农业遥感信息技术(6篇)
时间：2024-07-29
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关键词：测绘技术：GPS：RS；GIS
随着现代测绘技术的出现，无论在学科理论，或在技术体系，以及应用范围上都取得了重大的发展，甚至可以说是重大的变革，从而也将彻底地改变传统测绘的生产方式。现代测绘产业以“3S”技术为特征，现代测绘技术已经成为人类研究地球及自然环境，解释某些自然现象，解决人类社会可持续发展等重大问题的重要工具。
一、现代测绘技术的发展概况
(一)GPS的发展
全球定位系统(GPS)是美国从20世纪70年代开始研制，于1994年全面建成的利用导航卫星进行测时和测距，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。1996年2月，美国总统令宣布GPS为军民两用系统，标准定位服务对民用开放，2000年5月，美国总统令SA关闭，价格不贵的民用GPS接收机能将其水平定位精度从不低于100m提高到15～20m，民用GPS的具备了真正的实用价值。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，GPS的应用领域正在不断地开拓，目前，各种类型的GPS接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测。GPS已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。GPS和GLONASS兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。GPS作为一项引起传统测绘观念重大变革的技术，已经成为大地测量的主要技术手段，也是最具潜力的全能型技术。GPS定位技术与常规地面测量定位相比，除具有对测站选择更灵活、更适应不利条件、全天候连续作业外。还具有比任何地面常规技术供数量更多、精度更高的数据信息。
(二)遥感技术的发展
遥感包括卫星遥感和航空遥感，航空遥感作为地形图测绘的重要手段已在实践中得到了广泛的应用，卫星遥感用于测图也正在研究之中并取得一些意义重大的成果，基于遥感资料建立数字地面模型进而应用于测绘工作已获得了较多的应用。自20世纪初菜特兄弟发明人类历史上第一架飞机起，航空遥感就开始了它在军事上的应用，从1972年第一颗地球资源卫星发射升空以来，美国、法国、俄罗斯、欧空局、日本、印度、中国等国家都相继发射了众多对地观测卫星。遥感信息获取技术已从可见光发展到红外、微波：从单波段发展到多波段、多角度、多极化；从空间维扩展到时空维；从低分辨率发展到高分辨率甚至超高分辨率。遥感平台有地球同步轨道卫星、太阳同步卫星、太空飞船、航天飞机、探空火箭，并且还有高、中、低空飞机、升空气球和无人飞机等：传感器有框幅式光学相机，缝隙、全景相机、光机扫描仪、光电扫描仪、CCD线阵、面阵扫描仪、微波散射计、雷达测高仪、激光扫描仪和合成孔径雷达等，它们几乎覆盖了可透过大气窗口的所有电磁波段。
(三)GIS的发展
地理信息系统作为多个学科、多种技术交叉融合的产物，至今只有40多年的历史。地理信息系统起源于20世纪60年代加拿大和美国学者的在土地和交通方面的地理信息研究。1998年1月31日美国前副总统戈尔在加利福尼亚科学中心的一次讲演，在该讲演中戈尔正式提出数字地球的概念。地理信息系统作为对空间地理分布有关的数据进行采集、处理、管理、分析的计算机技术系统，其发展和应用对测绘科学的发展意义重大，是现代测绘技术的重大技术支撑。
二、现代测绘技术的应用
现代测绘技术作为一门新的信息科学在经济和社会可持续发展的诸多领域正发挥着愈来愈大的作用。在这里主要介绍现代测绘技术在矿山测量方面、湿地方面、水利工程方面和精准农业方面的应用情况。
(一)矿山测量方面
遥感技术在矿山测量中的应用已经历了较长的时间，并积累了丰富的经验。应用遥感资料，可获取矿区实时、动态、综合的信息源，对矿区环境进行监测，为矿区环境保护提供决策支持。遥感资料用于找矿、矿区地质条件研究、煤层顶底板研究等方面都已得到应用，所有这些，都说明遥感技术应用于矿山测量是矿山测量实现其现代任务的重要保证。利用GPS技术进行矿区地表移动监测、水文观测孔高程监测、矿区控制网建立或复测、改造等。其应用于矿山测量工作的地面部分已成为现代矿山测量的一项重要支撑技术。以矿区资源环境信息系统为平台，以各种测量技术为数据获取的途径，可以建立集数据采集、处理、管理、分析、输出于一体的自动化、智能化的技术系统，作为矿山可持续发展的决策支持系统。
(二)湿地方面
利用遥感技术对湿地生物资源的分布、生长状况及其变化进行估测。利用遥感技术多层次、多时相的动态监测功能获得及时可靠的数据，通过地理信息系统技术进行相关数据的实时更新，并对这些数据进行空间分析，可得到湿地的动态变化情况。应用遥感和地理信息系统技术，获取湿地生态环境质量分析评价所需要的数据，借助GPS技术进行水质采样调查、植被样方调查、土壤采样等常规野外调查。根据湿地信息系统的功能，可将其划分为两大类：查询服务型信息系统和决策支持型地信息系统。
(三)水利工程方面
