冬小麥遙感估產(chǎn)研究歸納

冬小麥遙感估產(chǎn)研究歸納摘要：本文從冬小麥估產(chǎn)的必要性及傳統(tǒng)估產(chǎn)方法和遙感估產(chǎn)方法的對比中提出遙感估產(chǎn)的方法。通過國內(nèi)外的遙感估產(chǎn)發(fā)展狀況來探討我們現(xiàn)行遙感估產(chǎn)的方方面面以及可進步空間。冬小麥是我國主要糧食作物之一，播種面積占糧食作物總播種面積的五分之一。我國北方冬小麥生產(chǎn)更占有舉足輕重的地位，小麥播種面積及總產(chǎn)占糧食作物面積及總產(chǎn)的近二分之一。我國是個人口大國，糧食問題一直是中央關(guān)注的涉及到國家政局穩(wěn)定和人民安居樂業(yè)的重大問題。因此，科學(xué)地檢測農(nóng)作物的長勢、準確地預(yù)報農(nóng)作物的產(chǎn)量，對于加強小麥生產(chǎn)管理，優(yōu)化種植空間格局，進一步發(fā)揮其生產(chǎn)潛力，國家制定糧食調(diào)配和宏觀經(jīng)濟計劃，輔助政府有關(guān)部門制定科學(xué)合理的糧食政策都有著重要意義。一、應(yīng)用遙感估產(chǎn)的迫切性由于冬小麥分布廣闊，地域復(fù)雜，其面積產(chǎn)量等數(shù)據(jù)的取得通常是采用統(tǒng)計方法，或常規(guī)的地面調(diào)查方法，受人為因素影響較大，且費時費力，難以適應(yīng)有關(guān)冬小麥管理、決策對其現(xiàn)勢性信息的需求。遙感信息具有覆蓋面積大、探測周期短、資料豐富、現(xiàn)勢性強、費用低、受地面條件限制小，手段多，獲取的信息量大等特點，為快速準確的冬小麥估產(chǎn)提供了新的技術(shù)手段，為各國所重視。遙感在作物長勢監(jiān)測與估產(chǎn)方面的應(yīng)用研究，顯著地提高了區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的動態(tài)預(yù)測性和管理決策的科學(xué)水平，取得了較好的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。小麥作為主要糧食作物，安全生產(chǎn)已成為我國可持續(xù)發(fā)展的重要保障。及時了解小麥的分布概況、生長狀況、肥水行情以及病蟲草害動態(tài)，便于政府決策者和生產(chǎn)管理者采取各種管理措施，達到增產(chǎn)、增收和增效的目的。業(yè)務(wù)化冬小麥估產(chǎn)受傳感器特性局限、云覆蓋、衛(wèi)星遙感平臺運行狀態(tài)等因素的影響，一直面臨遙感信息源保障問題，因此，急需多傳感器組網(wǎng)、多源遙感信息整合的作物估產(chǎn)系統(tǒng)。因此，在進行大尺度農(nóng)作物估產(chǎn)中，迫切需要除了利用分辨率較高的遙感信息(如MODIS影像)外，還應(yīng)充分利用分辨率較低、時間序列長的NOAA/AVHRR(AdvanceVeryHighResolutionRadionleter)數(shù)據(jù)作為大#主要有：NOAA/AVHRR、EOS/MODIS以及Landsat/TM影像等。高的遙感估產(chǎn)精度需要有高的空間分辨率，時間分辨率和光譜分辨率信息源的保障。由于受估產(chǎn)成本的限制，一般大范圍冬小麥遙感估產(chǎn)多采用廉價的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，如NOAA/AVHRR、EOS/MODIS等資料。時間分辨率雖然很高，但相對的空間分辨率比較差．很難準確提取冬小麥的分布和面積信息。小范圍的冬小麥遙感估產(chǎn)若采用價格較昂貴的衛(wèi)星資料，如SPOT影像，空間上精度提高了.時間分辨率卻降低了，不能對小麥等作物進行連續(xù)的觀測監(jiān)測，最終還足會影響估產(chǎn)精度。其次。絕大部分小麥遙感估產(chǎn)模型在小區(qū)試驗中都能取得較高的精度，但其大面積估產(chǎn)時不能滿足專業(yè)化要求。究其原因，這些遙感估產(chǎn)模型多是依據(jù)植被指數(shù)與農(nóng)學(xué)參數(shù)間的相關(guān)性而建立的回歸模犁，具有很強的經(jīng)驗性，普適性較差。今后在小麥遙感估產(chǎn)模型構(gòu)建中，應(yīng)考慮模型的機理性與普適性，以增強估產(chǎn)模型在區(qū)域間或年份間的通用性。另外，缺乏可面向?qū)嶋H應(yīng)用的小麥遙感估產(chǎn)信息系統(tǒng)。