第一篇：氣象雷達(dá)與衛(wèi)星遙感在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用

氣象雷達(dá)與衛(wèi)星遙感在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用

摘要：隨著時代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，氣象雷達(dá)與衛(wèi)星遙感在不同領(lǐng)域都發(fā)揮著巨大的作用。農(nóng)業(yè)遙感對世界許多國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、糧食安全、進(jìn)出口調(diào)整、農(nóng)業(yè)政策及計劃制度、以及保護(hù)國家利益等方面都起到了巨大的作用。

關(guān)鍵字：氣象雷達(dá)，遙感技術(shù)

一、氣象雷達(dá)

1、氣象雷達(dá)的工作原理

雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生電磁能量，雷達(dá)天線將電磁能量集中形成向某一方向傳播的波，由雷達(dá)

4天線以電磁波的方式輻射出去，電磁能在大氣中以光速（29.98×10km/s）傳播。當(dāng)傳播著的電磁波遇到了目標(biāo)物后便產(chǎn)生散射波，而且這種散射波分布在目標(biāo)周圍的各個方向上。其中有一部分沿著與輻射波相反的路徑傳播到雷達(dá)的接收天線，被接收的這一部分散射能量，稱為目標(biāo)的后向散射，也就是回波信號，對這種回波信號的檢測可以確定目標(biāo)的空間位置。雷達(dá)是用測量回波信號的延遲時間來測量距離的。假設(shè)目標(biāo)離開雷達(dá)的斜距用R表示，則發(fā)射信號在R距離上往返兩次經(jīng)歷的時間用Δt表示，目標(biāo)的斜距R便可由下式給出（1/2）cΔt，其中c為光速。雷達(dá)測量目標(biāo)的方位角和仰角是依靠天線的定向作用去完成的，它輻射的電磁波能量只集中在一個極狹小的角度內(nèi)?？臻g上任一目標(biāo)的方位角和仰角，都可以用定向天線輻射的電磁波束的最大值（即波束的軸向）來對準(zhǔn)目標(biāo)，同時接收目標(biāo)的回波信號，這時天線所指的方位角和仰角便是目標(biāo)的方位角和仰角。雷達(dá)天線裝在傳動系統(tǒng)上，可以固定方位角而在仰角范圍內(nèi)掃描，或固定仰角而在方位角范圍內(nèi)掃描，從而可以得到各個方向和探測距離內(nèi)目標(biāo)的信息。

世界上最高的氣象探測站

2、氣象雷達(dá)的組成

典型的氣象雷達(dá)的主要由發(fā)射系統(tǒng)、天線系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信號處理器和顯示系統(tǒng)等部分組成。電子線路組成部分見下圖

3、氣象雷達(dá)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用

無論是農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測、農(nóng)業(yè)氣象情報、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防御，農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃及資源開發(fā)利用、農(nóng)作物產(chǎn)量預(yù)報等方面，我國氣象工作者都開展了大量卓有成效的工作，為保障和促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)做出了顯著貢獻(xiàn)。農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)已成為現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)體系中最重要的領(lǐng)域，而我國基層的氣象為農(nóng)服務(wù)又是其中最基礎(chǔ)、最不可或缺的部分

在實(shí)施人工增雨(雪)、人工防雹及森林滅火中,采用雷達(dá)進(jìn)行時實(shí)天氣跟蹤探測,可以有效監(jiān)測云雨過程的發(fā)生和演變規(guī)律[1],是不可缺少的重要工具。目前,隨著氣候變暖,災(zāi)害性天氣,如冰雹、洪水、干旱和森林火災(zāi)等時有發(fā)生。在氣象應(yīng)急服務(wù)時,快速應(yīng)對異常天氣變化,及時準(zhǔn)確地提供

二、衛(wèi)星遙感

1、遙感技術(shù)在國際農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用狀況

在農(nóng)田信息采集和服務(wù)方面充分應(yīng)用了衛(wèi)星遙感系統(tǒng)。

1）在農(nóng)業(yè)資源清查、核算、評估與監(jiān)測方面．遙感系統(tǒng)強(qiáng)大的圖形分析與制作功能，可編繪出土地利用現(xiàn)狀圖、植被分布圖、地形地貌圖、水系圖、氣候圖、交通規(guī)劃圖等一系列社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計圖，也可進(jìn)行多種專題圖的重疊而獲得綜合信息．實(shí)現(xiàn)對具有時空變化特點(diǎn)的農(nóng)業(yè)資源存量和價值量的測算以及資源現(xiàn)狀、潛力和質(zhì)量的客觀評估．從而真實(shí)反映農(nóng)業(yè)資源狀況，為科學(xué)利用和管理農(nóng)業(yè)資源提供強(qiáng)有力的決策依據(jù)。

2）在農(nóng)業(yè)區(qū)劃方面，遙感系統(tǒng)通過構(gòu)建區(qū)劃模型，進(jìn)行不同區(qū)劃方案空間過程動態(tài)模擬與評價，可使農(nóng)業(yè)區(qū)劃從野外調(diào)查、資料收集、信息處理、計算模擬、目標(biāo)決策、規(guī)劃成圖到監(jiān)督實(shí)施全過程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化。

3）在土地資源與土地利用研究方面，遙感系統(tǒng)能方便獲取資源數(shù)量和質(zhì)量變化，提供研究區(qū)域土地面積、土壤特性、地形、地貌、水文、植被及社會、經(jīng)濟(jì)及自然環(huán)境的真實(shí)信息，直觀反映土地利用現(xiàn)狀、利用條件、開發(fā)利用特點(diǎn)和動態(tài)變化規(guī)律。

年降水量分布圖

4）在作物估產(chǎn)與長勢監(jiān)測方面，遙感系統(tǒng)多時相影像信息．可反映出宏觀植被生長發(fā)育的節(jié)律特征，可通過對各種數(shù)據(jù)信息空間分析，識別作物類型，統(tǒng)計量算播種面積，分析作物生長過程中自身態(tài)勢和生長環(huán)境的變化，構(gòu)建不同條件下作物生長模型和多種估產(chǎn)模式，根據(jù)各種模型預(yù)估作物產(chǎn)量。

5）在農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)警及應(yīng)急反應(yīng)方面，遙感系統(tǒng)可追蹤害蟲群集密集、飛行狀況、生活習(xí)性及遷移方向等．通過分析處理，可給出農(nóng)作物病蟲害發(fā)生圖、分布圖及可能蔓延區(qū)圖，為防蟲治害提供及時、準(zhǔn)確、直觀的決策依據(jù)。另外，可實(shí)現(xiàn)洪澇災(zāi)、旱災(zāi)、水土污染等農(nóng)業(yè)重大災(zāi)害預(yù)測預(yù)報、災(zāi)情演變趨勢模擬和災(zāi)情變化動態(tài)、災(zāi)情損失估算等，為防災(zāi)、抗災(zāi)、救災(zāi)預(yù)警及應(yīng)急措施提供準(zhǔn)確的決策信息。

6）在農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測和管理方面，遙感系統(tǒng)能夠?qū)r(nóng)業(yè)資源環(huán)境質(zhì)量變化進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)情況進(jìn)行預(yù)警：能夠建立農(nóng)業(yè)資源環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫，管理、分析和處理環(huán)境數(shù)據(jù)，高效匯總、汲取有用的決策信息；能夠建立若干環(huán)境污染模型，模擬區(qū)域農(nóng)業(yè)資源環(huán)境污染演變狀況及發(fā)展趨勢。

農(nóng)業(yè)氣象與遙感監(jiān)測

2、遙感技術(shù)展望

1）高光譜傳感器的應(yīng)用

美國目前正在對高光譜傳感器進(jìn)行礦產(chǎn)、油氣、環(huán)境及農(nóng)業(yè)等4大領(lǐng)域的應(yīng)用試驗(yàn)。人們希望通過高光譜遙感數(shù)據(jù)對主要作物生物化學(xué)參數(shù)的高光譜遙感監(jiān)測以及設(shè)計水稻、棉花和玉米不同播種期處理的試驗(yàn)．獲取不同生育期的生物化學(xué)和相應(yīng)的高光譜反射數(shù)據(jù)．分析和研究這些作物在不同發(fā)育期的高光譜反射特征及其與生物化學(xué)參數(shù)的關(guān)系．確定能反映它們生物化學(xué)參數(shù)的高光譜遙感敏感波段：提取對應(yīng)不同生物化學(xué)參數(shù)的高光譜遙感特征參數(shù)：摸索不同生物化學(xué)參數(shù)的高光譜遙感監(jiān)測方法．建立其估算模型。高光譜和超高光譜傳感器的研制和應(yīng)用．將是未來遙感技術(shù)發(fā)展的重要方向。

2）發(fā)展新的遙感信息模型

遙感信息模型是遙感應(yīng)用深入發(fā)展的關(guān)鍵．應(yīng)用遙感信息模型．可計算和反演對實(shí)際應(yīng)用非常有價值的農(nóng)業(yè)參數(shù)。在過去幾年中．盡管人們發(fā)展了許多遙感信息模型，如綠度指數(shù)模型、作物估產(chǎn)模型、農(nóng)田蒸散估算模型、土壤水分監(jiān)測模型、干旱指數(shù)模型及溫度指數(shù)模型等．但遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前遙感應(yīng)用的需要．因此發(fā)展新的遙感信息模型仍然是當(dāng)前遙感技術(shù)研究的前沿。如收集整理前人大量研究結(jié)果．進(jìn)一步分析明確決定水稻品質(zhì)的主要生化組分及其與品種和環(huán)境條件之間的關(guān)系．建立植株葉綠素、氮素及水分等主要環(huán)境因子與籽粒蛋白、淀粉特性相關(guān)的農(nóng)學(xué)機(jī)理和模型．著重研究水稻營養(yǎng)器官碳氮庫、碳氮運(yùn)轉(zhuǎn)效率與籽粒品質(zhì)指標(biāo)間的關(guān)系；構(gòu)建水稻品質(zhì)特征光譜參量識別模型、光譜反演模型和水稻品質(zhì)光譜數(shù)據(jù)庫．建立基于光譜數(shù)據(jù)庫的多尺度(光譜、空間、時間)、多平臺(地面平臺、衛(wèi)星平臺)水稻品質(zhì)遙感信息模擬與評價模型：建立農(nóng)學(xué)模型與遙感模型之間的鏈接模型．開發(fā)出具有預(yù)測預(yù)報功能的水稻品質(zhì)光譜和衛(wèi)星監(jiān)測信息系統(tǒng)。并以優(yōu)質(zhì)高效為目標(biāo)．建立基于遙感信息的調(diào)優(yōu)栽培體系及預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)。