遥感技术能够实时地对大江、大河和湖水水位进行监测，可实时监测洪水灾害面积。RS和GIS集成能及早预报洪水淹没范围和干旱灾情范围，为防灾、抗灾提供准确信息。在水利枢纽工程竣工后，需对水库大坝、大型桥梁等进行连续的、精密的监测。现代测绘技术提供了连续、实时的安全运行监控手段。利用全数字摄影测量或数字测图技术建立数字地面模型，应用GIS的分析决策功能，可以方便快速地进行水库大坝选址、库容计算、引水渠修建、受益范围等设计工作，为开发利用水资源提供科学依据。目前，大中城市都有由数字测图技术或全数字摄影测量技术建立的城市数字地形图，给排水管线的规划、设计可在数字地形图上进行。
(四)精准农业方面
精确农业中，利用GPS技术对采集的农田信息进行空间定位；利用RS技术获取农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异的大量时空变化信息；利用GIS技术建立农田土地管理、自然条件、作物产量的空间分布等的空间数据库；对作物苗情、墒情的发生发展趋势进行分析模拟，为分析农田内自然条件、资源有效利用状况、作物产量的时空差异性和实施调控提供处方信息。GPS、RS、GIS技术及自动化控制技术为支撑的精确农业将促进现代农业的发展。它能够收集土地利用现状、植被分布、农作物的生长情况、农作物的灾情分布、土壤肥力等多种信息，将信息技术与农艺、农机有机地结合起来，最大限度地优化各项农业资源与生产要素的合理分配，获取高产量和最大经济效益，同时又能有效地保护生态环境和农业自然资源，有利于农业的可持续发展。
关键词：摄像测量；遥感技术；应用；发展
随着现代科技日新月异的发展趋势，摄像测量与遥感技术也在不断发展和提高，其应用领域也越来越广泛，由最初的地球科学研究，到如今被人们应用于日常生活工作当中，其应用价值也愈发凸显。在此趋势下，摄像与遥感技术的应用及其发展成为了相关工作者应当予以关注与思考的问题。
1摄像测量与遥感技术
1.1摄像测量
摄像测量是指通过影响研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门科学，其实质是一门信息科学，目前是测绘学的分支学科。就学科而言，摄像测量学主要针对集合定位和影像解译这两大问题进行解决。其主要内容包括不同比例尺下的地形图的测绘、数字地面模型的建立、提供地理或土地信息系统的基础数据。在学科特点方面，摄像测量学反映的是客观的、真实的目标，形象直观，并且可从中获得大量信息，其中主要是物理信息与集合信息，同时摄像测量还可以针对动态物体进行测量，捕捉其瞬间影像，对测量工作的进行是一大进步，此外，摄像测量的引用范围较广，适用于大范围地形测绘，提高测绘效率。在工作地点的选择上，摄像测量由于是在影像中进行测量工作，其工作地点不再受气候、地理等条件的限制，为实际测绘工作提供便捷。
1.2遥感技术
遥感技术是一种探测技术，始于上世纪60年代。事实上，任何物体都具有光谱特性，即吸收、反射、辐射光谱的性能。不同物体对于光谱的反映存在差异，同一物体在不同的时间和地点也会对光谱产生不同的反射和吸收程度差异。遥感技术正是利用这一原理，将电磁波理论结合传感仪的使用，对远距离目标所辐射和反射的电磁波、可见光、红外线信息进行收集处理，最终成像，达到探测和识别的目的。遥感技术是一套设备系统共同协作可完成的工作体系，其组成设备包括遥感器、遥感平台、信息传输设备、接收装置、图像处理器等。遥感技术按照电磁谱段的差异可分为可见光遥感、红外遥感、多谱段遥感、紫外遥感和微波遥感。遥感技术由于其探测范围大、获取资料速度快、受限条件较少等原因被广泛应用于农业、林业、地质、地理、海洋、水文、气象、测绘等许多领域。
2摄像测量与遥感技术的应用现状
2.1摄像测量的应用现状
（1）航空摄影
航空摄像，又称航拍，指在飞机或其他航空飞行器上利用航空摄影机摄取地面景物的技术。航空摄像技术的实现必须以航天技术为基础，在航天摄影技术方面也有着一定的要求，测量标准更加严苛，所要求的摄像测量工作者的专业技能也更高，在测量成本方面，由于其过程涉及航天技术的应用，成本自然很高。
（2）无人机低空摄像测量
无人机低空摄像测量是摄像测量的一项重要应用，其目的是获取高分辨率数字影像。无人驾驶飞机作为飞行平台，运用的传感器通常是具有高分辨率的数码相机，结合遥感技术，通过系统一系列的集成应用，最终获取到面积较小、色彩保真、大比例尺的航测数据。当代无人机低空摄像测量被广泛应用于基础地理数据的获取，为接下来的工作奠定基础。与卫星遥感相比，无人机低空摄像测量具有明显的优势，首先在操作上，无人机摄像测量更加机动灵活，在安全性上也更有保障，由于是低空作业，其影响分辨率较高，摄像测量精度可达到亚米级。从成本上看，无人机低空摄像测量无疑成本低与卫星遥感。
2.2遥感技术的应用现状
（1）农情检测
我国是农业大国，粮食问题历来是我国政府密切关注的所在。摄像测量与遥感技术由于其对真实画面的捕捉与反馈使得其获取的数据更具科学性与客观性，并且其在数据收集过程中周期较短、范围较广，因此，将其应用于农作物监测具有很大的优势，获取的相关资料对于农作物长势情况的掌握和农业估产具有重要作用。上世纪80年代中期，在国家经委的支持下，以中国气象局为主的相关部门组织开展了北方十省冬小麦股产试验，标志着我国气象卫星非气象领域工程化应用的开始，也是我国首次开展大规模遥感估产工作。“八五”期间，我国建立了主要粮区主要农作物（小麦、水稻、玉米）的股产信息系统，其中大面积冬小麦遥感股产运行系统是遥感技术与地理信息系统技术相结合的产物。它将整个遥感估产过程中的各个作业环节纳入计算机系统运行，使整体具有数字化作业能力，并能够输出各种估产结果。自1992年起的三年内，在黄淮海地区进行冬小麦遥感估产试验的结果表明，利用遥感技术对大面积农作物股产的精度能够达到95%以上，具有较大的应用价值。目前，利用气象卫星进行农作物估产的应用已经得到了普及与深化，并逐渐形成为一种业务化手段，估产对象也逐渐走向多样化。
