关键词：低空遥感；农业大数据；无人机；农情解析
农业生产是人类赖以生存的传统性社会生产活动，但由于其具有生产分散性、地域复杂性、灾害突发性等特点，人们难以及时掌握农业资源信息来推动生产发展。1970年代开始，随着民用资源卫星的出现，农业生产领域最先开始利用遥感技术进行农作物面积监测和估产且效果显著。近年来，无人机遥感技术在农业生产中的应用发展迅速，凭借其灵活机动、操作简单、成本低、获取影像速度快且光谱分辨率更高等高空遥感无法比拟的优势，推动了精准农业的调查、评价、监测和管理。由于无人机遥感技术可对农作物进行快速高效的动态实时监测，它已经成为当下农业遥感领域的研究热点。
1无人机遥感概述
1.1无人机发展历程
1916年9月，无人机正式步入人们视线开始发展，2010年开始进入全民应用阶段。目前无人机的应用已经渗透到人类生活的方方面面，成为促进社会经济发展的重要增长点。无人机以其操作方便、灵活机动、实时精准等特点受到了越来越多的关注和得到了应用发展。我国的无人机发展虽起步较晚，近年来也获得了一定的成果，开展了一系列卓有成效的应用研究，影像数据的监测和获取精度有了极大的提高。
1.2无人机低空遥感系统组成
具体的无人机低空遥感系统的组成部分有：无人机飞行平台、微型传感器负载、地面控制台、数据传输系统和影像处理系统等。在农业资源领域，无人机的形状大小、可载负荷量、飞行性能和航线规划算法都对农田资源的监测获取精度有着很大的影响。近年来随着多种无人机平台———如固定翼、单旋翼和多旋翼等无人机机型的出现，各种问题和缺陷也逐渐显露出来，农业遥感技术的发展面临着新的机遇和挑战。
2无人机农业应用中的优势
相比于卫星遥感，无人机有着独特优势。（1）无人机作业自主化。农业无人机由动力驱动，操作灵活，可以根据要求自主规划最佳航行路线和拍摄角度，极大地弥补了传统作业需要大量人力且效率低的缺点。（2）无人机获取数据精准。低空无人机遥感技术可以凭无人机的近地摄影测量优势获取更高精度的光谱影像，覆盖范围更广，受到天气和空间的影响更小，与“精细化农业”的目标更加贴合。（3）无人机获取数据实时、快速、成本低。可以动态连续监测，利用所得影像的高光谱信息进行作物营养诊断、农田系统检测和种类细分、作物长势动态信息获取等技术操作。
3无人机低空遥感技术的主要应用
3.1农业资源预测评估
粮食作物是维系社会正常运行的基础，种植面积与长势的波动影响着国家的稳定。卫星遥感在精确即时数据获取方面有着明显缺陷，无法满足现代农业要求。近年来，无人机遥感随着技术的成熟，弥补了卫星遥感的不足，其在农作物长势分析、养分和土壤水分分析等方面发挥着独特优势。在不与农作物直接接触的情况下可以通过传感器在低空获取作物的电磁波信息并得到相关的指标数据，然后用相应的定量分析方法对耕地生产力进行评价，且最终获得的数据的空间分辨率可达到厘米级。参照刘忠等[1]的研究，将农作物长势关键参数划分为形态指标、生理生化指标、胁迫指标和产量指标等4类。有关长势参数反演的相关研究近年来在国内外都是研究热点，反演方法有形态特征提取法、辐射传输模型法等众多针对不同情形的方法，选择时要尽量避开其短板。
3.2农业虫草害遥感监测
全世界每年由病害和虫害导致的粮食减产仍然十分严重，在总产量中的占比约达到了1/4。目前国内外对利用无人机遥感进行数据反演的研究有很多，但是还未形成规模化成果进行推广，大部分是针对特定作物的监测研究。在农业虫草害中，作物与杂草的识别不可或缺，针对此问题Inkyu等[2]提出了新的改进办法，即利用站式滑动窗口的方式开发一种新的识别分离模型。在各研究中，对于虫草害等信息光谱特征专门提取并进行遥感反演定性，若可更深入研究并加以推广，可做到对灾害的及时发现和防治，将对农业发展有巨大的推动作用。
3.3精准农业管理
精准农业管理是根据作物生长环境和自身特点的差异性进行精准的特定的管理，达到浪费少、成本低、收益高的目的。在李明等[3]的实验研究中，对通过无人机遥感试验得到的多幅有重叠区域的水稻地块图像，进行处理后建立的可识别二分类Logistic回归模型准确率高，对各不同地块的差异性比较具有参考价值。对无人机影像获得的三种可见波段进行模型建立可达到高精度提取某种作物信息的效果。如综合利用红、绿、蓝三个波段建立可见光差异植被指数模型，绿色健康植被信息的提取精度可达到90%。