小麥遙感估產(chǎn)信息系統(tǒng)是對小麥的整個生長過程進行系統(tǒng)監(jiān)測和管理，利用程序語言工具，將遙感數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、品種資源數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)進行綜合集成，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、信息查詢、長勢分析、產(chǎn)量估測以及決策服務(wù)等功能的計算機信息管理系統(tǒng)。近年來，在小麥遙感監(jiān)測信息系統(tǒng)研制與開發(fā)方面取得一些進展，但不太成熟?！鞍宋濉逼陂g。中國科學(xué)院聯(lián)合多個單位，在開展小麥、水稻和玉米面積遙感估產(chǎn)試驗的基礎(chǔ)上，建成了大面積“遙感估產(chǎn)試驗運行系統(tǒng)”。吳炳方等開發(fā)出農(nóng)作物長勢遙感監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了作物長勢監(jiān)測、過程分析和結(jié)果輸出的綜合監(jiān)測過程。這些研究成果目前尚處于研究階段，還未廣泛用于小麥生產(chǎn)的估產(chǎn)。準確、迅速、全面的信息交流將是數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。將遙感技術(shù)和其他信息技術(shù)集成.建立面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的小麥估產(chǎn)信息系統(tǒng).可以為糧食部門或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理者提供信息化、智能化的農(nóng)情決策服務(wù)。未來小麥遙感估產(chǎn)研究方向針對農(nóng)作物遙感估產(chǎn)的研究現(xiàn)狀和存在的一些問題，在遙感技術(shù)和相關(guān)信息技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上，應(yīng)加快小麥遙感估產(chǎn)的信息化集成應(yīng)用的步伐，做好如下幾方面的工作。10.2.1利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)源提高估產(chǎn)精度一是采用高精度的數(shù)據(jù)源。目前采用的主要是中低分辨率的遙感影像，由于受空間和光譜分辨率的影響。容易造成“異物同譜”、“同譜異物”現(xiàn)象，較難精確地反映農(nóng)作物的生長狀況和產(chǎn)量信息，是造成遙感估產(chǎn)精度低的主要原因。為了提高估產(chǎn)精度，采用更高分辨率的遙感影像是一種有效的方法。目前高分辨率的衛(wèi)星主要有法國的SPOT衛(wèi)星，美國的“快鳥”IKONOS等衛(wèi)星，精度能達到分米甚至厘米級。但是這些資料價格昂貴，成本投資太大。二是采用多分辨率遙感數(shù)據(jù)的融合技術(shù)，可使遙感數(shù)據(jù)反演的精度得到明顯提高。在進行大面積的估產(chǎn)時，可以用小范圍的高精度遙感影像結(jié)合大范圍的中低分辨率資料，采用遙感圖像數(shù)據(jù)內(nèi)插融合的處理方法，來提高遙感信息的整體精度。這種方法在其他領(lǐng)域，如土地利用變化監(jiān)測中得到了很好的利用。10.2.2利用數(shù)據(jù)反演綜合氣候環(huán)境因子進行小麥的遙感估產(chǎn)在小麥的生長期內(nèi)進行遙感估產(chǎn)，需要非常注意環(huán)境、氣象因子對小麥產(chǎn)量的影響。因為產(chǎn)量的形成與氣候環(huán)境因子密切相關(guān)，作物遙感估產(chǎn)的最佳時期是抽穗期．從抽穗期到成熟期。氣候環(huán)境因子對產(chǎn)量影響很大。因此，在應(yīng)用遙感數(shù)據(jù)進行估產(chǎn)時，結(jié)合產(chǎn)量形成的模式，充分考慮影響小麥產(chǎn)量形成的氣象、水分。溫度等環(huán)境因子．能隨時根據(jù)具體情況對模型進行相應(yīng)的調(diào)整，提高產(chǎn)量預(yù)報的準確性和時效性。10.2.3極端氣候條件下的產(chǎn)量評估近年來，我國的災(zāi)害性天氣和極端氣候如局地性暴雨洪澇、高溫熱浪、冰凍災(zāi)害等發(fā)生越來越頻繁，而且強度有加大的趨勢。這些天氣和氣候?qū)r(nóng)業(yè)的影響是最直接也是最大的。同時，這些災(zāi)害發(fā)生在農(nóng)作物的不同生長階段，對產(chǎn)量的影響也是不同的。比如在小麥的生育期內(nèi)發(fā)生高溫、干旱的情況，會對最終的產(chǎn)量形成產(chǎn)生很大影響。