3）綜合應(yīng)用遙感技術(shù)防治病蟲害

對全世界的蝗蟲主要源地．利用陸地衛(wèi)星監(jiān)測滋生狀況．利用航空雷達(dá)追蹤飛蝗路徑．利用氣象衛(wèi)星確定風(fēng)向界面．加以圍堵殲滅。綜合應(yīng)用遙感技術(shù)防治病蟲害．對我國西部經(jīng)濟(jì)開發(fā)．東部濕地保護(hù)．都是大有作為的應(yīng)用新領(lǐng)域。4）微波遙感技術(shù)

微波遙感技術(shù)是當(dāng)前國際遙感技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)之一，其全天候性、穿透性和紋理特性是其他遙感方法不具備的。利用這些特性對解決海況監(jiān)測．惡劣氣象條件下的災(zāi)害監(jiān)測以及冰雪覆蓋區(qū)、云霧覆蓋區(qū)、松散層掩蓋區(qū)及國土資源勘查等將有重大作用。

總之．近年來遙感技術(shù)越來越受到各國的普遍重視．世界遙感技術(shù)面臨著突飛猛進(jìn)的發(fā)展．新的傳感器將使遙感技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬．監(jiān)測精度不斷提高．新的遙感處理軟件將使科技人員的工作效率大大提高．使綜合使用各種遙感資料變?yōu)榭赡?。隨著人們對遙感技術(shù)的重視進(jìn)一步提高．遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)上將得到更加廣泛的應(yīng)用。

三、總結(jié)

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和氣象條件有著非常密切的關(guān)系，特別是北方地區(qū)旱澇、風(fēng)暴等氣象災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響很嚴(yán)重，同時農(nóng)村又是遭受氣象災(zāi)害最為嚴(yán)重的地區(qū)。加快發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，建設(shè)社會主義新農(nóng)村，保障糧食生產(chǎn)，氣象服務(wù)在其中具有重要作用。同時，還必須重視合理利用氣候資源，強(qiáng)化氣象科技的支撐，面對新農(nóng)場建設(shè)的需求，必須完善農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)體系和農(nóng)村氣象災(zāi)害防御體系，大力發(fā)展農(nóng)村公共氣象服務(wù)，充分發(fā)揮氣象在防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)對氣侯變化和利用氣候資源中的作用，有效防御氣象災(zāi)害，確保農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收。

參考資料：

1、百度百科，《氣象雷達(dá)》

2、百度百科，《衛(wèi)星遙感》

3、楊淑芳，《農(nóng)業(yè)展望》，2008

第二篇：遙感在氣象中的應(yīng)用

遙感在氣象中的應(yīng)用

與傳統(tǒng)溫、壓、濕、風(fēng)等常規(guī)觀測手段不同，遙感不僅是一項(xiàng)涉及觀測的技術(shù)，更是一門涉及綜合性探測的科學(xué)。遙感中的科學(xué)與技術(shù)交織在一起，遙感科學(xué)是遙感技術(shù)發(fā)展的先導(dǎo)，遙感技術(shù)反過來又促進(jìn)遙感科學(xué)的深入。遙感借助輻射測量技術(shù)，通過科學(xué)算法反演出能夠準(zhǔn)確反映大氣、陸地和海洋狀態(tài)的各種物理和生態(tài)參量，科學(xué)與技術(shù)的獨(dú)特結(jié)合方式為遙感學(xué)科的發(fā)展提供了強(qiáng)大的可持續(xù)發(fā)展生命力。

國際及我國衛(wèi)星遙感應(yīng)用

自1960年第一顆氣象衛(wèi)星升空以來，氣象衛(wèi)星無論是在科學(xué)上還是在技術(shù)上都有了很大的發(fā)展，衛(wèi)星軌道從低軌道（極地軌道）發(fā)展到高軌道（靜止軌道），衛(wèi)星探測器從可將光、紅外發(fā)展到紫外、微波，衛(wèi)星擁有國包括美國、歐洲、日本、中國、俄羅斯、印度等國家，韓國也在著手落實(shí)自己的衛(wèi)星發(fā)展計劃。隨著氣象衛(wèi)星探測技術(shù)的發(fā)展和科學(xué)研究的深入，遙感集市在應(yīng)用上取得了輝煌的成就。

我國氣象衛(wèi)星遙感應(yīng)用經(jīng)歷了從單純接收國外衛(wèi)星資料、學(xué)習(xí)國外衛(wèi)星遙感技術(shù)到建立我國自己的氣象衛(wèi)星觀測體系的發(fā)展過程。從1970年啟動氣象衛(wèi)星發(fā)展計劃開始到現(xiàn)在，我們獨(dú)立自主地建設(shè)了極軌和靜止氣象衛(wèi)星對地觀測系統(tǒng)。成為繼美國、俄羅斯之后、同時擁有極軌和靜止軌道氣象衛(wèi)星觀測能力的國家。不僅如此，我們的風(fēng)云一號C星和D星還具有全球觀測能力，可以在24小時內(nèi)獲取全球陸地和海洋遙感數(shù)據(jù)。

衛(wèi)星工程建設(shè)為衛(wèi)星應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，國民經(jīng)濟(jì)的需求又促進(jìn)了遙感應(yīng)用服務(wù)的快速發(fā)展。從二十世紀(jì)七十年代以來，氣象衛(wèi)星遙感資料在我國氣象、海洋、水文、航空、航海、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)、環(huán)境保護(hù)、石油、軍事等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

遙感的氣象應(yīng)用分類 天氣氣候

氣溫、降水

衛(wèi)星可見光云圖可以監(jiān)測熱帶氣旋以及云團(tuán)的移動趨勢，一般白色表示太陽光反射強(qiáng)，灰黑的地方表示反射較弱。一般陸地表現(xiàn)為灰色，海洋表現(xiàn)為黑色，而冰雪和深厚云系覆蓋的地區(qū)一般呈白色。用紅外探測器可以計算各地晴空大氣

溫度和濕度的鉛直分布。微波輻射儀，可以探測云上和云下的大氣溫度和濕度的分布，以及云中含水總量和雨強(qiáng)的分布。

? 霧

遙感對大霧監(jiān)測也非常有效，通過衛(wèi)星遙感，實(shí)時監(jiān)測各地霧情的變化，便于發(fā)出天氣預(yù)警和作出決策。利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測大霧具有及時、宏觀的明顯優(yōu)勢。圖像紋理信息反映了圖像的灰度性質(zhì)及其空間關(guān)系。通過對霧的成因、輻射特性、霧遙感基本原理的闡述，結(jié)合中國FY-1D美/國NOAA系列極軌衛(wèi)星資料通道特點(diǎn)，分析霧的圖像紋理信息，并依據(jù)霧在可見光波段和中紅外波段與云類不同的光譜特性，選用不同的光譜通道進(jìn)行大霧監(jiān)測。

? 氣候變化

利用遙感技術(shù)可以對氣候變化因子進(jìn)行有效監(jiān)測，可以對大范圍區(qū)域進(jìn)行氣候的異常監(jiān)測，熱紅外遙感可以利用熱紅外探測器收集、記錄地物輻射的熱紅外輻射信息，并利用這種熱紅外信息來識別地物和反演地表參數(shù)（如溫度、發(fā)射率、濕度、熱慣量等），包括季節(jié)到年際氣候預(yù)測--提高瞬時短期氣候異常變化的時間和空間預(yù)報準(zhǔn)確性；長期氣候變化--決定長期氣候變化及其趨勢的機(jī)理和因素以及人類活動的影響研究

大氣監(jiān)測

? 氣溶膠

氣溶膠是液態(tài)或固態(tài)微粒在空氣中的懸浮體系。遙感可以對氣溶膠監(jiān)測從而對氣候做分析，監(jiān)測氣溶膠的厚度、濃度、成分、屬性等信息。氣溶膠粒子能夠從兩方面影響天氣和氣候。一方面可以將太陽光反射到太空中，從而冷卻大氣，并會使大氣的能見度變壞另一方面卻能通過微粒散射、漫射和吸收一部分太陽輻射，減少地面長波輻射的外逸，使大氣升溫。

災(zāi)害監(jiān)測

? 海冰

我國的渤海和黃海北部每年冬季都會發(fā)生結(jié)冰，結(jié)冰程度直接影響海上油氣資源的開發(fā)、交通運(yùn)輸、港口海岸工程作業(yè)等。利用可見光和紅外通道資料，結(jié)合海冰的光

譜特征，可以進(jìn)行冰水識別和海冰信息提取，獲取海冰分布范圍、面積、冰型、密集度、外緣線等信息。地球兩極有將近3000萬平方公里的面積被海冰覆蓋，極低海冰監(jiān)測隊(duì)極低海域的航道設(shè)計和海上航行安全保證非常重要。利用衛(wèi)星的微波輻射計和散射計以及SAR數(shù)據(jù)，可以獲取極地區(qū)域海冰分布和變化情況。

? 凌汛

衛(wèi)星遙感監(jiān)測凌汛主要依據(jù)不同地物的光譜響應(yīng)特征不同。在近紅外波段，潔凈水體的反射率遠(yuǎn)比土壤和植被的反射率低，所以在衛(wèi)星圖像上可以很容易地區(qū)分水體和非水體的界限。像黃河這樣泥沙含量較高的水體，其反射率的最大值移向可見光波段，但仍比土壤和植被為低。這樣，在衛(wèi)星圖像上就能夠?qū)l(fā)生凌汛的地點(diǎn)及其區(qū)域判讀出來，進(jìn)而可以根據(jù)像元數(shù)估算淹沒范圍和面積。

? 干旱

通過遙感手段可以獲取地表蒸發(fā)量、作物表面溫度、土壤熱容量、土壤水分含量、植物水分脅迫及葉片含水量等 , 對作物生長的土壤含水狀況、作物缺水或供水狀況、植被指數(shù)等指標(biāo)所反映的作物生長狀況的分析 ,間接或直接地對作物旱情進(jìn)行研究。

目前比較成熟的遙感旱情監(jiān)測模型有：植被指數(shù)模型、熱慣量模型、作物缺水指數(shù)模型、植被指數(shù)與地表溫度特征空間模型、微波模型、水文模型和氣象模型等。? 沙塵暴