（2）地质矿产资源调查
矿产资源是重要的自然资源，是人类社会赖以生存的物质基础，是国家发展与安全的中国要保障。我国矿产资源丰富，遥感技术的应用前景广阔，且遥感技术在区域地质填图方面的应用较为成熟，在其应用效果上也取得了一些成就。例如，在内蒙古、山东、江西等省开展的32项1：5万图幅的地质填土工作中，遥感技术的应用一方面显著提升了工作效率与工作质量，另一方面也节省了填图费用，每幅图的实际费用仅占常规方法所耗用资金的三分之二。
3摄像测量与遥感技术的应用发展
随着摄像测量和遥感技术自身技术水平的发展，可预见的是，其应用的领域将会更加广泛。摄像测量的具有代表性的发展趋势是传感器的改良与创新，结合其在不同领域的应用及其实际需要而改革发展。事实上，在不同行业中，对于摄像测量与遥感技术的需求需要根据行业特点加以确定，根据自身需求加以运用。在摄像测量与遥感技术的应用过程中，相应的测量软件平台的开发与信息提取与分析效率的提高逐渐成为重要的发展趋势。在当下这一大数据时代，想要对二者加以改进，就必须提高数据的处理效率，，进行推动器改革，同r在遥感技术方面，对遥感数据的处理要更新模型的效率，引入先进算法，更好地将其应用于更多领域。
4结束语
综上所述，在当今经济高速发展、行业变化较快、信息环境变化莫测的大环境下，我国对摄像测量与遥感技术的应用将会越来越广泛，其技术的提高速度与质量应当被社会各行业关注。摄像测量与遥感技术自身的发展一方面具有科技性意义，同时也具有整个人类社会的经济价值，在其应用领域中，更是具有商业价值，因此，我国应加快摄像测量与遥感技术的研究与开发，并在其应用范围中不断扩展。
参考文献
[1]张军.摄影测量与遥感技术发展展望[J].科技资讯，2015.
关键词:农机监理;信息化;计算机应用;必要性;可行性;重要意义
当前信息革命正在席卷全球主要目标是使任何人可以在任何时间和地点传递和获取各种形式的所需信息遥其主要内容是实现各种形式的信息交流以便于人类信息的交流储存检索传输利用和再处理等从而达到信息资源共享的目的[1]遥信息在现代社会中的地位和作用已经越来越明显与农业机械化的联系也日益密切两者相结合不仅可以解决农业产业结构调整中的相关技术农具及农产品生产销售问题增加农民收入还可以提高农机监理部门的自动化办公程度以便高效方便快捷地管理农机更好地服务于农业农村和农民[2]遥
1农机监理应用计算机的必要性和可行性
1.1必要性
我国农机监理事业自1984年以来得到了迅猛发展但监理水平的提高至少受两方面因素的制约遥一方面法制不完善迄今没有一部真正意义上的全国农机监理法律农机依法监理存在很大困难曰另一方面监理设备少质量差技术手段落后遥因此完备的法律法规精良的技术装备先进的技术手段是农机监理工作水平进一步提高必不可少的条件遥计算机作为20世纪中期发展起来的一项先进科技正逐渐被运用于社会各行各业并创造了巨大的经济效益和社会效益遥农机监理工作点多量大面广政策性强的特点以及高效率高准确度规范化等要求使引入计算机应用显得特别必要遥所谓农机监理计算机应用即是利用计算机对农机监理的有关信息进行存储加工查询统计分析再现等处理从中发现工作的特点动向和规律为宏观决策和微观控制提供可靠依据遥在农机监理中引入计算机应用是农机监理工作的需要是形式发展和社会进步的需要是解决一系列矛盾的有效措施遥这些矛盾主要体现在院淤手工处理农机监理业务不可避免地造成多次重复造成工作人员负担过重曰于报表之间照应性一致性差容易出现错误统计数据的可参考价值大打折扣曰盂难以在大量农机监理信息中进行快速准确的查询和统计分析遥为了进一步提高监管水平最大限度地预防农机事故发生满足形势需要必须充分利用计算机快速方便高效准确的特点向现代化科技要效率要效益遥
1.2可行性
在农机监理工作中引入计算机不仅是必要的而且是可行的遥一是计算机管理软件通用性强组合简便遥计算机管理系统可以是一个高度模块化的开放系统各个模块不但有机地联系而且每个程序模块可独立工作遥计算机系统的这种高开放性可通用性使其可应用于各级各地农机监理机关遥二是计算机系统功能覆盖面广实用性强遥计算机系统能完成录入检索统计维护报表自动生成辅助决策等功能较全面地满足了农机监理业务的需要遥三是计算机应用入门容易易于在工作中推广普及遥计算机软件通常采用菜单驱动人机对话汉字提示代码录入简单明了采用的逻辑检查确认正误等技术使之有较强的容错性遥
2计算机应用在农机监理中的重要意义
2.1有利于改善农机安全宣传效果
通过建立农机监理系统的站点和主页积极宣传各级农机监理部门的职责农机安全相关法规和政策农机安全技术标准农机安全生产动态农机安全作业常识等遥首先使用网络的有党政机关群众团体学生利用计算机网络传播信息量大范围广的特点可以拓宽农机安全宣传的对象领域遥其次网络传播信息刷新快周期短及时性有效性都得到了保证遥再次网络传播的信息可以有声音图像文字等直观效果好感染力强例如在事故档案中放上事故现场的照片文字说明和声情并茂的解说其宣传教育效果比单纯的文字说教更有震撼力和感染力[3]遥