4无人机农业应用中的不足
由于无人机遥感技术仍是近年来的新兴技术，若要大规模推广利用仍有许多局限性。无人机自身携带的GPS精度、天气状况、续航时间、通信距离等因素都会影响无人机遥感技术的适用性和实用性。针对单一无人机的作业能力，国内外研究者提出了众多解决方案，但尚未得出一个全面的结论，例如若提高机载设备的监测精度往往又会减低其单次飞行时间。同时，农田间环境千差万别，对无人机的运行也是极大的挑战。在面对复杂天气时，体积小质量轻的优点反而成了劣势，若不能做到随时监测就会降低无人机遥感的可靠性，恶劣条件下通信信号变弱也会影响到低空无人机的运行。国内外无人机遥感研究模型试验的农田范围尚小，缺乏代表性。
关键词：遥感技术；农田水利；资源利用
中图分类号：TP317.4 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2012）005-0047-02
0 引言
随着农田水利技术的发展，遥感技术在水利资源中的应用显得越来越广泛，尤其在农田水利建设中，遥感技术起着重要的监测和评估作用，能对农田洪涝干旱灾害进行科学有效的监测和评价，能对农田水土流失和水土腐蚀情况进行监控和分析，能对农田中灌溉情况进行分析和判断，将有利于我国现代化农业的发展。
1 遥感技术概述
1.1 遥感技术概念
遥感技术主要是指从外层空间或者远距离高空的平台（即波探测仪器或者遥感器）上通过电子光学或者光学接收地球表面的反射或者电磁波信号，并利用数据磁带或者图象胶片的形式进行记录再传输至地面，通过信息处理、野外验证、判读分析，从而为环境动态监测、资源勘测等部门规划决策提供服务。遥感技术是摄影、扫描、信息传输、响应的过程，主要研究的是地面某物状的位置、大小、形状及其跟环境的相关性的科学技术。遥感技术现广泛应用于地球资源勘探、环境监测、气象、水文、海洋、地理、地质、林业、农业等各个领域。
1.2 遥感技术原理
世界上不管是什么物体，都存在着光谱性，也就是说每个物体都有着一定程度的吸收、辐射、反射光谱的性质。由于各物体在同一光谱区内所出现的光谱特性有所不同，相同物体在不同发光谱区域内所出现的光谱特性也有区别。也即由于时间和地点的不同，太阳对地面的光照射角度存在着差异，各物体或者同一物体吸收和反射光谱也各不相同。遥感技术就是依据此光学原理，对不同光谱特性下的物体进行判断和分析。其常使用的有红外光、红光、绿光三种光谱波段，其红外光波段主要将探测矿产、土地以及资源；红光主要用来探测水污染、植物的生长和变化情况；绿光主要用来探测土壤、岩石、地下水情况。同时，还存在微波段，主要是对海底鱼群的游弋及气象云层进行探测。
遥感技术主要涉及到的系统有：遥感平台（用来搭载遥感仪器的）、传感器（主要是用来收集、传输和记录遥感数据的装置，传感器是遥感技术中的核心部件）、遥感信息数据接受处理系统（其由数据接受、记录系统和数据处理系统所组成）、分析解译系统（对数据进行判断、研究和分析，提取有用的数据和信息，并翻译成易懂的图件或者文字资料）等。2 遥感技术在农田水利资源中的应用
2.1 遥感技术在防洪抗旱中的应用
遥感在农田防洪抗旱中的应用主要表现在紧急救援、快速反应、洪涝灾害情况反映、以及灾后重建等方面。目前我国已经建立了农田洪涝灾情遥感速报系统，此系统的运行一般存在两种模式。
（1）对灾区进行宏观的监测和评估。其主要是通过NOAA气象卫星所反映的数据，对我国易发洪涝灾害地区的情况进行每天两次的速报，即对其灾情分布、持续时间、影响程度等进行监测和评价，给出损失数据、灾情简报和图像。（2）对灾区的重点进行监测和评估。其主要是通过雷达卫星和机载合成SPOT数据、TM数据（来自主题测绘仪）、SAR图像数据（来自孔径雷达）以及其它高分辨率数据，结合地理信息系统技术对灾情比较严重的地区，进行多层次地监测和评估，给出详细报告和灾情图像，报告灾情损失数据，并且为灾后重建提出一定的决策建议。实践已经证明，遥感技术在减轻洪涝灾害损失方面有着极其重要的作用，尤其是在紧急救灾、灾情监测、灾情评估、降水遥感监测、旱情监测、旱情评估以及灾后重建等方面，遥感技术提供了快速、客观、全面的数据，为决策部门提供了强有力的决策依据。