研究表明,我國區(qū)域的沙塵暴與某些低云亮溫接近，但反射率不同。西北某些裸露地表與沙塵暴反射率接近，但其亮溫卻不同。所以，沙塵暴的監(jiān)測就是利用其與云系、地表反射率及輻射率的差異進(jìn)行的。目前，利用可見光和紅外多光譜衛(wèi)星通道信息判別沙塵暴仍是較好的方法之一，而夜間還難以進(jìn)行沙塵暴的觀測。? 火災(zāi)

地面物體都通過電磁波向外放射輻射能，不同波長的輻射率是不同的，通常，溫度升高時，輻射峰值波長移向短波方向。從氣象衛(wèi)星監(jiān)測到的火災(zāi)發(fā)生前后來看，當(dāng)?shù)乇硖幱诔貢r，輻射峰值在傳感器的、通道的波長范圍，而當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)火點(diǎn)等高溫目標(biāo)時 ,其峰值就移向通道，使通道的輻射率增大數(shù)百倍，利用這一原理，通過連續(xù)不斷地觀測，就可以及時發(fā)現(xiàn)火點(diǎn)。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，可以通過衛(wèi)星接收到的彩色圖象獲取火災(zāi)現(xiàn)場情況和過火面積，以便客觀、準(zhǔn)確評估火災(zāi)損失，組織救災(zāi)。

MODIS全球自然火災(zāi)遙感影像

? 臺風(fēng)

加強(qiáng)臺風(fēng)的監(jiān)測和預(yù)報，是減輕臺風(fēng)災(zāi)害的重要的措施。對臺風(fēng)的探測主要是利用氣象衛(wèi)星。在衛(wèi)星云圖上，能清晰地看見臺風(fēng)的存在和大小。利用遙感集市上的衛(wèi)星影像可以確定臺風(fēng)中心的位置，估計臺風(fēng)強(qiáng)度，監(jiān)測臺風(fēng)移動方向和速度，以及狂風(fēng)暴雨出現(xiàn)的地區(qū)等，對防止和減輕臺風(fēng)災(zāi)害起著關(guān)鍵作用。

第三篇：遙感衛(wèi)星技術(shù)及應(yīng)用課程簡介

《遙感衛(wèi)星技術(shù)及應(yīng)用》課程簡介

本課程主要講述衛(wèi)星遙感的概念、遙感技術(shù)發(fā)展的歷史、介紹遙感的物理基礎(chǔ)、不同遙感平臺及其技術(shù)特點(diǎn)，分類介紹陸地遙感、氣象遙感以及海洋遙感的歷史與技術(shù)特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢，著重介紹。應(yīng)用方面主要講述光學(xué)遙感和雷達(dá)遙感在定量化遙感領(lǐng)域的應(yīng)用。

教學(xué)大綱

第一章 遙感技術(shù)緒論

遙感技術(shù)的定義

衛(wèi)星遙感技術(shù)研究內(nèi)容

遙感技術(shù)的發(fā)展歷史

遙感技術(shù)的特點(diǎn)

遙感技術(shù)系統(tǒng)組成遙感在地學(xué)中的作用和意義

遙感的應(yīng)用概述

第二章 衛(wèi)星應(yīng)用基本知識

衛(wèi)星應(yīng)用中常用的時間系統(tǒng)

衛(wèi)星應(yīng)用中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)

衛(wèi)星發(fā)射概述

衛(wèi)星返回簡介

軌道分類

軌道要素

衛(wèi)星的星下點(diǎn)軌跡

衛(wèi)星對地面的覆蓋

第三章 電磁輻射與地物光譜特征

電磁波

太陽輻射及大氣對輻射的影響

地球的輻射與地物波譜

大氣傳輸模型

環(huán)境對地物光譜特性的影響

第四章 主要衛(wèi)星介紹

氣象衛(wèi)星（6顆）

陸地資源衛(wèi)星系列（8顆）

微波遙感衛(wèi)星系列（4顆）

星座系列

第五章 遙感技術(shù)的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)

災(zāi)害監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測

第四篇：衛(wèi)星遙感-教案-衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)-2004

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 第二章

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)

衛(wèi)星作為一個重要的空基平臺，不僅要提供承載傳感器的物理支持，還要提供電源供應(yīng)、數(shù)據(jù)收發(fā)等輔助功能，這是內(nèi)容將在衛(wèi)星技術(shù)里面介紹。衛(wèi)星軌道的選擇取決于遙感數(shù)據(jù)的要求，將在介紹衛(wèi)星運(yùn)動規(guī)律的基礎(chǔ)上介紹幾種常用的衛(wèi)星軌道。

2.1 衛(wèi)星軌道

1衛(wèi)星運(yùn)動規(guī)律

衛(wèi)星作為一個人造天體，服從天體運(yùn)動規(guī)律。請參考理論力學(xué)、普通天文學(xué)等課程深入了解該部分內(nèi)容

A 衛(wèi)星軌道是一條圓錐曲線

衛(wèi)星受到地心的萬有引力作用繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)其軌道在過地心的一個平面內(nèi)。r ? c a O 在極坐標(biāo)下運(yùn)動方程為：

?2??GM?r??r?r

2??hr2?定義e＝c/a是偏心率，a是半長軸，c是焦距，P=a(1－e2)是半通徑，?是矢徑與半長軸之間的夾角，此時軌道方程可以：

P1?e2r??a

1?ecos?1?ecos?偏心率e決定了衛(wèi)星軌道的形狀。至于用于對地遙感目的的衛(wèi)星，其軌道是橢圓軌道（e<1）。

近地點(diǎn)，?＝0°，ra＝a(1－e)遠(yuǎn)地點(diǎn)，?＝180°，為：rp＝a(1＋e)

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 B 衛(wèi)星在相同時間內(nèi)掃過相同的面積 在極坐標(biāo)下面積時間變化率dA/dt為：

dA12?1?r??hdt22

h??r???r顯然，衛(wèi)星高度越高，角速度?越小，衛(wèi)星運(yùn)動速度越慢！

衛(wèi)星在軌道上的能量

W?1GMmGMmmv2???2r2a

21v2?GM(?)ra此即衛(wèi)星活力公式，以此可以推導(dǎo)遠(yuǎn)地點(diǎn)和近地點(diǎn)衛(wèi)星運(yùn)動速度！

C衛(wèi)星軌道周期的平方與半長軸立方成正比

a3GM? 22T4?顯然衛(wèi)星周期只取決于半長軸，與其它參數(shù)無關(guān)！

天體運(yùn)動規(guī)律只解決了衛(wèi)星在軌上的運(yùn)動狀態(tài)。衛(wèi)星由地面發(fā)射進(jìn)入軌道則是由運(yùn)載火箭來完成的，衛(wèi)星在軌道上面的運(yùn)行速度取決于入軌狀態(tài)，因此對應(yīng)于不同的運(yùn)行軌道發(fā)射火箭的推力需求也不同，或者衛(wèi)星入軌速度和姿態(tài)決定了衛(wèi)星軌道形狀！衛(wèi)星軌道描述

在衛(wèi)星對地遙感中，衛(wèi)星空間位置是一個不可或缺的基本參數(shù)。一個沒有軌道信息的衛(wèi)星遙感資料是毫無價值的！

對衛(wèi)星軌道的描述依賴具體的坐標(biāo)系。在天文學(xué)以及天體物理學(xué)中，通常采用天球坐標(biāo)系，這也是刻畫衛(wèi)星作為天體的運(yùn)行軌道狀態(tài)的最直觀的描述體系，它不考慮地球的自轉(zhuǎn)。在地面資料處理、衛(wèi)星定位時通常使用地理坐標(biāo)，它直接描述衛(wèi)星相對地面的具體位置。

A 天球坐標(biāo)系

以地心為中心，地球赤道平面所在平面為天赤道平面，地球兩極與天球兩極一致，這

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 樣一個假想球?yàn)樘烨颍浑S地球自轉(zhuǎn)。天球上任意一點(diǎn)位置用赤經(jīng)和赤緯表示。赤經(jīng)以春分點(diǎn)為起點(diǎn)，反時針度量，以0-360°表示。赤緯由天赤道向南北兩邊至極地為90°。在天球坐標(biāo)系下，描述衛(wèi)星軌道需要以下幾個參數(shù)：

圖 天球坐標(biāo)系

衛(wèi)星軌道的空間取向參數(shù)：

傾角 赤道平面與衛(wèi)星軌道平面的夾角。

升交點(diǎn)赤經(jīng)：衛(wèi)星由南半球飛北半球南段軌道稱為軌道升段。軌道升段與赤道平面交點(diǎn)稱為升交點(diǎn)。升交點(diǎn)位置用赤經(jīng)表示，它表示軌道平面相對太陽的取向（赤緯是多少？）。太陽升交點(diǎn)赤經(jīng)是多少？

衛(wèi)星軌道形狀參數(shù)

偏心率 確定衛(wèi)星軌道形狀 軌道半長軸：衛(wèi)星運(yùn)行周期

近地點(diǎn)角：軌道平面內(nèi)升交點(diǎn)和近地點(diǎn)之間張角，它描述軌道半長軸空間取向

衛(wèi)星在軌道上位置參數(shù)

平均近點(diǎn)角M：衛(wèi)星通過近地點(diǎn)時刻為tp，則任意時刻t的平均近點(diǎn)角定義為：M=?（t－tp），?＝2?/T。它描述任意時刻衛(wèi)星在軌道上面的位置

衛(wèi)星真近點(diǎn)角?和偏近點(diǎn)角E 此時有開普勒方程將該參數(shù)聯(lián)系起來：M＝E－esinE 3

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09

圖 衛(wèi)星真近點(diǎn)角?和偏近點(diǎn)角E

B 地理坐標(biāo)

地理坐標(biāo)系以地球上面的經(jīng)緯度表示軌道空間位置，它隨著地球一起轉(zhuǎn)動。在各種衛(wèi)星定位中通常使用該坐標(biāo)系。

星下點(diǎn)：衛(wèi)星與地球中心連線在地球表面的交點(diǎn)。由于地球的自轉(zhuǎn)和衛(wèi)星繞地球的旋轉(zhuǎn)，星下點(diǎn)在地面上形成一條連續(xù)的運(yùn)動軌跡－星下點(diǎn)跡。

升交點(diǎn)與降交點(diǎn)：定義同天球坐標(biāo)系，只是用地球坐標(biāo)系來表示。由于地球自轉(zhuǎn)，每圈軌道的升交點(diǎn)與降交點(diǎn)可能都是不同的。