2.2有利于提高农机监理工作效率
有效堵塞管理漏洞用信函发送文件报表一是传递速度慢二是统计数据需多次重复录入浪费了大量的人力和物力遥而用软盘报送报表软盘易损坏耽误工作遥利用计算机网络通讯则可实时准确地查询和传递信息强化系统管理方便联系和沟通遥利用计算机等先进技术装备可以大大提高农机监理部门的快速机动反映能力为查处违章肇事逃逸车辆提供强有力的技术支持可大大提高农机事故处理的工作效率为建设一支高效的监理队伍创造条件遥在农机监理业务中引入计算机应用还可以使农机监理人员在办理各项农机业务时自动做到公开公正公平廉洁有效杜绝业务办理过程中的人情证人情牌超越权限办理业务滥施罚款等不正当行为的发生从而堵塞一系列管理漏洞遥
2.3可以节约大量的人力物力
方便农民群众通过在农机监理中引入计算机应用可以把大量的人力从繁重的手工劳动中解放出来从而抽调更多的力量充实到田检路查年检年审和技术服务中去遥另外由于计算机应用大大提高了农机监理工作的效率从而减少了机手办理牌证检审等的时间提高了农机监理工作的经济性为进一步搞好野文明监理优质服务冶示范窗口创建活动创造条件遥
关键词无人机；农村耕地确权；精度
中图分类号TP7文献标识码A文章编号1673-9671-(2012)051-0104-02
根据我国各部门联合下发的《关于加快推进农村集体土地确权登记发证工作的通知》，我们要在2012年内把全国的农村集体土地所有权证登记完善。《通知》中明确指出了加快农村集体土地确权登记的重要工作，这是更好的维护农民权益的措施、是促进农村社会和谐稳定的迫切需要，是落实最严格的耕地的节约用地制度和利用水平的必要需求来夯实农业、农村的发展状况，将其基础打好，为促进城乡统筹发展做好准备。
农村集体土地所有权证确认工作的主要任务是“查清承包地块的面积和空间位置，建立健全土地承包经营权登记簿，妥善解决承包地块面积不准、四至不清、空间位置不明确、登记簿不健全等问题，把承包地块、面积、合同、权属证书全面落实到户，依法赋予农民更加充分而有保障的土地承包经营权”，其中的关键步骤是以户为基本单位，对现有人口、土地面积、地块、承包现状进行清理核实。传统土地调查使用皮尺测绘法，使用皮尺丈量，画张草图就可以进行确权办证。基本能满足面积和四至的相对准确，但是操作过程不够规范，由于没有坐标系等测绘最基本的要素，所以这种方法采集的成果根本就没有空间位置。
新型无人机遥感技术是利用先进的科学技术、通过遥感传感器技术、遥测遥控技术等应用技术来实现的，这具有快速性、时效性及清晰度优点。无人机能够充分提高调查和监测的水平和效率。遥感监测信息不仅客观性好、现势性强、时效性高、无人为干扰因素，而且信息的定性、定位和定量精度高，避免了虚报瞒报的情况，并且由于地块的方位、面积等在图上得到了清晰的标示，政府部门可以做到“图账对应”，从而准确的掌握了地籍
信息。
以一个乡为示范区，调查工作操作流程如图1所示。
1）利用无人驾驶飞机对调查区进行分辨率为0.1米的全覆盖航拍，选取地面控制点进行正射纠正，提高影像的几何精度，增强可解译性，制作现势性强、精度高且定位准确的1:1500比例尺的无人机航拍正射影像为基础工作底图。
2）采用遥感影像室内预判，先在室内勾绘种植作物地块，以村民小组为制图单元制作外业调绘底图。将外业调绘底图下发给各村民小组，由当地土管人员对权属、地界进行确认，无法确定的采用亚米级手持GPS进行实地调查和勘测定界，并在底图上标明，由此获取工作区内每一块土地的种植类型、面积、权属和分布等信息。
3）将外业调查修改的结果进行内业整理，对耕地现状进行权属、作物及面积的分类统计，提交成果表格及图件。
本次采用先进、高效、准确、直观的调查及统计方法，与以往由各村民小组自行调查并手工测量的方法相比，具有现势性强、数据精确、节省人力物力时间的优点。为确保本次调查成果
图1
的质量和精度，采取以下措施对调查工作的各个环节进行质量
控制。
1）采用精度高、现势性强的无人机航拍数据为基础调查底图，选取地面控制点进行正射纠正，以提高影像的几何精度，增强可解译性。
说明：1）④=②-③，⑤=④/②；2）总图斑数共320个，实测图斑共31个，占9.69%；3）总误差为1603.45平方米（约合2.41亩），平均误差为51.72平方米（约合0.08亩），最大误差为132.68平方米（约合0.20亩），最小误差为1.74平方米；总误差率为1.79%，平均误差率为0.06%，最大误差率为5.32%，最小误差率为0.03%。
2）将参加外业调绘、内业数据整理、编图、统计等工作的技术人员集中培训，制定统一的技术方案、分类标准、精度要求，要求工作人员严格按照标准的外业调绘方法和内业数据处理精度开展本次调查工作。
3）采用试点验证提高精度。在项目正式开展之前，选取一个村民小组作为试点，以便对整个工作方法进行统计精度上的
验证。
①经过全外业调绘、室内数化、土管人员确定权属及地界的工作流程，按地块、户名分别统计面积（以下称遥感面积）。从全部335个地块中随机抽取10%的地块由技术人员配合土管人员进行外业实地测量，丈量长宽的方法采用当地土管人员的惯用方法。将测量面积与遥感面积进行对比，得到误差分析表，见表1。
