遥感农作物长势方面的应用
摘 要：本文以遥感的定义，遥感图像的处理方法，遥感图像的解译方法为基础，探讨了遥感在农作物长势方面的应用。
关键字：遥感的应用 农作物长势
遥感是指非接触的，远距离的探测技术。[remote sensing] 通过人造地球卫星上的遥测仪器把对地球表面实施感应遥测和资源管理的监视(如树木、草地、土壤、水、矿物、农家作物、鱼类和野生动物等的资源管理)结合起来的一种新技术。使用空间运载工具和现代化的电子、光学仪器，探测和识别远距离研究对象的技术。遥感是通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），并进行提取、判定、加工处理、分析与应用的一门科学和技术。遥感，从字面上来看，可以简单理解为遥远的感知，泛指一切无接触的远距离的探测；从现代技术层面来看，“遥感”是一种应用探测仪器。遥感是指一切无接触的远距离的探测技术。运用现代化的运载工具和传感器，从远距离获取目标物体的电磁波特性，通过该信息的传输、贮存、卫星、修正、识别目标物体，最终实现其功能（定时、定位、定性、定量）。广义定义：遥远的感知，泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。自然现象中的遥感：蝙蝠、响尾蛇、人眼人耳…狭义定义：是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
遥感是一门对地观测综合性技术，它的实现既需要一整套的技术装备，又需要多种学科的参与和配合，因此实施遥感是一项复杂的系统工程。根据遥感的定义，遥感系统主要由以下四大部分组成：
1、信息源 信息源是遥感需要对其进行探测的目标物。任何目标物都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性，当目标物与电磁波发生相互作用时会形成目标物的电磁波特性，这就为遥感探测提供了获取信息的依据。
2、信息获取 信息获取是指运用遥感技术装备接受、记录目标物电磁波特性的探测过程。信息获取所采用的遥感技术装备主要包括遥感平台和传感器。其中
遥感平台是用来搭载传感器的运载工具，常用的有气球、飞机和人造卫星等; 传感器是用来探测目标物电磁波特性的仪器设备，常用的有照相机、扫描仪和成像雷达等。
3、信息处理 信息处理是指运用光学仪器和计算机设备对所获取的遥感信息进行校正、分析和解译处理的技术过程。信息处理的作用是通过对遥感信息的校正、分析和解译处理，掌握或清除遥感原始信息的误差，梳理、归纳出被探测目标物的影像特征，然后依据特征从遥感信息中识别并提取所需的有用信息。
4、信息应用 信息应用是指专业人员按不同的目的将遥感信息应用于各业务领域的使用过程。信息应用的基本方法是将遥感信息作为地理信息系统的数据源，供人们对其进行查询、统计和分析利用。遥感的应用领域十分广泛，最主要的应用有: 军事、地质矿产勘探、自然资源调查、地图测绘、环境监测以及城市建设和管理等。
遥感图像的处理一般包括以下步骤：
1）图像精校正
由于卫星成像时受采样角度、成像高度及卫星姿态等客观因素的影响，造成原始图像非线性变形，必须经过几何精校正，才能满足工作精度要求一般采用几何模型配合常规控制点法对进行几何校正。
在校正时利用地面控制点(GCP)，通过坐标转换函数，把各控制点从地理空间投影到图像空间上去。几何校正的精度直接取决于地面控制点选取的精度、分布和数量。因此，地面控制点的选择必须满足一定的条件，即：地面控制点应当均匀地分布在图像内；地面控制点应当在图像上有明显的、精确的定位识别标志，如公路、铁路交叉点、河流叉口、农田界线等，以保证空间配准的精度；地面控制点要有一定的数量保证。地面控制点选好后，再选择不同的校正算子和插值法进行计算，同时，还对地面控制点(GCPS)进行误差分析，使得其精度满足要求为止。最后将校正好的图像与地形图进行对比，考察校正效果。
