高光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)遙感中的應(yīng)用研究進(jìn)展

引言

現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，將高光譜技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)遙感當(dāng)中，能夠更加準(zhǔn)確地獲得農(nóng)作物在生長(zhǎng)期間的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，從而高效管理、提前預(yù)防，為農(nóng)作物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，進(jìn)而獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

高光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)遙感中的具體應(yīng)用情況

2.1對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行識(shí)別和精細(xì)分類(lèi)

對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行精細(xì)分類(lèi)，能夠精準(zhǔn)識(shí)別農(nóng)作物的種類(lèi)、了解農(nóng)作物的種植面積以及長(zhǎng)勢(shì)等情況，從而對(duì)農(nóng)作物種植面積進(jìn)行預(yù)測(cè)、對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)估、對(duì)農(nóng)作物災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不僅為農(nóng)作物的健康成長(zhǎng)提供了有力保障，還為我國(guó)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供了可靠數(shù) 據(jù)，有效保障了我國(guó)的糧食安全。

高光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)遙感中的應(yīng)用，能夠結(jié)合遙感探測(cè)技術(shù)，利用其大數(shù)據(jù)量、高維度、小樣本、高分辨率、靈敏度等特點(diǎn)，對(duì)農(nóng)作物數(shù)據(jù)信息進(jìn)行更加細(xì)致的提取，分析其平均光譜，從而對(duì)不同農(nóng)作物進(jìn)行識(shí)別和精細(xì)分類(lèi)。

2.2對(duì)農(nóng)作物常見(jiàn)病害進(jìn)行監(jiān)測(cè)

農(nóng)作物病害不僅會(huì)使農(nóng)作物大量減產(chǎn)，還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)不良影響。傳統(tǒng)情況下，對(duì)農(nóng)作物常見(jiàn)病害進(jìn)行監(jiān)測(cè)主要以人工為主，通過(guò)田間取樣方式來(lái)判斷農(nóng)作物的病害等級(jí)，其效率低下，對(duì)病害預(yù)測(cè)存在較大的誤差。由于農(nóng)作物在感染病害后光譜特征會(huì)發(fā)生改變，因此，通過(guò)高光譜技術(shù)，能夠更好地對(duì)農(nóng)作物病害進(jìn)行監(jiān)測(cè)。隨著高光譜技術(shù)在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的普遍應(yīng)用，將高光譜技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)遙感當(dāng)中，利用其成像技術(shù)，一方面通過(guò)其圖像信息，直觀反映農(nóng)作物外部的表面缺陷，另一方面通過(guò)其光譜數(shù)據(jù)，反映農(nóng)作物內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，從而對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，有效提高了大面積農(nóng)作物的監(jiān)測(cè)效率，能夠?yàn)檗r(nóng)作物病害情況的發(fā)生及時(shí)提供可靠數(shù)據(jù)，便于工作人員及時(shí)分析病害程度等級(jí)。

早期預(yù)防，降低農(nóng)作物減產(chǎn)所帶來(lái)的損失。例如，在煙草感染花葉病后，可見(jiàn)光波段的反射率上升，近紅外波段的反射率降低且病害程度越重，變化越明顯。工作人員可以通過(guò)對(duì)光譜數(shù)據(jù)的分析，來(lái)判斷煙草感染花葉病的程度，及時(shí)予以防治。

2.3對(duì)農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)

農(nóng)作物在生長(zhǎng)過(guò)程中離不開(kāi)水分、肥料等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如果農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)狀況欠佳，勢(shì)必會(huì)影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。如果農(nóng)作物施肥過(guò)度，例如氮營(yíng)養(yǎng)過(guò)量， 將會(huì)破壞周邊生態(tài)環(huán)境。