由表1的分析结果结合影像发现，误差小的地块基本上都是规则形状的地块，误差大的地块有边界不规则的共性。经过技术人员与土管人员研究误差产生的原因，发现在丈量不规则形状地块的时候，由于条件有限，土管人员只能使用皮尺丈量，非直线边界需要大致换算成直线边界进行统计，导致整个地块的面积产生较大误差。而遥感面积是技术人员在航拍影像上直接用专业软件按照地块的实际边界勾绘，由软件根据一定的算法计算面积，比较精确。
②将遥感面积与村委会掌握的耕地在册面积进行对比，绝大部分地块的面积与在册面积基本吻合，也有极少地块与在册面积差额较大。与土管人员研究后发现，与上面的面积对比原因一致，误差小的地块形状规则，误差大的地块边界不规则，产生误差的原因就在丈量方法。
根据以上两种面积对比得出的结论，在接下来的调查工作中，用遥感手段得到地块面积后，针对与在册面积相差较大的地块，如果存在争议，决定采用技术人员携带亚米级手持GPS环绕地块一周，由GPS精确测量面积的方法来复核遥感面积，这样就满足了地块面积精度的要求。
在宁夏范围内，无人机遥感技术首次应用于农村土地确权工作，不仅成果精度远优于传统测量方式，而且工作耗时大大缩短，减轻了农村基层管理人员的工作量，节约了人力物力，在农村的耕地确权工作中值得推广。无人机正以其高机动性，高性价比以及高安全于经济社会发展的各个环节。
参考文献
[1]中华人民共和国国土资源部编.第二次全国土地调查技术规程[S].2007.
[2]原国家土地管理局.确定土地所有权和使用权若干规定[S].1995.
[3]张乐等.浅谈无人机的发展[J].科技信息,2008,18.
[4]金伟等.无人机遥感发展与应用概况[J].遥感信息,2009,1.
论文摘要：我国人多地少，面对人口日益增加的巨大压力，对于资源的有效利用和环境保护的要求越来越高，因此，研究和发展适合我国国情的精细农业技术，推动我国农业生产持续稳定发展，是我国农业现代化的重要内容，也是机遇性的挑战，应当引起我国农业科技界的高度重视。本文首先介绍了国内外“精细农业”技术应用情况，而后对精细农业的一些基本理论进行总结，以供参考。
0引言
“精细农业”的核心指导思想就是要利用现代地球空间信息技术获取农田内影响作物的生长和产量的各种因素的时空差异，避免因对农田的盲目投入所造成的浪费和过量施肥施药造成的环境污染。具体而言，就是利用卫星定位系统对采集的农田信息进行空间定位；利用遥感技术获取农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异的大量时空变化信息；利用地理信息系统建立农田土地管理、自然条件(土壤、地形、地貌、水分条件等)、作物产量的空间分布等的空间数据库，并对作物苗情、病虫害、墒情的发生发展趋势进行分析模拟，为分析农田内自然条件、资源有效利用状况、作物产量的时空差异性和实施调控提供处方信息；在获取上述信息的基础上，利用作物生产管理辅助决策支持系统对生产过程进行调控，合理地进行施肥、灌溉、施药、除草等耕作措施，以达到对田区内资源潜力的均衡利用和获取尽可能高的产量。精细农业技术是运用全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、传感器及检测系统、计算机控制器及变量执行设备等信息技术，对大田农作物生产和畜牧生产实施监控，从而提高作物和畜牧产量和质量，最大限度地保护生态环境，保证农业的可持续发展。
1国内外“精细农业”技术的应用情况
1.1国外“精细农业”技术的应用情况在北美、欧洲和澳大利亚等地“精细农业”技术主要用于土地资源的详查及监测，农作物生长状况的监测和产量预测，灾害性天气、旱情、涝情和水情的监测，农作物病虫害的监测与精细防治和大地号农田的优化施肥等方面。
到了八十年代和九十年代，由于遥感技术(RS)、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)的应用，进行农情监测和产量预测已达到更加精确的程度，所用设备的数量和精度都在提高。目前全球已有20000台“产量监测器”投入了使用，有的就装在收获机械上。
目前，在一些国家“可变比率洒施机”的试用引起了人们的极大兴趣。该机器的设计者试图借助于RS、GIS和GPS等技术获取田间信息(包括土壤参数和病虫害情况等)，同时机器自动控制农药、化肥和种子的施入量。由于优化施肥，农场主从中可能获得巨大的经济效益。
另一种“可变比率洒施机”名为“实时闭循环系统”(Real-timeclosed-loopSystem)，其设计者是想尽可能地摆脱对3S技术的依赖，田间信息直接由安在洒施机上的探测设备获取，并立即对数据进行分析并自动控制农药、化肥和种子的施入量。这种机器保证了所测得信息与所采取措施的地点的一致性。
1.2国内“精细农业”技术的应用情况我国是个农业大国，农业生产的自然条件十分复杂，自然灾害频繁，因此“精细农业”技术对我国农业生产来说是非常重要的。
我国利用地球资源技术卫星遥感资料进行土壤和水文调查开始于七十年代末和八十年代初，山西、内蒙等省(区)的土壤调查和农业区划工作就利用了卫星遥感资料。
1984-1986年，我国在京、津、冀地区，进行了大规模的冬小麦卫星遥感试验，取得了一定成果。1985和1986年小麦产量预报准确率分别为92％和95％。