截距：衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)的同時，地球不同的自西向東旋轉(zhuǎn)，所以當(dāng)衛(wèi)星繞地球一周后地球相對衛(wèi)星轉(zhuǎn)過的角度稱為截距。截距等于兩個升交點(diǎn)之間的經(jīng)度之差。由于衛(wèi)星軌道相對地球每小時向西偏移15°，故截距與軌道周期和升交點(diǎn)經(jīng)度之間的關(guān)系為：?n+1－?n ＝?L＝T×15°/小時（西經(jīng)?。?/p>

軌道數(shù)：從衛(wèi)星入軌到第一個升交點(diǎn)為0軌道，以后每過一個升交點(diǎn)，軌道數(shù)目增加1。它描述了衛(wèi)星在空間的飛行時間。

C 人造衛(wèi)星經(jīng)緯度隨時間變化近似公式

在軌道定位中，有時候需要確切知道任意時刻衛(wèi)星在軌道上的位置。摘自：

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 3常用衛(wèi)星軌道簡介

A 衛(wèi)星軌道分為許多類，按照衛(wèi)星軌道參數(shù)劃分為前進(jìn)軌道（傾角小于90°）、后退軌道、赤道軌道以及極地軌道。

前進(jìn)軌道衛(wèi)星順地球自轉(zhuǎn)方向運(yùn)動，反之，后退軌道逆地球自轉(zhuǎn)方向運(yùn)動。赤道軌道衛(wèi)星傾角為0°或者180°，衛(wèi)星在赤道上空運(yùn)行

極地軌道衛(wèi)星傾角90°，衛(wèi)星通過南北兩極。由于地球自轉(zhuǎn)，這一軌道可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。

按照衛(wèi)星高度劃分為低高度短壽命軌道，主要適合在軍事衛(wèi)星

中高度長壽命軌道，高度350-1500km，壽命在1年以上。既有較高的地面分辨率，又有較長的壽命，目前大多數(shù)民用遙感衛(wèi)星都采用這類軌道。

高高度長壽命靜止衛(wèi)星

運(yùn)行高度35800km，衛(wèi)星壽命在幾年以上，主要用于氣象、廣播、通訊領(lǐng)域。

按照衛(wèi)星軌道形狀又可劃分為園軌道和橢圓軌道。圓軌道對于衛(wèi)星軌道預(yù)告和資料定位十分方便。

B近極地太陽同步軌道

衛(wèi)星的軌道平面與太陽始終保持固定的取向，軌道傾角接近90°，有時又簡稱近極地太陽同步軌道或者極地軌道。衛(wèi)星幾乎以同一地方時經(jīng)過世界各地?？紤]到地球繞太陽公轉(zhuǎn)的因素，必須使衛(wèi)星軌道平面每天自西向東旋轉(zhuǎn)1°。利用地球扁率引起的衛(wèi)星軌道攝動來實(shí)現(xiàn)太陽同步軌道，衛(wèi)星高度越高，實(shí)現(xiàn)太陽同步軌道的傾角也越大。對于TIROS-N系列，衛(wèi)星高度870km，軌道傾角98.899°。

太陽同步軌道的有點(diǎn)：利用地球自轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)全球觀測，尤其能夠觀測極區(qū) 在觀測時有合適的照明，可以得到穩(wěn)定的太陽能，保障衛(wèi)星正常工作。

但該軌道時間分辨率低，對某個地區(qū)的觀測時間間隔長，一顆極地太陽同步軌道衛(wèi)星每天只能對同一地區(qū)觀測兩次，不能監(jiān)視生命史短、變化快的過程。而且相鄰兩條軌道的觀測資料不是同一時刻的，需要進(jìn)行同化。

C 地球靜止衛(wèi)星軌道

軌道傾角為0°，衛(wèi)星在赤道上面運(yùn)行。衛(wèi)星周期等于地球自轉(zhuǎn)周期。由靜止衛(wèi)星周期T=23h56m04s，可以計算衛(wèi)星高度 H＝35860km，,衛(wèi)星在軌道運(yùn)行速度V＝3.07km/s 優(yōu)點(diǎn)：

衛(wèi)星高度高、視野廣，一顆靜止衛(wèi)星可以觀測地球南北緯度70°東西經(jīng)度140°約占地球表面1/3的面積

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 可以對某個地區(qū)進(jìn)行連續(xù)觀測，時間分辨率高

但是，不能觀測兩極，而且由于衛(wèi)星高度高，對傳感器靈敏度以及分辨率能力要求高，對衛(wèi)星定位要求高：失之毫厘，差之千里。

另外，由于靜止衛(wèi)星只能位于赤道上空，其上能夠容納的衛(wèi)星數(shù)量是有限的。因此，在設(shè)計靜止衛(wèi)星時，必須考慮富余設(shè)計，在衛(wèi)星工作生命到期時用推力火箭將衛(wèi)星推向更高高度成為宇宙垃圾，騰空原來衛(wèi)星軌道！

D 軌道選擇原則

從理論上來說，遙感衛(wèi)星的空間軌道可以是任意的。具體到遙感應(yīng)用的具體任務(wù)需求，卻要求選擇最有利的空間軌道。有時候，軌道選擇對實(shí)現(xiàn)遙感任務(wù)是具體來說，選擇衛(wèi)星軌道應(yīng)該遵循如下原則：

減小地球大氣磨擦，H>200km 全球覆蓋性的地球觀測－極軌或者近極軌 保持恒定光照－太陽同步軌道 連續(xù)觀測－靜止軌道 地面高分辨率－低軌道

盡量選用圓軌道，方便軌道預(yù)報和衛(wèi)星定位。

關(guān)于前蘇聯(lián)在1965年4月23日發(fā)射第一顆試驗(yàn)通訊衛(wèi)星閃電1A成功進(jìn)入一個繞地的獨(dú)特軌道。其高度變化在600km－39650km之間。西方專家認(rèn)為蘇聯(lián)原計劃發(fā)射同步衛(wèi)星，由于這樣那樣的原因未能達(dá)到預(yù)定軌道。事實(shí)上，這個軌道是有意選擇的，對于處于高緯度地區(qū)的蘇聯(lián)來說它是最適合的軌道。蘇聯(lián)人機(jī)智地應(yīng)用了第二運(yùn)動定律（越高越慢），把衛(wèi)星發(fā)射在與赤道成65°傾角的橢圓軌道上，這樣既能照顧到蘇聯(lián)北部又能顧及南部。當(dāng)衛(wèi)星在赤道以北時，遠(yuǎn)離地球，這樣，在衛(wèi)星繞地一周12小時內(nèi)有8小時在蘇聯(lián)上空，這真是一個聰明的解決辦法。

2.2 衛(wèi)星技術(shù)

衛(wèi)星遙感是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，衛(wèi)星作為遙感傳感器的空間承載平臺，與地面平臺截然不同，需要一些專門的技術(shù)以保障正常的觀測活動能夠順利進(jìn)行。衛(wèi)星姿態(tài)控制

問題：在太空中，如何保持姿態(tài)穩(wěn)定？

引：宇航員在太空中如何把一個香蕉傳給同伴？兒童常玩的陀螺

衛(wèi)星對地觀測，通常要求傳感器保持某種固定的對地姿態(tài)。比如，一般來說要求正對

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 地面觀測，但有些特殊的衛(wèi)星觀測項(xiàng)目，比如臨邊、掩星觀測則要求某些特殊的取向。因此衛(wèi)星遙感中姿態(tài)控制是最基本的衛(wèi)星技術(shù)。比如，我國早期的風(fēng)云衛(wèi)星在上天10多天后姿態(tài)控制就出了問題，衛(wèi)星發(fā)生翻滾，導(dǎo)致整個衛(wèi)星報廢！在太空中，衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定采用陀螺原理。早期采用自旋穩(wěn)定，衛(wèi)星繞自身旋轉(zhuǎn)，自旋軸在軌道平面內(nèi)平動，儀器裝在衛(wèi)星底部，則在一個衛(wèi)星周期內(nèi)只有部分時間能夠進(jìn)行觀測，后來采用滾輪式自旋穩(wěn)定，自旋軸與衛(wèi)星軌道平面垂直，儀器裝在衛(wèi)星側(cè)面，當(dāng)儀器轉(zhuǎn)向朝向地面時進(jìn)行觀測，這樣在整個周期內(nèi)都能觀測。現(xiàn)在的衛(wèi)星大都采用三軸穩(wěn)定：

俯仰軸，與軌道平面垂直，控制衛(wèi)星上下擺動

橫滾軸，平行軌道平面且與軌道方向一致，控制衛(wèi)星左右擺動 偏航軸，指向地心，控制衛(wèi)星沿軌道方向運(yùn)行。

在衛(wèi)星繞地一圈中，偏航軸與橫滾軸改變360°才能保持姿態(tài)穩(wěn)定。衛(wèi)星電源

衛(wèi)星需要龐大的電能為通訊系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及傳感器提供電力供應(yīng)。衛(wèi)星的供電能力是限制衛(wèi)星載荷的一個重要因素。早期一般采用化學(xué)電池，容量有限，適合返回衛(wèi)星。目前大都采用太陽能帆板電池。但是在通訊衛(wèi)星上，考慮可能出現(xiàn)的衛(wèi)星蝕，衛(wèi)星上面必須配備蓄電池。

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 210-1-***TIME

調(diào)制過程 通訊

衛(wèi)星一旦進(jìn)入軌道，通訊系統(tǒng)是地面與衛(wèi)星之間進(jìn)行聯(lián)系的唯一途徑。

衛(wèi)星接收各種控制指令和發(fā)送各種狀態(tài)，實(shí)時傳輸型遙感衛(wèi)星，傳感器獲得的資料也必須借助通訊系統(tǒng)發(fā)回地面。通訊系統(tǒng)負(fù)責(zé)對衛(wèi)星源數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，生成調(diào)制波，地面接收調(diào)制波，再經(jīng)解調(diào)還原數(shù)據(jù)。通訊系統(tǒng)能力是制約衛(wèi)星遙感的一大因素，特別是目前越來越突出。在有些衛(wèi)星上面，特別是極軌衛(wèi)星，當(dāng)衛(wèi)星不再地面接收區(qū)之外時還需要另外的資料暫存系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)，在衛(wèi)星再次飛臨地面站上空時發(fā)送。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)