高光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)遙感中的應(yīng)用，能夠?qū)r(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)、無(wú)損、高分辨率監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)大面積農(nóng)作物的快速掃描，捕捉農(nóng)作物葉片結(jié)構(gòu)和葉片形狀的光譜變化，通過(guò)數(shù)據(jù)間的對(duì)比和分析，來(lái)綜合評(píng)估農(nóng)作物水分和氮磷鉀等成分的營(yíng)養(yǎng)情況，看其是否缺乏或過(guò)剩，進(jìn)而為農(nóng)作物灌溉和施肥提供數(shù)據(jù)依據(jù)，推動(dòng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

2.4 對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)估

農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況體現(xiàn)在農(nóng)作物的外在特征上，而農(nóng)作物的外在特征又影響著農(nóng)作物對(duì)光的吸收、反射等變化，因此，通過(guò)光譜差異，可以對(duì)農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。高光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)遙感中的應(yīng)用，能夠?qū)r(nóng)作物葉面積指數(shù)和生物量進(jìn)行無(wú)損監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)其參數(shù)的分析和判斷，來(lái)預(yù)測(cè)農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)。除此之外，無(wú)人機(jī)高光譜遙感技術(shù)的應(yīng)用，有效解決了氣候等因素對(duì)其影響，能夠?qū)r(nóng)作物進(jìn)行全天候的監(jiān)測(cè)，且其影像具有較高的分辨率。工作人員通過(guò)光譜參數(shù)建模，則能夠方便快速地對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)估。

2.5 對(duì)農(nóng)作物土壤養(yǎng)分進(jìn)行檢測(cè)

土壤環(huán)境對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)有著直接的影響。有些地區(qū)的農(nóng)民為了高產(chǎn)，對(duì)農(nóng)作物過(guò)度施肥，導(dǎo)致土壤的生態(tài)環(huán)境遭到破壞，土壤結(jié)構(gòu)變差，板結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重， 反而對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)造成了不良影響，農(nóng)作物產(chǎn)量不升反降，農(nóng)民收益下降。利用高光譜遙感技術(shù)，能夠?qū)ν寥蕾|(zhì)地、土壤養(yǎng)分、含水量等進(jìn)行有效檢測(cè)，且適用范圍較廣，檢測(cè)速度較快，不僅便于選取更加合適的農(nóng)作物進(jìn)行種植，確保農(nóng)作物的穩(wěn)定增產(chǎn)，還能夠根據(jù)土壤檢測(cè)結(jié)果，合理制定農(nóng)作物的施肥方案， 對(duì)于提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)有著重要的作用。

高光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)遙感中的應(yīng)用優(yōu)化策略

3.1 完善農(nóng)作物特征光譜庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)

農(nóng)作物特征光譜庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，能夠?qū)⑺杉降墓庾V數(shù)據(jù)與光譜庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而分析出更多的農(nóng)作物信息，為農(nóng)作物監(jiān)測(cè)提供更為準(zhǔn)確、客觀的數(shù)據(jù)信息。目前，農(nóng)作物特征光譜庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)仍需完善，需要對(duì)所采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，利用不同農(nóng)作物的光譜特征差異，對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)，并結(jié)合不同農(nóng)作物在不同條件下的光譜變化 等情況，建立基于農(nóng)作物光譜數(shù)據(jù)庫(kù)的農(nóng)作物評(píng)價(jià)模型，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)模型的適用性和準(zhǔn)確性，以確保高 光譜技術(shù)在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)遙感中的應(yīng)用效率，提高現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.2 強(qiáng)化高光譜技術(shù)與多重信息技術(shù)的融合

現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，使得高光譜技術(shù)的應(yīng)用更具現(xiàn)代化，因此，高光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)遙感中的應(yīng)用，應(yīng)重視與多重信息技術(shù)的融合，使其發(fā)揮出更大的價(jià)值。例如，將農(nóng)業(yè)高光譜遙感技術(shù)與GIS、GPS技術(shù)的結(jié)合，能夠利用GIS強(qiáng)大的空間分析能力和GPS的精確定位能力，來(lái)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)，一方面，有效解決復(fù)雜區(qū)域農(nóng)作物的監(jiān)測(cè)問(wèn)題，增強(qiáng)農(nóng)作物的監(jiān)測(cè)效果；另一方面，提高對(duì)農(nóng)作物采集數(shù)據(jù)的處理水平，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性更強(qiáng)，從而更好地對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行高效管理。再如，將高光譜遙感技術(shù)與激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)相互結(jié)合，能夠彌補(bǔ)彼此之間的不足，使其各自?xún)?yōu)勢(shì)得到更好的發(fā)揮，從而使農(nóng)作物的精細(xì)分類(lèi)結(jié)果精準(zhǔn)度更高。

