通過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)測模型,與傳統(tǒng)的破壞性取樣及實驗室化學分析方法相比,該研究為小麥葉片糖氮比的定量分析提供了一種無損、快速的技術(shù)途徑,同時也拓展了作物

8、生理參數(shù)遙感監(jiān)測的研究領(lǐng)域。研究結(jié)果對于小麥植株生長特征及碳氮代謝參數(shù)的實時監(jiān)測和精確診斷具有重要意義,為遙感技術(shù)在精準農(nóng)業(yè)中的可能應用