由于受到運(yùn)載火箭發(fā)射能力的限制，衛(wèi)星設(shè)計要求采用高強(qiáng)度、輕重量的材料，在滿足強(qiáng)度要求的同時盡可能減輕自身重要，以便盡可能多增加負(fù)載容量。另外，衛(wèi)星在太空保持姿態(tài)穩(wěn)定的需要，通常都設(shè)計成某種對稱結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代衛(wèi)星都有一對長長的太陽能帆板,以及固定指向的通訊天線。除此之外，現(xiàn)代衛(wèi)星對空間電磁環(huán)境，空間熱輻射的嚴(yán)格要求，也是衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮的因素。

衛(wèi)星在運(yùn)行過程中，向陽面溫度高，背陰面溫度低，衛(wèi)星的這種溫差可以達(dá)到200℃。另外，用電功耗大的儀器會發(fā)熱，需要將熱量散發(fā)出去，處于低溫環(huán)境的設(shè)備需要保溫或加溫，這些都要靠熱控措施來解決。衛(wèi)星的熱控措施有被動熱控和主動熱控之分。被動熱控就是為被控設(shè)備選擇合適的表面涂層或隔熱保溫材料進(jìn)行保溫，或用散熱好的材料散熱。而主動熱控則是以電控方法采用加熱或通風(fēng)的辦法達(dá)到升溫或降溫的目的，以保證星上設(shè)備具有正常的溫度環(huán)境。

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 5軌道攝動與軌道維護(hù)

除了地球引力外，高空稀薄大氣阻力，日月及其它天體引力，太陽光壓，電磁力等因素都會導(dǎo)致衛(wèi)星偏離預(yù)定開普勒軌道。在衛(wèi)星業(yè)務(wù)運(yùn)行的整個階段，必須時刻監(jiān)測衛(wèi)星的軌道運(yùn)行狀態(tài)。

另外，在衛(wèi)星業(yè)務(wù)運(yùn)行過程中，出于某種目的需要變更衛(wèi)星軌道－比如改變觀測計劃（TRMM升軌），報廢靜止衛(wèi)星軌道轉(zhuǎn)移等。衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展趨勢

材料科學(xué)和電子科學(xué)的飛速進(jìn)步極大地促進(jìn)了衛(wèi)星技術(shù)的進(jìn)步。納米級的電子元器件、微米以至納米級的微機(jī)電裝置、星上信息處理技術(shù)、星間激光信技術(shù)、超輕型材料和充氣式結(jié)構(gòu)、高效太陽能空間電源系統(tǒng)和電推進(jìn)系統(tǒng)等 ,將推動衛(wèi)星技術(shù)進(jìn)入一個嶄新的時代。

高強(qiáng)度輕型材料的發(fā)展，可以大幅度地降低結(jié)構(gòu)重量，大大提高有效載荷重量； 電路的高度集成化和微處理器執(zhí)行指令速度的大大提高 ,電子系統(tǒng)的體積、重量和能耗都會大大下降，性能指標(biāo)則大大提高。

高效太陽能空間電源系統(tǒng)有望使得能源供應(yīng)容量成倍提高，為荷載更多傳感器提供便利。

風(fēng)云一號D星外觀

作業(yè)：

衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 1 風(fēng)云一號D星是我國自行研制的第一代太陽同步軌道氣象衛(wèi)星的第四顆星。該星總質(zhì)量為958千克，軌道高度為870公里，軌道傾角為98.8度。另據(jù)報道，風(fēng)云一號D環(huán)繞地球飛行第二圈時，５月１5北京時間上午１１時４４分３６秒，烏魯木齊氣象衛(wèi)星地面站成功接收到第一張從“風(fēng)云一號D”傳回地面的云圖。查找烏魯木齊的地面經(jīng)緯度，估算風(fēng)云一號D星的軌道升交點(diǎn)赤度。美國國家大氣海洋局發(fā)射的NOAA－6衛(wèi)星近地點(diǎn)797km，遠(yuǎn)地點(diǎn)813公里，試估算該衛(wèi)星的在軌速度。

第五篇：遙感在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與展望

遙感測量在農(nóng)情信息中的應(yīng)用與展望

1引言

遙感技術(shù)是20世紀(jì)60年代以來，在現(xiàn)代物理學(xué)（包括光學(xué)技術(shù)、紅外技術(shù)、微波雷達(dá)技術(shù)、激光技術(shù)和全息技術(shù)等）、空間科學(xué)、電子計算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)方法和地球科學(xué)理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興的、綜合性的邊緣學(xué)科，是一門先進(jìn)的、實(shí)用的探測技術(shù)，目前已在運(yùn)行的有36個波段的MODIS光譜儀，空間分辨率大大提高，立體測量的方法也更加多樣化，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候作業(yè)。廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、地理、地質(zhì)、氣象、環(huán)境監(jiān)測、地球資源勘探等多個方面。

在我國農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用中，從早期的土地利用和土地覆蓋面積估測研究、農(nóng)作物大面積遙感估產(chǎn)研究開始，已擴(kuò)展到3S集成對農(nóng)作物的長勢的實(shí)時診斷研究、應(yīng)用高光譜農(nóng)學(xué)遙感數(shù)據(jù)對重要的生物和農(nóng)學(xué)參數(shù)的反演研究、高光譜農(nóng)學(xué)機(jī)理的研究、模型的研究與應(yīng)用及草地產(chǎn)量估測、森林動態(tài)監(jiān)測等多層次和多方面。遙感技術(shù)和GIS的發(fā)展與應(yīng)用，已使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和研究從沿用傳統(tǒng)觀念和方法的階段進(jìn)入到精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)（數(shù)字農(nóng)業(yè)）、定量化和機(jī)理化農(nóng)業(yè)新階段。

2遙感技術(shù)在發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)70年代,美國等發(fā)達(dá)國家率先開展了主要農(nóng)作物種植面積和產(chǎn)量估算工作以來就掀起了利用遙感技術(shù)監(jiān)測農(nóng)情信息的研究熱潮,美國發(fā)射了一系列探測地球的資源衛(wèi)星和氣象衛(wèi)星,隨后加拿大、法國、、印度和也先后發(fā)射了各自的資源衛(wèi)星和氣象衛(wèi)星,遙感開始進(jìn)入一個快速發(fā)展的階段。美國是最早開始開展農(nóng)情遙感監(jiān)測技術(shù)研究的國家。同時隨著監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與成熟,一些國家與國際組織建設(shè)了各自的農(nóng)情遙感監(jiān)測系統(tǒng),并開展了運(yùn)行化的監(jiān)測。這些系統(tǒng)在大范圍宏觀農(nóng)業(yè)監(jiān)測中發(fā)揮了重要的作用,為相關(guān)政府和部門的決策提供了重要的依據(jù)。美國全球及本土的農(nóng)情監(jiān)測分別由農(nóng)業(yè)部外國農(nóng)業(yè)局(USDA Foreign Agricultural Service, FAS)及國家農(nóng)業(yè)統(tǒng)計局(NationalAgriculturalStatisticsServ-ice,NASS)負(fù)責(zé)。在全球監(jiān)測上,國外農(nóng)業(yè)局全球分析辦公室(Office ofGlobalAnalysis,OGA)負(fù)責(zé)監(jiān)測結(jié)果的獲取、發(fā)布,其下設(shè)的國際產(chǎn)量評估科(InternationalProductionsAssessmentBranch)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行。系統(tǒng)目標(biāo)是提供可靠、及時、透明、準(zhǔn)確的全球農(nóng)業(yè)產(chǎn)量信息。FAS通過監(jiān)測全球農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品供需信息為市場提供指導(dǎo),并為本國提供早期預(yù)警信息。FAS的監(jiān)測與分析依賴于氣象數(shù)據(jù)、田間報告和高分辨率遙感數(shù)據(jù)等所獲取信息的整合,其中遙感數(shù)據(jù)主要提供長勢、生長階段和產(chǎn)量信息。這些信息一方面用于對作物產(chǎn)量信息進(jìn)行驗(yàn)證,另一方面用于識別一些沒有被報告上來但會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生明顯影響的事件。FAS的全球監(jiān)測結(jié)果以“世界農(nóng)業(yè)產(chǎn)量”(World Agricultural Production)月度報告和“產(chǎn)量、供給與分布”(Production Supplyand Distribution, PSD)數(shù)據(jù)庫的形式進(jìn)行發(fā)布,是USDA全球經(jīng)濟(jì)信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)組成部分。為對這些不同數(shù)據(jù)源所獲取的信息進(jìn)行整合,FAS開發(fā)了名為Crop Explorer的基于地理信息系統(tǒng)Crop Explorer是一個基于Web并支持空間和屬性查詢的農(nóng)情信息服務(wù)網(wǎng)站,該網(wǎng)站提供基于遙感影像和氣象數(shù)據(jù)的全球作物長勢信息。系統(tǒng)針對大宗作物的主產(chǎn)區(qū)提供植被活力、降水、溫度等信息的專題圖,所提供的專題圖有3類,分別是氣象專題圖、土壤濕度和作物模型專題圖及植被指數(shù)專題圖。系統(tǒng)根據(jù)查詢的農(nóng)業(yè)氣象區(qū)劃提供生長季的時間序列數(shù)據(jù)和圖表,同時系統(tǒng)還提供作物候歷及作物分布等信息。用戶可以通過選擇區(qū)域、作物及時間等信息進(jìn)行查詢。同時FAS啟動了新一期的全球農(nóng)業(yè)監(jiān)測(theGlobalAgriculturalMonitoring,GLAM)項(xiàng)目[14],該計劃得到了美國農(nóng)業(yè)部及NASA應(yīng)用科學(xué)計劃聯(lián)合資助,由NASA、USDA、馬里蘭大學(xué)和南達(dá)科他州立大學(xué)聯(lián)合執(zhí)行,旨在通過