2）波段组合及融合
对卫星数据的全色及多光谱波段进行融合。包括选取最佳波段，从多种分辨率融合方法中选取最佳方法进行全色波段和多光谱波段融合，使得图像既有高的空间分辨率和纹理特性，又有丰富的光谱信息，从而达到影像地图信息丰富、视
觉效果好、质量高的目的。
3）图像镶嵌
如果工作区跨多景图像，还必须在计算机上进行图像镶嵌，才能获取整体图像。镶嵌时，除了对各景图像各自进行几何校正外，还需要在接边上进行局部的高精度几何配准处理，并且使用直方图匹配的方法对重叠区内的色调进行调整。当接边线选择好并完成了拼接后，还对接边线两侧作进一步的局部平滑处理。
4）匀色
相邻图像，由于成像日期、系统处理条件可能有差异，不仅存在几何畸变问题，而且还存在辐射水平差异导致同名地物在相邻图像上的亮度值不一致。如不进行色调调整就把这种图像镶嵌起来，即使几何配准的精度很高，重叠区复合得很好，但镶嵌后两边的影像色调差异明显，接缝线十分突出，既不美观，也影响对地物影像与专业信息的分析与识别，降低应用效果。要求镶嵌完的数据色调基本无差异，美观。
5）反差调整
对合成好的图像根据人眼的观察特性进行图像增强处理，有效地突出有用信息、抑制其它干扰因素，改善图像的视觉效果，提高重现图像的逼真度，增强信息提取与识别能力。
6）地理配准
对经过增强处理的图像进行地理投影，叠加公里网和经纬度坐标，然后按工作区范围进行裁剪。
作物长势是指农作物的生长发育状况及其变化态势。在作物生长早期,主要反映了作物的苗情好坏,在作物生长发育中后期,则主要反映了作物植株发育形势及其在产量丰欠方面的指定性特征。遥感技术通过反映作物生长过程的特征性因子来综合反映作物长势及其变化动态。研究表明,作物在红波段和近红外波段的反射特征与作物长势及作物产量具有明显的正相关关系,由这两个波段计算得到的植被指数常用于监测作物长势[6,9],并被用来计算作物的粮食产量,其中归一化植被指数(NDVI)是最为常用的指标。
实时监测主要指利用实时遥感图像的值与去年、多年平均以及指定某一年的同期遥感图像的对比,反映实时的作物生长差异的空间变化的状态,通过年际间
遥感图像的差值来反映两者间的差异,还可以对差值进行分级,分区域统计水田、旱地、耕地和主要作物中不同长势等级所占的比重。此外可以通过多年遥感资料累积,计算出常年同一时段的平均植被指数,然后由当年该时段的植被指数与常年值的差异程度作为衡量指标,判断当年作物长势优劣,评价当年作物长势状况的空间分布。
过程监测过程监测主要是以时序NDVI图像来构建作物生长过程,通过生长过程的年际间的对比来反映作物生长的状况,也称为随时间变化监测。随着卫星资料的积累,时间变化曲线可与历年的进行比较,如历史上的高产年、平年和低产年,以及农业部门习惯的上一年等。通过比较寻找出当年与典型年曲线间的相似和差异,从而做出对当年作物长势的评价[12]。利用曲线形态变化与作物苗情变化的响应关系,还可以提取NDVI曲线的特征参数,推测作物的生长发育状况,实现定量化的作物长势监测。
实时监测反映了作物长势的空间差异性,而过程监测从作物生长发育的全过程来描述作物的生长态势,反映了作物长势在不同时间的变化,将两种监测方法同时应用于系统之中,同时提供两种监测信息,使监测结果更加全面、可靠。
通过对农作物长势的监测可以很好地鉴别作物的不同生长阶段，并针对不同生长阶段的农作物采取必要的措施，能够达到对农作物科学灌溉、施肥等管理的目的。
参考文献：
1.农作物长势的定义与监测.杨邦杰 裴志远（中国农业工程设计研究院）.农业工程学报.第十五卷.第三期
2. 全球农作物长势遥感监测系统的设计和实现.蒙继华.吴炳方.李强子.张磊世界科技研究与发展2006年6月.第28卷第3期41-44页
3. 农作物长势综合遥感监测方法.吴炳方.张 峰.刘成林.张 磊.罗治敏.遥感学报2004年11月.第8卷第6期遥感学报