遙感手段具有及時性和廣域性的特點，能在全球的任何地方發(fā)現(xiàn)追蹤災(zāi)害發(fā)生情況，并能及時地將災(zāi)害情況和災(zāi)情數(shù)據(jù)反饋地面接收站。因此，充分的利用遙感技術(shù)的優(yōu)勢，結(jié)合農(nóng)學(xué)機理模型，測算這些極端天氣和氣候在農(nóng)作物不同的生長時期對農(nóng)作物產(chǎn)量形成的影響程度，進行災(zāi)害評估和災(zāi)害后及時估產(chǎn)，為政府部門和廣大的農(nóng)戶提供更加即時準確的評估信息。開展遙感估產(chǎn)技術(shù)的信息化集成研究，提供專業(yè)化服務(wù)隨著國家對糧食安全問題的日益重視，政府、社會對作物生長信息的需求也會不斷的加大，迫切需要及時、準確、完備的小麥產(chǎn)量的預(yù)報信息。因此，及時把各項信息技術(shù)加以組裝和集成，應(yīng)用到農(nóng)作物遙感估產(chǎn)中，以提高研究成果的綜合服務(wù)能力?！?S”技術(shù)就是一個進行遙感估產(chǎn)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化的很好載體，也可以成為很好的服務(wù)平臺。目前已經(jīng)有研究將“3S”技術(shù)應(yīng)用到小麥的遙感估產(chǎn)中，并取得了一定的成果。小麥遙感估產(chǎn)發(fā)展的方向是：建立我國小麥等主要農(nóng)作物遙感估產(chǎn)服務(wù)系統(tǒng)。對全國范圍內(nèi)小麥種植面積、長勢狀況、產(chǎn)量的估算等全程監(jiān)測和跟蹤調(diào)查，并能提供及時、準確的服務(wù)信息，充分體現(xiàn)信息化、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢。遙感影像的信息波段及其組合可以反映農(nóng)作物生長的空間信息,可對小麥進行長勢監(jiān)測和產(chǎn)量估算,具有及時性和廣域性.生長模型是集氣候、土壤、品種和栽培措施等因素為一體的,對作物的物候發(fā)育、光合生產(chǎn)、器官建成、同化物積累與分配以及產(chǎn)量與品質(zhì)形成等生理過程及其與環(huán)境和技術(shù)因子關(guān)系綜合量化的動態(tài)數(shù)學(xué)模型,具有機理性和預(yù)測性.將二者結(jié)合用于長勢監(jiān)測不但具有理論研究價值,還具有廣泛的應(yīng)用前景。10.2.4利用新型光譜指數(shù)改善冬小麥估產(chǎn)精度基于冬小麥返青期至乳熟期8次采樣的地面光譜數(shù)據(jù)和收割時的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，首先，利用光譜反射率與產(chǎn)量進行了統(tǒng)計分析：可見光波段的光譜反射率與產(chǎn)量在起身后期才達到穩(wěn)定的顯著負相關(guān)水平；近紅外波段的光譜反射率與產(chǎn)量在所有生育期都表現(xiàn)出穩(wěn)定的顯著正相關(guān)；短波紅外波段的光譜反射率與產(chǎn)量在進入灌漿期后才達到穩(wěn)定的顯著負相關(guān)水平。其次，根據(jù)冬小麥冠層光譜的波形特征，利用近紅外波段890nm反射峰、980nm和1200nm兩個弱水汽吸收谷、短波紅外1650nm和2200nm反射峰，設(shè)計歸一化差值光譜指數(shù)，并與冬小麥產(chǎn)量進行相關(guān)分析，結(jié)果表明：利用上述波段組合定義的歸一化差值光譜指數(shù)與產(chǎn)量在各個生育期都達到了顯著或極顯著相關(guān)水平，而歸一化差值植被指數(shù)(NDVI)與產(chǎn)量間的相關(guān)在營養(yǎng)生長階段不顯著。最后，以(890nm,1200nm)弱水汽吸收光譜指數(shù)為例，建立了各個生育期的產(chǎn)量預(yù)報模型，為實現(xiàn)冬小麥營養(yǎng)生長期長勢監(jiān)測與更早C更可靠的產(chǎn)量預(yù)報提供了依據(jù)。參考文獻1劉婷，任銀玲，楊春華“3S”技術(shù)在河南省冬小麥遙感估產(chǎn)中的應(yīng)用研究［A］河南科學(xué)2001,19(4)2馮美臣，楊武德小麥遙感估產(chǎn)研究進展與發(fā)展趨勢【A】作物研究2005年第4期3、趙庚星余松烈冬小麥要干估產(chǎn)研究【A】山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2001,32(1)王云峰，沈潤平，田國珍基于MODIS數(shù)據(jù)光譜突變法提取冬小麥種植面積研究【A】內(nèi)蒙古