NASA新一代對地觀測系統(tǒng)對FAS的決策支持系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。在本土監(jiān)測上,農(nóng)業(yè)部下屬的NASS負(fù)責(zé)為美國農(nóng)業(yè)部提供及時、準(zhǔn)確和有效的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。該部門所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)覆蓋了美國農(nóng)業(yè)從產(chǎn)量、食品供給到農(nóng)場主及其雇工的收入狀況信息等各個方面。NASS每隔5年做一次全國農(nóng)業(yè)普查,以提供美國農(nóng)業(yè)的全面狀況信息。遙感數(shù)據(jù)及遙感技術(shù)在提高其統(tǒng)計數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性方面發(fā)揮了一定的作用,包括:NASS使用遙感數(shù)據(jù)來建立農(nóng)業(yè)統(tǒng)計的采樣框架、估算作物種植面積、為分析系統(tǒng)提供面向作物的土地覆蓋數(shù)據(jù)等。在2007年的農(nóng)業(yè)普查中,NASS以Landsat影像、數(shù)字?jǐn)z影測量數(shù)據(jù)及其他遙感數(shù)據(jù)為輸入,開展了全國48個州及波多黎各面向面積監(jiān)測的采樣和補(bǔ)充采樣設(shè)計,用于評價當(dāng)年普查的完整性。此外NASS的遙感面積估算項(xiàng)目使用Re-sourcesat-1 AW iFS進(jìn)行玉米和大豆主產(chǎn)州的監(jiān)測并在縣和州2個尺度上提供獨(dú)立的作物面積估算結(jié)果,并進(jìn)行面向作物的分類,提供作物分布數(shù)據(jù)(CroplandDataLayer,CDL)[19]。到2010年,CDL計劃累計監(jiān)測的州已經(jīng)達(dá)到48個,并且平均每年重復(fù)覆蓋13個主要的農(nóng)業(yè)州,目前48個州的數(shù)據(jù)都已經(jīng)發(fā)布[20]。NASS與USDA農(nóng)業(yè)研究局(Agricultur-alResearch Service,ARS)建立了長期的合作關(guān)系,以NASAMODIS為數(shù)據(jù)源在中部和西部的幾個州開展了早期的小范圍單產(chǎn)預(yù)測。NASS還在作物生育期內(nèi)基于NOAA-AVHRR獲取的歸一化植被指數(shù)數(shù)據(jù)(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)進(jìn)行作物長勢的監(jiān)測,為農(nóng)業(yè)部相關(guān)決策者提供獨(dú)立的全國尺度作物生長信息[21]。除美國農(nóng)業(yè)部外,美國國際發(fā)展管理委員會(U.S.Agency for InternationalDevelopmen,tUSAID)還建立了預(yù)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(Famine EarlyWarning Sys-temsNetwork,FEWSNET),與國際上不同國家及不同地區(qū)的機(jī)構(gòu)、政府與組織開展合作,針對糧食安全,提供及時、準(zhǔn)確的早期預(yù)警和脆弱性評價信息。FEWSNET在非洲、中美洲、海地、阿富汗及美國開展監(jiān)測,并根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)開展生活指標(biāo)及市場分析,以提前發(fā)現(xiàn)糧食安全的潛在威脅。2010年海地地震中該系統(tǒng)做出了積極快速的響應(yīng)。該系統(tǒng)更注重的是數(shù)據(jù)的分析,而不是相關(guān)專題的監(jiān)測,在監(jiān)測方面該系統(tǒng)與NOAA及NASA開展信息產(chǎn)品層面的合作,將基于遙感和地面觀測獲取的早期預(yù)警數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析與融合,提供預(yù)警信息。綜合來看,在美國,NASS和FAS仍然是國內(nèi)及全球農(nóng)情遙感監(jiān)測的最主要機(jī)構(gòu),國內(nèi)及全球分由不同部門監(jiān)測的方式提高了系統(tǒng)的運(yùn)行化程度。但不論是在NASS還是FAS,遙感獲取的信息都未能成為官方發(fā)布產(chǎn)量數(shù)據(jù)的最主要信息源,遙感未能獨(dú)立地發(fā)揮作用。的決策支持系統(tǒng)[17]。Crop Explorer是一個基于Web并支持空間和屬性查詢的農(nóng)情信息服務(wù)網(wǎng)站,該網(wǎng)站提供基于遙感影像和氣象數(shù)據(jù)的全球作物長勢信息。系統(tǒng)針對大宗作物的主產(chǎn)區(qū)提供植被活力、降水、溫度等信息的專題圖,所提供的專題圖有3類,分別是氣象專題圖、土壤濕度和作物模型專題圖及植被指數(shù)專題圖。系統(tǒng)根據(jù)查詢的農(nóng)業(yè)氣象區(qū)劃提供生長季的時間序列數(shù)據(jù)和圖表,同時系統(tǒng)還提供作物候歷及作物分布等信息。用戶可以通過選擇區(qū)域、作物及時間等信息進(jìn)行查詢。同時FAS啟動了新一期的全球農(nóng)業(yè)監(jiān)測(theGlobalAgriculturalMonitoring,GLAM)項(xiàng)目[14],該計劃得到了美國農(nóng)業(yè)部及NASA應(yīng)用科學(xué)計劃聯(lián)合資助,由NASA、USDA、馬里蘭大學(xué)和南達(dá)科他州立大學(xué)聯(lián)合執(zhí)行,旨在通過NASA新一代對地觀測系統(tǒng)對FAS的決策支持系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。在本土監(jiān)測上,農(nóng)業(yè)部下屬的NASS負(fù)責(zé)為美國農(nóng)業(yè)部提供及時、準(zhǔn)確和有效的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。該部門所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)覆蓋了美國農(nóng)業(yè)從產(chǎn)量、食品供給到農(nóng)場主及其雇工的收入狀況信息等各個方面。NASS每隔5年做一次全國農(nóng)業(yè)普查,以提供美國農(nóng)業(yè)的全面狀況信息。遙感數(shù)據(jù)及遙感技術(shù)在提高其統(tǒng)計數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性方面發(fā)揮了一定的作用,包括:NASS使用遙感數(shù)據(jù)來建立農(nóng)業(yè)統(tǒng)計的采樣框架、估算作物種植面積、為分析系統(tǒng)提供面向作物的土地覆蓋數(shù)據(jù)等[18]。在2007年的農(nóng)業(yè)普查中,NASS以Landsat影像、數(shù)字?jǐn)z影測量數(shù)據(jù)及其他遙感數(shù)據(jù)為輸入,開展了全國48個州及波多黎各面向面積監(jiān)測的采樣和補(bǔ)充采樣設(shè)計,用于評價當(dāng)年普查的完整性。此外NASS的遙感面積估算項(xiàng)目使用Re-sourcesat-1 AW iFS進(jìn)行玉米和大豆主產(chǎn)州的監(jiān)測并在縣和州2個尺度上提供獨(dú)立的作物面積估算結(jié)果,并進(jìn)行面向作物的分類,提供作物分布數(shù)據(jù)

日本機(jī)器人耕作體系與遙感技術(shù)應(yīng)用，本稻米自給自足率國家政策目標(biāo)，到2021 年 時將比現(xiàn)在增加 50%。由于日本社會老齡化嚴(yán)重，農(nóng)民數(shù)量減少，越來越多的稻田被荒廢，讓人感到十分可惜。同時，日本由于耕地比較分散，限制了農(nóng)業(yè)的規(guī)模，難以采用大型的機(jī)械。幾個方面原因的重疊，催生了“農(nóng)業(yè)機(jī)器人”這一新興概念在日本的崛起。水稻機(jī)器人耕作系統(tǒng)的建立分為耕作和準(zhǔn)備、插秧和收割 3 個主要階段，這 3 個階段分別對應(yīng)著機(jī)器人拖拉機(jī)、水稻插秧機(jī)器人和聯(lián)合收割機(jī)機(jī)器人。機(jī)器人拖拉機(jī)是在普通拖拉機(jī)上加裝 IMU慣性測量裝置、GPS天線和 GPS接收器改裝而成的。其定位精度為±2m 之內(nèi)，能夠完成耕種、開墾、種植和噴灑等多種任務(wù)。水稻種植機(jī)器人以商業(yè)化的 6 行水稻插秧機(jī)（10.5 馬力）為基礎(chǔ)機(jī)器，對方向盤和傳動裝置加以改造，使之與 IMU 慣性測量裝置以及 GPS 進(jìn) 行聯(lián)接，并改裝育苗長墊。其行走速度為 0.9m/s，行走精度達(dá)±3cm，種植精度為±10cm。為機(jī)器人研制的新型水稻育苗墊呈卷型，1 卷相當(dāng)于傳統(tǒng)的 10 墊，如應(yīng)用于 6 行插秧機(jī)器人，則不需要另外的育苗卷。聯(lián)合機(jī)器人收割機(jī)與前兩者相似，還增加了控制者可以使用手機(jī)遙控的功能這幾種機(jī)器人都能夠?qū)崿F(xiàn)從小范圍農(nóng)田到大田的自主導(dǎo)航。其發(fā)達(dá)的制導(dǎo)系統(tǒng)可以引導(dǎo)農(nóng)業(yè)機(jī)器人自動跟隨作物直線或曲線的路徑正常進(jìn)行作業(yè)。此外，日本在無人直升機(jī)精耕農(nóng)業(yè)領(lǐng)域和衛(wèi)星遠(yuǎn) 程遙感領(lǐng)域也取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。從直升機(jī)和衛(wèi)星獲得的重復(fù)立體交叉圖像是作物測繪、改變作物和土壤條件數(shù)據(jù)的寶貴來源，遙感技術(shù)可以提供的當(dāng)前包括成熟度、病蟲害和雜草情況的信息。通過視覺傳感器和全球定位系統(tǒng)收集的信息可以為養(yǎng)殖、化工生產(chǎn) 與收獲創(chuàng)造現(xiàn)場管理時間表。衛(wèi)星、直升機(jī)以及地面技術(shù)已經(jīng)被日本人利用來做稻田作物測試。對產(chǎn)量和質(zhì)量預(yù)測、作物營銷、增值市場和生產(chǎn)調(diào)度都有非常積極的影響

3本文對國外主要農(nóng)情遙感監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)展進(jìn)行了綜述,在分析各自系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,總結(jié)出農(nóng)情遙感監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的啟示,為我國農(nóng)情遙感監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展提供依據(jù)。

伴隨著近30年遙感技術(shù)本身及其在農(nóng)情信息獲取領(lǐng)域能力的提升,一些國家與國際組織建設(shè)了各自的農(nóng)情遙感監(jiān)測系統(tǒng),并開展了運(yùn)行化的監(jiān)測。對黑龍江墾區(qū)有重要的借鑒意義,并通過對這些系統(tǒng)的分析得到一些農(nóng)情監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的啟示。指出作物種植面積估算、單產(chǎn)預(yù)測、長勢監(jiān)測、旱情監(jiān)測是農(nóng)情遙感監(jiān)測中最主要的4個主題。

在作物面積監(jiān)測方面,仍然是抽樣加地面調(diào)查的方法。盡管隨著遙感數(shù)據(jù)費(fèi)用的降低和寬幅遙感數(shù)據(jù)的提供,遙感具備全覆蓋的能力,但對地面調(diào)查的依賴并沒有減少,甚至得到了強(qiáng)化,這與遙感降低地面調(diào)查的初衷相違背。有2個方面的原因:一是作物遙感識別技術(shù)并沒有取得重大突破,現(xiàn)有各種識別方法和技術(shù)難以工程化和運(yùn)行化,而運(yùn)行化既要求精度又要求速度,現(xiàn)有的作物識別方法在精度和速度方面很難兼顧,需要發(fā)展新的識別技術(shù);二是遙感被當(dāng)作照片(或替代過去的航片)使用,用作采樣框架的布設(shè),遙感在動態(tài)監(jiān)測方面的優(yōu)勢沒有得