可见，我国“精细农业”基本上还停留在卫星遥感、地理信息系统和产量预测方面
2“精细农业”的技术思想
精细农业其核心思想是通过对农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素(如土壤结构、地形、土壤含水量、植物营养、病虫害、杂草等)实际存在的空间和时间差异性的分析，确定影响小区产量差异的原因，采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区别对待，按需实施定位调控，以充分利用资源，实现最经济、最合理的投入，获得经济上和环境上的最大效益。精细农业之所以引起全世界广泛的关注，首先是因为它能显著提高产量，提高耕地资源利用潜力和保护环境；其次，是因为精细农业研究的意义已远远超出其技术系统应用发展本身的范围，它提供的技术思想和改造客观世界的认识思维方式，其影响更是深远的。
3精细农业的技术构成
3.1GPS——全球定位系统推动精细农业发展的关键技术是在20世纪70年代末开始建立的全球定位系统。它是一种高精度、全天候、全球性的无线电导航、定位、定时系统，它可提供连续、定位和原子时钟信息。
3.2GIS——地理信息系统地理信息系统以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件的支持下，对有关空间数据按地量坐标或空间位置进行预处理、输入、存储、查询、检索、运算、分析、显示、更新和提供应用、研究，并处理各种空间实体和空间关系。它有如下特征：具有采集、管理、分析和输出多种空间信息的能力；具有空间分析、多要素信息分析和预测预报的能力，可为宏观决策管理服务；能实现快速、准确的空间分析和动态监测研究。将GIS用于精细农业中，可对农田小区的作物产量和各种影响因素进行存储、分析和管理。
3.3RS——遥感技术遥感技术可根据对遥感资料的解译，获得所研究区域内有关信息，具有宏观、快速、动态等特点。
不同含水量的土壤具有不同的地表温度，因而具有不同的热红外特性和热辐射特性。农作物不同生长期和不同生长情况均有不同的光谱反射曲线，所以结合研究区域内抽样调查的资料和GIS数据库，并依靠有关的专业基础知识，利用RS可获得土壤含水量、作物长势和产量等重要资料。
3.4DSS——决策支持系统决策支持系统是根据农业生产者和专家在长期生产中获得的知识，建立作物栽培与经济分析模型、空间分析与时间序列模型、统计趋势分析与预测模型和技术经济分析模型，利用GPS、RS获得的各种信息及GIS建立的数据库，针对小区内农作物生长环境和生长条件时间和空间上存在的差异作出分布式投入决策，即生成田间投入处方图。决策支持系统DSS综合了专家系统ES(expertsystem)和模拟系统SS(simulationsystem)，因而能为精细农业的实施提供正确的决策支持。
3.5ST——信息采集与处理技术信息采集与处理技术是获取各种信息的重要手段。精细农业的实现首先在于认识农田小区内农作物生长环境和生物情况的差异而这必须依赖于各种先进的传感器。随着现代科学技术的发展，各种非接触快速测量传感器和智能化传感器为精细农业提供了全新的技术支持。
（许昌学院电气信息工程学院，河南许昌461000）
摘要：MODIS遥感数据具有探测周期短、覆盖面积广、数据开放等优点，适合大尺度、动态的农业遥感监测应用。结合了MODIS遥感数据资源的特点和农作物物候特征，提出了基于MODIS的农作物面积遥感监测方法，并根据黄淮地区冬小麦种植面积提取的应用需求，选用地理空间数据云平台提供的3种MODIS数据产品进行了农作物面积提取。结果表明，使用5d合成数据产品的提取精度较高。
关键词：遥感监测；农作物面积；MODIS；冬小麦
中图分类号：TP392；S127文献标识码：A文章编号：0439－8114（2015）06－1483-03
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.06.052
MonitoringWinterWheatAcreagewithRemoteSensingBasedonMODIS
CHENJing
（SchoolofElectricandInformationEngineering，XuchangUniversity，Xuchang461000，Henan，China）
Abstract：MODISdatawithadvantagesofshortperiodofdetection，widecoverageandopenaccessaresuitableforlarge－scale，dynamicagriculturalremotesensingdetectionandapplications．CombiningwiththedatafeaturesofMODISandcropsphenologicalcharacteristics，themethodofmonitoringcropsareawithremotesensingbasedonMODISwasestablished．AccordingtotheapplicationrequirementsofwinterwheatacreageextractinginHuang－Huairegion，threekindsofMODISdataproductsinGeospatialDataCloudwereusedforcropareaextraction．Theresultsshowedthatusingfive－daysyntheticdataproducthadahigherextractionaccuracy．
