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浅谈卫星遥感在农作物长势监测方面的应用
发表于:2019-12-05作者:刘鹏来源:北京盛恒天宝

引言:

 

伴随着“3S”集成应用技术、高分辨率卫星资料和大数据计算技术等的快速发展,农作物长势遥感监测信息已成为指导农业生产不可或缺的重要信息。在实际农业生产活动中,为了作物产量的最大化,种植者和农技师必须对作物可能出现的健康状况进行实时监测并提前采取措施。在农田现场勘察虽然可以发现已经肉眼可见的问题,但当问题已经肉眼可见时,作物可能已经受到严重损害。而通过利用卫星图像的多光谱分析,种植者可以在作物健康问题变得明显可见之前就监测到对应变化,从而能有更多的时间来解决即将出现的问题,更好地管理农田,达到最佳的经济效益。本文从多光谱数据的应用、植物健康指标、技术特点、作物长势监测的益处以及案例等方面进行详细阐述,以期促进卫星遥感作物长势监测技术在我国推广,从而为广大种植者带来收益。

 

一、作物长势监测技术介绍

 

遥感影像可实时记录作物不同阶段的生长状况,获得同一地点时间序列的图像了解不同生育阶段的作物长势。作物长势遥感监测建立在绿色植物光谱理论基础上,同一种作物由于其内部组成及外部形态都会存在一定差别,所以其生长状况也不一样,卫星照片上表现为光谱数据的差异,根据绿色植物对光谱的反射特性,可以反映出作物生长信息,判断作物的生长状况,从而进行长势监测。

 

多光谱(Multi-Spectral)是指包含可见光和不可见光的光谱,常用的有可见光、近红外、中红外、远红外和超远红外等,多光谱图像是指由电磁波谱中所包含的所有波段电磁波所形成的图像。多光谱遥感影像虽然空间分辨率低,但时效性较好,因而在大面积作物长势监测中广泛应用。作物长势监测技术流程为:首先通过欧洲航天局的SENTINELL2C卫星获取目标地区的多光谱图像数据,然后通过专用数据处理方法处理原始数据图像,在API终端计算分析出植物健康指标(NDVI、MSAVI2、RGB),最后将这些指标以地图的形式呈现在专业的信息农业服务平台上展示给用户。
 

图1作物长势监测技术流程图

 

二、长势监测技术特点

 

(1)植物健康指标:NDVI、MSAVI2、RGB,全面衡量植物的长势情况(如图2所示)。

 

(2)空间覆盖范围广:290km的辐宽,辐射面积大。

 

(3)时间分辨率:周期短,具有动态和连续监测的能力,每周可获得1-3张地图。

 

(4)空间分辨率:数据分辨率为10m。

 

(5)数据质量:通过专业数据处理方式(校准,校正,云去除)进行数据处理。
 

图2植物健康指标图

 

三、作物长势监测优势

 

(1)及早发现作物异常或健康问题,增强对农场的监测和洞察水平;

 

(2)识别并监测植物长势变化的分布情况,进行差异化管理;

 

(3)通过与前几年作物长势相比获得基准作物性能标准;

 

(4)监测特定任务(施肥,处理,灌溉等)对作物健康的影响;

 

(5)不同区域和年份的基准产能分析,预测当前产能。

 

(6)作物长势监测费用低,收益高。

 

四、现实案例

 

卫星遥感作物长势监测案例地点在河北衡水枣强县,监测面积为200亩,监测作物为玉米。如图3所示,河北枣强县盛太合作社玉米各生育时期的NDVI图,绿色反映作物的生长活力高,红色则代表作物生长活力低。随着作物生育期的推进,玉米的生长活力呈现出先增长后衰退的规律,在8月份的生长活力达到最高(如图3中左下所示),与玉米的生长规律相符。局部红色的区域则说明该区域长势较差,用户参考地图位置可到农田现场查看,查明导致作物长势差的原因,针对这一区域采取特定的应对手段。
 

图3河北枣强盛太合作社2019年玉米各时期NDVI图

 

五、结语

 

卫星遥感监测作物长势具有时间分辨率和空间分辨率高,数据可靠,植物长势指标全面等特点,可帮助种植人员更好的掌握自己的农场,实时监控作物的健康状况,发现问题区域进行及时处理,实现精细化管理,并且种植者根据作物的长势情况,预测产量,提前制定价格策略,获得最高的收益。在现实案例中,用户对遥感监测作物长势服务体验良好,对加强用户对农场作物长势情况的了解效果显著。综上所述,卫星遥感监测服务技术特点突出,给用户带来的收益明显,值得在我国大面积推广。

 

 
关键词: 卫星遥感 农作物
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