到很好的發(fā)揮。大量地面調(diào)查基礎(chǔ)上的遙感監(jiān)測本質(zhì)上是多此一舉,遙感在作物面積估算的應(yīng)用目標(biāo)就是要減少地面調(diào)查的強(qiáng)度,降低成本,現(xiàn)在這方面的趨勢非但沒有得到遏制,反而有被強(qiáng)化的趨勢,顯然沒有達(dá)到遙感應(yīng)用的目標(biāo)。

在單產(chǎn)估算方面,農(nóng)業(yè)氣象模型仍然是主流方法,數(shù)據(jù)基礎(chǔ)包括氣象數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和抽樣調(diào)查數(shù)據(jù),但這種方法得出的結(jié)果缺乏獨(dú)立性,與統(tǒng)計分析結(jié)果在本質(zhì)上沒有重大差別。在常規(guī)的農(nóng)業(yè)統(tǒng)計得到不斷強(qiáng)化的情況下,農(nóng)情遙感監(jiān)測系統(tǒng)所能起到的作用是發(fā)揮獨(dú)立性,形成獨(dú)立的信息源,起到監(jiān)督、校檢的作用,因此如果將統(tǒng)計數(shù)據(jù)作為建模的基礎(chǔ),就不合適了。近10年來,遙感在估算作物單產(chǎn)方面取得了很大進(jìn)展,以地面觀測數(shù)據(jù)標(biāo)定模型,正在逐漸取代以農(nóng)業(yè)氣象模型為主的方法。

在長勢監(jiān)測上,隨著AVHRR、VGT和MODIS數(shù)據(jù)的推廣應(yīng)用,特別是VGT和MODIS提供了處理好的數(shù)據(jù)產(chǎn)品供用戶下載,而且MODIS還是免費(fèi)的,作物長勢監(jiān)測得到了很大的發(fā)展,這使得監(jiān)測系統(tǒng)具備了短期預(yù)測的功能,可以提前預(yù)測糧食生產(chǎn)形勢,這也是農(nóng)情遙感監(jiān)測的最大優(yōu)勢,也是有別于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計的關(guān)鍵所在。利用遙感監(jiān)測長勢的另一個優(yōu)點(diǎn)是具有全局性,避免了地面調(diào)查以點(diǎn)代面、以偏蓋全的現(xiàn)象。

旱災(zāi)是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最主要的農(nóng)業(yè)災(zāi)害,而遙感是旱情監(jiān)測最為有效的手段,盡管在監(jiān)測作物長勢中,能對旱情的影響有所反映,但旱情的監(jiān)測仍然有其獨(dú)特的地方,在作物不同生長階段對作物產(chǎn)量的影響有所不同,但在國外農(nóng)情監(jiān)測系統(tǒng)中,旱情監(jiān)測沒有得到有效的重視。需要通過技術(shù)更新和方法改進(jìn),提升遙感在農(nóng)情監(jiān)測系統(tǒng)中的作用和貢獻(xiàn)度,用遙感革新其傳統(tǒng) 的信息獲取手段,進(jìn)一步發(fā)揮遙感技術(shù)在農(nóng)情信息獲取領(lǐng)域的潛力。遙感技術(shù)可以提供包括旱情、作物面積、單產(chǎn)、產(chǎn)量、長勢等在內(nèi)的全方位信息,可以獨(dú)自構(gòu)建一套完整的農(nóng)情獲取技術(shù)體系,這一優(yōu)勢需要進(jìn)一步發(fā)揮。

3.2 應(yīng)用特點(diǎn)

隨著全球化進(jìn)程的逐步加快,任何一個國家或地區(qū)都無法單獨(dú)保障糧食安全,必須用全球視野來看待糧食安全,并提供全球范圍的農(nóng)情信息,實(shí)現(xiàn)監(jiān)測信息的全球化。本文所介紹的系統(tǒng)有2個顯著的特點(diǎn),一是監(jiān)測結(jié)果的后期分析能力很強(qiáng),美國FAS的系統(tǒng),在遙感監(jiān)測的基礎(chǔ)上,整合全球各地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形勢報告等信息,給出監(jiān)測不同國家和全球比較完整的糧食生產(chǎn)形勢,如供需平衡方面的分析,從而為糧食貿(mào)易市場提供信息服務(wù),這也是其一年有70 000個訪問量(2008年)的主要原因,給信息的使用者一個非常清晰的糧食生產(chǎn)形勢全景描述。另一特點(diǎn)是信息的公開性,美國的FAS/NASS、歐盟的MARS及FAO的系統(tǒng)都將監(jiān)測結(jié)果放在網(wǎng)上,對社會公開。但如果用戶只了解單一系統(tǒng)發(fā)布的信息,有時也會被誤導(dǎo)而做出錯誤的判斷,因此如果用戶可以通過一個網(wǎng)頁就能了解多個系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果,一方面可以通過瀏覽不同系統(tǒng)的結(jié)果,做出自己的判斷,另一方面,也可以提高不同系統(tǒng)的自律程度,保證監(jiān)測質(zhì)量,這也是最近GEOSS農(nóng)業(yè)主題大力推動PAY(Production, Acreage, Yield)計劃的主要原因。GEO(Group on Earth Observations)提出建立一個全球農(nóng)業(yè)監(jiān)測綜合系統(tǒng)(GlobalAgriculturalMoni-toring System ofSystems)就是一個好的開始。該系統(tǒng)建設(shè)中有2個主要的內(nèi)容: PAY計劃,聯(lián)合美國 農(nóng)業(yè)部、中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所及歐盟聯(lián)合研究中心等機(jī)構(gòu)共同發(fā)布全球農(nóng)業(yè)監(jiān)測結(jié)果,提高全球糧食生產(chǎn)形勢的透明度;作物監(jiān)測與評估聯(lián)合實(shí)驗(yàn)(JointExperiments Crop Assessment and Monitroi-ng, JECAM)計劃,以支持農(nóng)情遙感監(jiān)測技術(shù)研究為目的開展全球聯(lián)合觀測與實(shí)驗(yàn),為監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展及其全球化推廣提供支撐。3.3 系統(tǒng)整合

包括美國在內(nèi)的一些國家、地區(qū)或組織,擁有1個以上的運(yùn)行化農(nóng)情監(jiān)測系統(tǒng)。這些系統(tǒng)因?yàn)榉謱?009于不同的部門(或子部門),業(yè)務(wù)上的獨(dú)立導(dǎo)致不同系統(tǒng)相互獨(dú)立的運(yùn)行,運(yùn)行過程中數(shù)據(jù)和信息交流少,需要探討合適的方式進(jìn)行系統(tǒng)的整合。系統(tǒng)的有機(jī)整合可以發(fā)揮不同系統(tǒng)的優(yōu)勢,提升系統(tǒng)運(yùn)行效率,在數(shù)據(jù)、運(yùn)行和信息發(fā)布等方面進(jìn)行補(bǔ)充,提高監(jiān)測結(jié)果的有效性,避免因?yàn)椴煌到y(tǒng)結(jié)果間的差異而給決策者帶來困惑。系統(tǒng)整合可以

在以下3個層面展開: ·數(shù)據(jù)層整合:對監(jiān)測所用數(shù)據(jù)源進(jìn)行共享,提高各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取能力,豐富數(shù)據(jù)源。

·系統(tǒng)層整合:對不同主題監(jiān)測技術(shù)/系統(tǒng)進(jìn)行取優(yōu)棄劣的整合,將不同的系統(tǒng)合為一個系統(tǒng),聯(lián)合開展運(yùn)行。

·信息層整合:將不同系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行整合,可以將不同結(jié)果以參考的形式一同提供給決策者,也可以通過分析形成一套更為可靠的結(jié)果提供給用戶。由于機(jī)構(gòu)設(shè)置、職能劃分以及擁有感的重要性,使得任何層次的整合難度都很大,但是從另一方面來看,一定程度的重復(fù)是有益的,可以起到相互校檢和競爭的作用,有益于用戶和技術(shù)的發(fā)展,也有利于成果的可靠性。3.4 新對地觀測數(shù)據(jù)的應(yīng)用

目前以MODIS、AVHRR及VEGETATION為主的低分辨率遙感數(shù)據(jù)及以IRS、TM、ETM為主的中分辨率遙感數(shù)據(jù)依然是運(yùn)行化農(nóng)情監(jiān)測系統(tǒng)中的主要對地觀測數(shù)據(jù)源。近幾年來誕生了一批新的對地觀測數(shù)據(jù),這其中包括了不同頻率的高分辨率雷達(dá)數(shù)據(jù)(RadarSat-

2、TerraSAR、COSMO-SkyMed)、光譜信息更加豐富的高分辨率光學(xué)遙感數(shù)據(jù)(RapidEye、WorldView-2)、高重訪周期的中分辨率光學(xué)數(shù)據(jù)(HJ-1 CCD、IRSAWIFS)以及一些傳統(tǒng)低分辨率遙感數(shù)據(jù)的延續(xù)和發(fā)展(FY-

3、VIIRS、MERIS)。數(shù)據(jù)的豐富和開放,降低了大范圍農(nóng)情監(jiān)測的數(shù)據(jù)成本,使得各類系統(tǒng)可以更多地使用遙感信息,同時多種新數(shù)據(jù)的協(xié)同使用,還可以提高農(nóng)情監(jiān)測的時效性。新數(shù)據(jù)的全面應(yīng)用需要以方法研究為基礎(chǔ),必須首先探討這些數(shù)據(jù)在農(nóng)情遙感監(jiān)測領(lǐng)域的適用性、能力及潛力,并最終通過數(shù)據(jù)源的更新實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測能力的提升。新的對地觀測數(shù)據(jù)引入農(nóng)情監(jiān)測系統(tǒng)需要經(jīng)過相當(dāng)一段時間才能完成,如加拿大從AVHRR改成MODIS是2009年的事,其原因是農(nóng)情監(jiān)測需要多年數(shù)據(jù)的積累,用作多年的對比分析,另外是數(shù)據(jù)源本身是否能持續(xù)提供也是重要的因素。印度以本國的遙感數(shù)據(jù)作為主要數(shù)據(jù)源,其中的價值取向和經(jīng)驗(yàn)值得我們借鑒和學(xué)習(xí)。4 結(jié) 語

