淺談衛(wèi)星遙感在農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)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(jì)算技術(shù)等的快速發(fā)展，農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)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(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，為了作物產(chǎn)量的化，種植者和農(nóng)技師必須對(duì)作物可能出現(xiàn)的健康狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并提前采取措施。在農(nóng)田現(xiàn)場(chǎng)勘察雖然可以發(fā)現(xiàn)已經(jīng)肉眼可見(jiàn)的問(wèn)題，但當(dāng)問(wèn)題已經(jīng)肉眼可見(jiàn)時(shí)，作物可能已經(jīng)受到嚴(yán)重?fù)p害。而通過(guò)利用衛(wèi)星圖像的多光譜分析，種植者可以在作物健康問(wèn)題變得明顯可見(jiàn)之前就監(jiān)測(cè)到對(duì)應(yīng)變化，從而能有更多的時(shí)間來(lái)解決即將出現(xiàn)的問(wèn)題，更好地管理農(nóng)田，達(dá)到的經(jīng)濟(jì)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(diǎn)、作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)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(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)技術(shù)在我國(guó)推廣，從而為廣大種植者帶來(lái)收益。

一、作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)技術(shù)介紹

遙感影像可實(shí)時(shí)記錄作物不同階段的生長(zhǎng)狀況，獲得同一地點(diǎn)時(shí)間序列的圖像了解不同生育階段的作物長(zhǎng)勢(shì)。作物長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)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(huì)存在一定差別，所以其生長(zhǎng)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(duì)光譜的反射特性，可以反映出作物生長(zhǎng)信息，判斷作物的生長(zhǎng)狀況，從而進(jìn)行長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)。

多光譜(Multi-Spectral)是指包含可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光的光譜，常用的有可見(jiàn)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(shí)效性較好，因而在大面積作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)中廣泛應(yīng)用。作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)技術(shù)流程為：首先通過(guò)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(guò)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(jì)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(tái)上展示給用戶。
 

圖1作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)技術(shù)流程圖

二、長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)技術(shù)特點(diǎn)

(1)植物健康指標(biāo)：NDVI、MSAVI2、RGB，衡量植物的長(zhǎng)勢(shì)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(shí)間分辨率：周期短，具有動(dòng)態(tài)和連續(xù)監(jiān)測(cè)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(guò)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(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)

(1)及早發(fā)現(xiàn)作物異?；蚪】祮?wèn)題，增強(qiáng)對(duì)農(nóng)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)和洞察水平；

(2)識(shí)別并監(jiān)測(cè)植物長(zhǎng)勢(shì)變化的分布情況，進(jìn)行差異化管理；

(3)通過(guò)與前幾年作物長(zhǎng)勢(shì)相比獲得基準(zhǔn)作物性能標(biāo)準(zhǔn)；

(4)監(jiān)測(cè)特定任務(wù)（施肥，處理，灌溉等）對(duì)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(cè)當(dāng)前產(chǎn)能。

(6)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)費(fèi)用低，收益高。

四、現(xiàn)實(shí)案例

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

圖3河北棗強(qiáng)盛太合作社2019年玉米各時(shí)期NDVI圖

五、結(jié)語(yǔ)

衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)具有時(shí)間分辨率和空間分辨率高，數(shù)據(jù)可靠，植物長(zhǎng)勢(shì)指標(biāo)等特點(diǎn)，可幫助種植人員更好的掌握自己的農(nóng)場(chǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控作物的健康狀況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題區(qū)域進(jìn)行及時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，并且種植者根據(jù)作物的長(zhǎng)勢(shì)情況，預(yù)測(cè)產(chǎn)量，提前制定價(jià)格策略，獲得的收益。在現(xiàn)實(shí)案例中，用戶對(duì)遙感監(jiān)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)服務(wù)體驗(yàn)良好，對(duì)加強(qiáng)用戶對(duì)農(nóng)場(chǎng)作物長(zhǎng)勢(shì)情況的了解效果顯著。綜上所述，衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)服務(wù)技術(shù)特點(diǎn)突出，給用戶帶來(lái)的收益明顯，值得在我國(guó)大面積推廣。