Keywords：remotesensingmonitor；cropacreage；MODIS；winterwheat
收稿日期：2014－09－01
基金项目：河南省教育厅科学技术重点研究项目（14A510026）；许昌学院科研基金项目（2014011）
作者简介：陈静（1981－），女，河南许昌人，讲师，硕士，主要从事遥感影像处理及图像识别方面的研究，（电话）15936316825（电子信箱）
chenjing1206@126．com。
遥感（Remotesensing，RS）技术作为地球信息科学的前沿技术，可以在短期内连续获取大范围的地面信息，实现农业信息的快速收集和定量分析，是目前最为有效的对地观测技术和信息获取手段［1］。作物遥感监测是遥感技术在农业领域应用的重要内容之一。1974年，美国农业部就开展了“大面积农作物估产实验”（LACIE），对世界范围内不同区域的小麦种植面积、总产量进行估算，精度达到90％以上［2］。自1988年以来，欧盟开展农业遥感监测计划（MARS），利用遥感技术对欧盟国的耕地、作物种植面积和产量进行监测，每两周报告一次，将监测结果用于农业补贴的申报核查和共同农业政策制定［2］。近年来，我国农作物遥感监测方面也取得了长足的进步，从单一作物发展到小麦、玉米、水稻等多种作物遥感估产，从小区域到跨越11个省市的遥感估产，取得了许多研究成果［3］。
我国幅员辽阔、地区差异大、地块零碎、散户经营，加之遥感数据资源的缺乏，我国农业遥感监测还存在着作物识别精度不高、工作效率偏低、费用昂贵等问题。本研究结合MODIS遥感数据高光谱、多时相、开放性等优点，探讨了基于不同类型MODIS数据产品和物候特征实现农作物遥感监测，并在黄淮地区冬小麦种植面积提取中进行了应用。
1MODIS数据产品概述
中分辨率成像光谱仪（Moderate-resolutionimagingspectroradiometer，MODIS）是美国对地观测卫星TERRA所携带的传感器之一，其扫描光谱范围为0．4～14．4μm，共有36个光谱波段，空间分辨率包含1000、500、250m等。在对地观测过程中，每1～2d观测地球表面1次。MODIS采用开放的数据获取政策，免费提供多种原始数据和不同等级的数据处理产品，并在MODIS官方网站上公布传感器的主要参数［4］。这些政策和措施极大地促进了全球范围的数据共享以及不同国家的科研合作，实现了世界范围内多学科领域的交叉研究。
中国科学院计算机网络信息中心科学数据中心开发实现的地理空间数据云平台，提供了LANDSAT、MODIS、NOAA等多种权威科学数据资源的集中镜像服务，并建立基于模型的数据产品加工服务［5］。为方便国内用户使用，该平台还提供了MODIS中国合成产品，如MODIS中国区域温度合成产品、NDVI植被指数产品、EVI植被指数产品等。
2物候特征分析
2．1农作物物候期
物候是指植物为了适应气候条件的节律性变化而形成与此相应的植物发育节律。掌握物候变换规律在预报农时，监测、保护生态环境，预测气候变化趋势等方面具有重要的理论和现实意义［6］。为了在最有限的时间内获取最大信息量，就必须合理选择卫星数据的时相，从而实现以最小代价获取最全面、最精确的知识，提高生产效率。
农作物的状态和群体特征是影响作物光谱特征的主要因素。我国物候观测资料非常丰富，不同农作物之间的物候差异是选择作物识别最佳时相的常用依据［7］。我国华北地区主要农作物种植的物候期及各阶段的植被覆盖程度见图1［8］。根据农作物物候期分布、不同时期遥感图像的光谱特性以及不同物候期内农作物光谱特征差异，选取区别不同农作物的最佳时相影像。比如，12月上旬冬小麦处于分蘖期，地面有一定的植被覆盖，叶绿素含量，而其他植被均已落叶，与背景地物具有较大的季相差异，因此，在卫星图像上表现为十分明显的影像特征。
2．2农作物光谱特征
选取遥感影像特定波段的数据就可以更有效地对不同农作物进行分类。对于MODIS数据，可以选用与农作物生长密切相关的1～7个波段进行分析。其中，RED波段（0．620～0．670μm）受叶绿素含量控制，对绿色植被具有强吸收特点，对植被覆盖度、生长状况敏感，如分蘖期的冬小麦，由于具有较高的叶绿素含量，与背景地物具有较大的季相差异，因此在卫星图像上表现为十分明显的影像特征；BLUE波段（0．459～0．479μm）可以反映土壤和植被的差异，改进对农作物的监测；NIR波段（0．841～0．876μm）对绿色植被具有高反射特点，可以反映指标类型和生物量的指标；ESWIR波段（1．628～1．652μm）则受叶细胞内水分含量的控制，对植被生化组分和湿度的变化非常敏感［9］。
植被指数是对地表植被活动的简单、有效的度量。在MODIS－NDVI数据集中，使用植物吸收的RED波段和植物发射的远红外波段┃
3基于MODIS的农作物面积提取
3．1研究方法