大范圍的可靠農(nóng)情信息對農(nóng)業(yè)市場及國家和國際相關(guān)政策的制定至關(guān)重要。而遙感是大范圍農(nóng)情信息快速獲取的最有效技術(shù)手段。農(nóng)情遙感技術(shù)經(jīng)過30年的發(fā)展,已經(jīng)取得了巨大的成就。建設(shè)運(yùn)行化系統(tǒng)是大范圍農(nóng)情遙感監(jiān)測的必然,世界上一些國家和組織已經(jīng)建立了若干區(qū)域或全球尺度的農(nóng)情遙感監(jiān)測系統(tǒng),并開展了業(yè)務(wù)化監(jiān)測,為相關(guān)部門和政府的決策提供了重要的依據(jù)。然而縱觀各個系統(tǒng),遙感技術(shù)在大范圍農(nóng)情監(jiān)測中的潛力沒有得到充分的發(fā)揮,如作物種植面積監(jiān)測中依然依賴大量的地面調(diào)查、單產(chǎn)預(yù)測仍然以農(nóng)業(yè)氣象模型為主、旱情監(jiān)測沒有得到足夠的重視等。隨著新數(shù)據(jù)的誕生、新監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展以及對全球尺度農(nóng)情信息需求的不斷增加,遙感在農(nóng)情監(jiān)測及糧食安全領(lǐng)域還有更大的發(fā)展空間,其中提升遙感的 作用是未來一段時間內(nèi)系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)容。系統(tǒng)化

系統(tǒng)化是指在對監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行流程化梳理的基礎(chǔ)上,進(jìn)行軟件系統(tǒng)開發(fā),形成業(yè)務(wù)監(jiān)測系統(tǒng)平

農(nóng)情遙感監(jiān)測的工作頭緒很多,不同的區(qū)域重復(fù)性很大,數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容和方式多種多樣,而且處理的時效性又很強(qiáng),因而往往需要加班加點(diǎn)完成處理工作,以提供及時的農(nóng)情信息,對處理人員的素質(zhì)要求很高。以往整個農(nóng)情遙感監(jiān)測過程依賴于多種專業(yè)軟件及其環(huán)境下開發(fā)的若干模塊,對系統(tǒng)操作人員的專業(yè)技能要求較高,導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效率不高、可執(zhí)行性差。為了提高效率,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化,在近5年里開展了大量系統(tǒng)化方面的工作,對處理流程進(jìn)行系統(tǒng)化梳理和開發(fā),形成工程化運(yùn)行系統(tǒng)。通過系統(tǒng)化,形成標(biāo)準(zhǔn)化的處理流程,減少不確定因素的干擾,提高處理效率和可靠性。系統(tǒng)化主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫建設(shè)和集成化系統(tǒng)開發(fā)2個方面。在數(shù)據(jù)庫方面,以O(shè)racle大型數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)服務(wù)器平臺,ArcSDE作為空間數(shù)據(jù)引擎,進(jìn)行了全國及全球農(nóng)情遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和開發(fā),數(shù)據(jù)庫集成了遙感數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、基

礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)等,可以進(jìn)行農(nóng)情遙感監(jiān)測所涉及各類數(shù)據(jù)的存儲和管理。在集成化系統(tǒng)開發(fā)方面,分別設(shè)計開發(fā)了MO-DIS數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)、作物長勢遙感監(jiān)測系統(tǒng)[15, 16]、農(nóng)作物單產(chǎn)預(yù)測系統(tǒng)[17]、作物旱情遙感監(jiān)測系統(tǒng)[18]、復(fù)種指數(shù)遙感監(jiān)測系統(tǒng)、糧食產(chǎn)量預(yù)測系統(tǒng)。并根據(jù)區(qū)域的特點(diǎn),將上述系統(tǒng)重新進(jìn)行組織,形成省級農(nóng)情遙感監(jiān)測系統(tǒng)和縣級農(nóng)情遙感監(jiān)測系統(tǒng),系統(tǒng)均采用CS模式,采用IDL進(jìn)行開發(fā),縣級農(nóng)情遙感監(jiān)測系統(tǒng)采用“IDL開發(fā)+VB封裝”,系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能得到了較大的提高。省級農(nóng)情遙感監(jiān)測系統(tǒng)的界面如圖4所示。

系統(tǒng)化的進(jìn)行提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率(表1),目前監(jiān)測工作僅需3名工作人員(不包括地面調(diào)查人員)就可以完成全國及全球26個糧食主產(chǎn)國的監(jiān)測,與美國、歐盟及FAO的同類工作相比,可以使用較少的人員完成相同的監(jiān)測任務(wù)。同時系統(tǒng)化還促進(jìn)了系統(tǒng)的推廣和移植,使更多的用戶可以進(jìn)行系統(tǒng)的操作和應(yīng)用。3 獨(dú)立性

獨(dú)立性是指減少對農(nóng)業(yè)統(tǒng)計的依賴,形成獨(dú)立的農(nóng)情信息源,發(fā)揮遙感客觀的特點(diǎn)。系統(tǒng)化對系統(tǒng)運(yùn)行效率的影響

基礎(chǔ)得出的結(jié)果缺乏獨(dú)立性,與統(tǒng)計分析結(jié)果在本質(zhì)上沒有重大差別。為了提供獨(dú)立的信息服務(wù), CropWatch必須在使用的數(shù)據(jù)和方法上具有獨(dú)立性,如果仍然依賴統(tǒng)計數(shù)據(jù)來建模,只能是“預(yù)測”統(tǒng)計數(shù)據(jù)。經(jīng)過近5年的過渡,系統(tǒng)在農(nóng)情監(jiān)測的各個環(huán)節(jié)上都達(dá)到了較高的獨(dú)立性。作物單產(chǎn)預(yù)測方面,傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)氣象模型和遙感指數(shù)模型依賴于作物單產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù),限制了模型

適用性,而統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的誤差也會保留到預(yù)測結(jié)果中,更主要是不能獨(dú)立于統(tǒng)計數(shù)據(jù)。為獨(dú)立于統(tǒng)計數(shù)據(jù),系統(tǒng)發(fā)展了基于“作物生物量—收獲指數(shù)”的單產(chǎn)預(yù)測模型[19]。該模型基于光合作用累積和作物生長水分條件的脅迫進(jìn)行生物量估算,結(jié)合作物花期后的環(huán)境參數(shù)及綠度變化規(guī)律,進(jìn)行作物收獲系數(shù)的估算[20]。該方法獨(dú)立于統(tǒng)計數(shù)據(jù),并可以在全球尺度推廣(圖5)。系統(tǒng)在研發(fā)過程中在全國設(shè)立多個實(shí)驗(yàn)區(qū),基于地面觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的標(biāo)定及驗(yàn)證。

作物種植面積遙感監(jiān)測方面,利用遙感技術(shù)的發(fā)展提供的寬幅數(shù)據(jù),對原來的基于2個獨(dú)立采樣框架的作物種植面積估算方法[21]進(jìn)行了改造,利用寬幅數(shù)據(jù)進(jìn)行全覆蓋提供作物的種植成數(shù),方法具有很高的獨(dú)立性,特別是采用GVG農(nóng)情采樣系統(tǒng)進(jìn)行全國范圍的作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)查既客觀又精確。該方法的優(yōu)點(diǎn)是充分利用了遙感數(shù)據(jù)的特點(diǎn),滿足了業(yè)務(wù)化運(yùn)行在精度和速度方面的雙重要求,并且作物種植面積估算的報告單元可以是縣級和省級。通過大范圍作物種植面積遙感監(jiān)測方法的過程驗(yàn)證與不確定性分析,確定了數(shù)據(jù)時相、抽樣率與影響覆蓋范圍、作物種植成數(shù)與作物種植結(jié)構(gòu)對作物種植面積估算的誤差影響,建立了作物種植面積估算的誤差評估模型[22]。為了開展國外作物種植面積監(jiān)測,研究了將中等分辨率遙感分類與高分辨率遙感分類數(shù)據(jù)相結(jié)合的大范圍作物種植面積估算方法;發(fā)展了基于高光譜作物生化參數(shù)的作物精細(xì)識別方法和以多頻率SAR數(shù)據(jù)同化為基礎(chǔ)的作物分類識別與作物種植面積估算技術(shù),拓寬了不同頻率的SAR數(shù)據(jù)在農(nóng)作物識別方面的融合應(yīng)用[23];開展了光學(xué)遙感數(shù)據(jù)與SAR數(shù)據(jù)融合的作物識別方法研究,通過作物生化參數(shù)的分類識別和多頻率SAR數(shù)據(jù)的應(yīng)用及集成,有望發(fā)展出作物精準(zhǔn)識別方法,解決國外作物種植面積監(jiān)測的難題。作物長勢監(jiān)測方面,利用歷史同期數(shù)據(jù),形成了作物苗情監(jiān)測方法,發(fā)展了基于作物群體特征和個 體特征的作物長勢定量監(jiān)測方法,結(jié)合作物生理生態(tài)參數(shù)(生物量、葉面積指數(shù)、高度、覆 目前由中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所建設(shè)和運(yùn)行的“全球農(nóng)情遙感速報系統(tǒng)”,是世界上開 展全球尺度農(nóng)情遙感業(yè)務(wù)監(jiān)測的主要運(yùn)行系統(tǒng)之一,可以在中國和全球尺度提供作物長勢、單產(chǎn)、種植面積、產(chǎn)量和旱情等農(nóng)情信息。自1998年建設(shè)至今,已經(jīng)發(fā)展成為一個獨(dú)立運(yùn)行、監(jiān)測內(nèi)容全面、技術(shù)先進(jìn)、監(jiān)測結(jié)果可靠,并具有快速響應(yīng)能力的系統(tǒng)。系統(tǒng)的獨(dú)立性和運(yùn)行效率,并在2008年春季雪災(zāi)、汶川地震、2009年冬小麥種植區(qū)春季干旱、2010年西南大

旱等關(guān)鍵時期發(fā)揮了重要作用。詳細(xì)介紹了2005—2009年間在系統(tǒng)化建設(shè)、監(jiān)測的獨(dú)立 性和系統(tǒng)的應(yīng)用推廣等方面的進(jìn)展,并對系統(tǒng)在“十二五”期間的發(fā)展重點(diǎn)進(jìn)行了展望