3.3 深度挖掘高光譜數(shù)據(jù)信息

農(nóng)作物生長(zhǎng)受光的影響較大，從而對(duì)不同光譜有著不同的反應(yīng)。由此可見(jiàn)，高光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)遙感中的應(yīng)用，對(duì)于推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展有著重要的意義。因此，應(yīng)利用大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，對(duì)農(nóng)業(yè)中的高光譜遙感數(shù)據(jù)信息進(jìn)行深度挖掘，提高高光譜采集數(shù)據(jù)的利用效率，充分利用相關(guān)數(shù)據(jù)信息價(jià)值，一方面對(duì)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行完善，另一方面利用更多的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建光譜模型，對(duì)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)、病害等發(fā)生趨勢(shì)進(jìn)行分析和模擬，從而為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策的進(jìn)行提供更為可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，高光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)遙感中的應(yīng)用成為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)手段之一，其圖譜合一功能，能夠?qū)r(nóng)作物生長(zhǎng)實(shí)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，預(yù)估農(nóng)作物產(chǎn)量，促進(jìn)了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，高光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)遙感中的應(yīng)用范圍將會(huì)更加廣闊，與其他信息技術(shù)的結(jié)合將會(huì)更加緊密，能夠以多角度、全方位的農(nóng)作物生產(chǎn)監(jiān)測(cè)體系，獲得時(shí)間、 空間、光譜屬性等多維度的數(shù)據(jù)信息，并利用信息模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的精細(xì)化管理，推動(dòng)數(shù)字化農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

推薦：

便攜式地物光譜儀iSpecField-NIR/WNIR

專(zhuān)門(mén)用于野外遙感測(cè)量、土壤環(huán)境、礦物地質(zhì)勘探等領(lǐng)域的最新明星產(chǎn)品，由于其操作靈活、便攜方便、光譜測(cè)試速度快、光譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確是一款真正意義上便攜式地物光譜儀。

無(wú)人機(jī)機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)iSpecHyper-VM100

一款基于小型多旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)由高光譜成像相機(jī)、穩(wěn)定云臺(tái)、機(jī)載控制與數(shù)據(jù)采集模塊、機(jī)載供電模塊等部分組成。無(wú)人機(jī)機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)通過(guò)獨(dú)特的內(nèi)置式或外部掃描和穩(wěn)定控制，有效地解決了在微型無(wú)人機(jī)搭載推掃式高光譜照相機(jī)時(shí)，由于振動(dòng)引起的圖像質(zhì)量較差的問(wèn)題，并具備較高的光譜分辨率和良好的成像性能。

便攜式高光譜成像系統(tǒng)iSpecHyper-VS1000

專(zhuān)門(mén)用于公安刑偵、物證鑒定、醫(yī)學(xué)醫(yī)療、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、礦物地質(zhì)勘探等領(lǐng)域的最新產(chǎn)品，主要優(yōu)勢(shì)具有體積小、幀率高、高光譜分辨率高、高像質(zhì)等性?xún)r(jià)比特點(diǎn)采用了透射光柵內(nèi)推掃原理高光譜成像，系統(tǒng)集成高性能數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)，高速USB3.0接口傳輸，全靶面高成像質(zhì)量光學(xué)設(shè)計(jì)，物鏡接口為標(biāo)準(zhǔn)C-Mount，可根據(jù)用戶(hù)需求更換物鏡。

審核編輯 黃宇