利用遥感数据提取农作物种植面积的理论依据是遥感图像中相同的地物类型在相同的条件下（纹理、地形、光照、植被覆盖等），应具有相同或相似的光谱信息特征和空间信息特征。其实质是根据各类地物的光谱特征进行特征参数的分析与选择，然后采用一定的规则（即分类算法）对遥感图像进行分类［2］。其中，不同类型地物的特征选择和分类算法是农作物种植面积提取的关键点。
根据不同生物波谱特性和农作物物候特征差异，选择多时相的MODIS遥感数据，通过计算并分析归一化植被指数NDVI、增强型植被指数EVI、土壤调节植被指数等，使用现有成熟的遥感图像处理软件ERDASIMAGINE进行分类试验，通过调整算法的参数和优化样本点等方式不断改进和提高分类效果。
3．2农作物面积提取
在研究过程中，尤其要注意不同尺度、多时相遥感数据的选择要结合被研究区域的地理数据、按当地气象数据及其他辅助数据。在数据与特征波段分析时要结合农作物波谱特性及生物学特性，并综合利用农作物物候期信息，提取合适的特征参量，改进分类精度和农作物提取的精确度。基于MODIS的农作物面积提取流程如图2所示。
4黄淮地区冬小麦面积提取的应用
4．1数据选择
小麦是我国主要粮食作物之一，地域分布广阔，种植相对集中。按照种植产区可以分为黄淮冬麦区、东北春麦区、新疆冬春麦区、北部春麦区、西北春麦区、西南冬麦区、华南冬麦区、长江中下游冬麦区、北部冬麦区等9个大区［11］。其中，黄淮地区（主要包括河南、山东、河北、天津、北京等地）是全国最大的冬小麦生产基地，其小麦种植面积占全国总种植面积的61．4％，因此成为农业遥感监测的主要地区。
本研究选取了黄淮冬小麦种植区为研究区域，利用的MODIS遥感数据进行冬小麦种植面积提取。根据图2所示的冬小麦物候期特征，分别选取了2010年12月上旬冬小麦分蘖期的3类数据产品进行处理，具体包括有：2010年12月8日MODIS陆地标准数据产品（MOD09GQ）、2010年12月6日至10日中国250mEVI5d合成产品（MODEV1F）和2010年12月1日至10日中国250mEVI旬合成产品（MODEV1T），分辨率均为250m。前两种遥感数据局部图如图3所示。
4．2试验结果
根据上述分析，对MOD09GQ的第1、2波段和MODEV1F、MODEV1T的第3、7波段进行几何校正、影像切割和重采样等操作。进一步对RED、NIR，BLUE和ESWIR4个工作波段光谱数据计算，得到LSWI、EVI和EVI特征数据集。结合给区域特征，将地物分为冬小麦、绿地、裸地、水体、其他等6个类别。
在ERDASIMAGINEProfessional9．1环境下，分别采用监督分类和非监督分类方法进行试验，各参数使用该环境下该算法的缺省值。随机抽取200个样本点对分类结果进行精度评价，所得结果如表1所示。
Kappa系数是一种计算分类精度的方法，它采用离散的多元技术来测量图像之间的吻合度［12］。从表1中可以看出，各种地物单类分类精度在85％以上，总体精度平均值达到了89．94％，均大于0．84。从遥感数据产品上来看，采用EVI5d合成的MODEV1F遥感数据的分类精度普遍高于单日数据产品MOD09GQ和旬合成数据产品MODEV1T。
5小结与讨论
农作物面积反映了农业生产在空间范围利用农业生产资源的情况，是了解农产品种类、结果、分布特征的重要信息，是进行农业结构调整的依据，是研究粮食区域平衡、预测农业资源综合生产能力与人口承载能力的重要数据源。应用遥感技术可以及时可靠地监测全国主要农作物的种植面积或种植面积的变化。尤其是近年来新的高空间分辨率、高光谱、雷达等遥感技术的发展，为农业现代化管理提供了新的机遇。结合地理信息系统（GIS）、全球定位系统（gps）和遥感技术（RS）的“3S”一体化发展必将成为今后农业遥感的研究热点。
参考文献：
［1］李小文．遥感原理与应用［M］．北京：科学出版社，2008．1－8．
［2］林文鹏，王长耀．大尺度作物遥感检测方法与应用［M］．北京：科学出版社，2010．
［3］陈仲新．GEOSS背景下的农业遥感监测［J］．中国农业资源与区划，2012，33（4）：5－10．
［4］NationalAeronauticsandSpaceAdministration：MODISData［DB/OL］．http：//modis．gsfc．nasa．gov/.
［5］中国科学院计算机网络信息中心．地理空间数据云［DB/OL］．http：//www．gscloud．cn/.
［6］齐腊，刘良云，赵春江，等．基于遥感影像时间序列的冬小麦种植监测最佳时相选择研究［J］．遥感技术与应用，2008，23（2）：38－43．
［7］PAULD，HATFIELFJ．CropconditionandyieldsimulationsusingLandsatandMODISimagery［J］．RemoteSensingofEnvironment，2004，92（4）：548－559．
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［9］范莉，罗孳孳．基于MODIS－NDVI的水稻遥感估产——以重庆三峡库区为例［J］．西南农业学报，2009，22（5）：1416－1419.
［10］冯学智，肖鹏峰，赵书河，等．遥感数字图像处理与应用［M］．北京：商务印书馆，2011．267－274．
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