2.2 遥感技术在水土流失监测治理中的应用
近年来，为了保证水土不流失，全国展开了土壤侵蚀定量调查。在调查中，涉及的最为主要的技术就是遥感技术，遥感技术以其经济、动态、快速、宏观的优点成为我国土壤侵蚀定量调查的最主要信息源。通过遥感技术，为我国水土环境保护、水利和农林、江河治理、国土整治、西部大开发、水土保持生态建设等提供了科学的可靠的数据信息资料，从而为有关部门的决策提供科学依据。由于土壤侵蚀过程非常复杂，其一般受到人为因素和自然因素的综合影响。人为因素主要是指土地的人为利用，如放牧、耕地、修路、开矿等，自然因素主要是土壤、地质、地形、植被、气候等。不同的土壤侵蚀类型，其影响因素也是不一样的，对于水蚀来说，参考通用土壤侵蚀方程各因子指标，并考虑遥感技术与常规方法相结合方法能否获取以及是否方便在GIS中存取、表达和计算。一般选择降水、地形或坡度、沟谷密度、植被盖度、成土母质及侵蚀防治措施等作为土壤侵蚀量估算的因子指标。
2.3 遥感技术在河道动态变化监测评价中的应用
通过卫星遥感技术，对河道变化进行检测，预测河道的未来发展趋势，以方便农田水利规划以及防灾减灾等工作的开展，从而为我国社会经济效益的增加做了重要贡献。农田水利建设中，河道特征一般有：河型、河道水流流态、河床地貌地形、河道平面形态以及水体物质如污染物和挟沙等。通过遥感技术对河道特征进行监测，获取以上特征数据信息，提供给相关部门进行分析，从而有利于其作出科学的农田水利建设决策。
3 遥感技术在水利资源应用中的发展趋势
随着信息化技术的发展，遥感技术在我国农田水利现代化建设中也实现了推广，遥感技术将在农田水利建设中“无孔不入”，并且为管理层提供有效的科学的可靠的决策数据。在水利建设中，遥感技术将会呈现以下几个趋势：第一，逐渐实现集成化。农田水利建设中，遥感技术将不断推进其信息化进程，信息化过程中不但要求遥感所获取的数据进行紧密的严谨的集合，从而形成一个更大的数据系统。同时，遥感技术往往还会与如OA系统、MIS系统等外部系统进行密切结合，实现用户的多方面要求。所以，遥感技术将逐渐和外部系统进行无缝集成对接。第二，逐渐实现数学模型化。对水利工作人员来说，只是对图形数据进行查询、浏览根本没有多大意义。应该扩充遥感在农田水利建设中的作用。因此，就必须通过遥感软件进行专业的分析。水利行业要求遥感系统平台提供专业的分析算法和专业模型，以便对各种水利数据进行深层次的分析，使系统具有辅助决策支持功能，为有关部门提供科学的计算结果和决策依据。第三，逐渐实现标准化。在遥感技术应用中，没有形成一定的标准，其标准化使用是农田水利规范建设的需要。标准化主要就是指要做到遥感技术的可收缩性、互操作性、可移植性、环境通用性。主要的内容有：数据收集、数据分析、数据交换、数据测算、解释等等。
综上所述，遥感技术在农田水利中有着广泛的应用，遥感技术的应用将有利于农田防洪抗旱工作，有利于对农田利用情况进行科学分析，有利于对农业灌溉系统进行精算，有利于对农田水土流失进行监测、评价和治理，有利于对河道动态变化进行监测和评价。因此，应该大力推动遥感技术在农田水利建设中的应用力度，加大实现遥感技术应用的网络化、集成化、模型化、标准化。
参考文献：
\[1\] 张小晴.遥感-应用领域十分广泛的高新技术\[J\].安徽地质，2009(1).
1.提高农作物产量和质量方面
近年来，利用电场、磁场、激光等物理因子刺激农作物种子及幼苗而使其高产、优质的技术已经越来越多地应用于现代农业生产中，并取得喜人的经济效益。通过电磁场的粒子束诱变育种技术的开展，为培育新品种增添了新的活力。不仅损伤轻、突变率高、突变谱广，面且具有高激发性、剂量集中性和可控性，将来还可能发展成定位，成为基因工程的一个有效手段。
2.农业监测、预测及病虫害防治方面
采用红外扫描的方法.可以为农作物诊断“疾病”。如：采用卫星遥感技术，通过红外扫描仪测量其下方农作物散发出来的热量。判断农作物患病情况或受到病虫害侵袭的情况。这样可以及时处理作物的病情和采取预防措施。同时，考虑到现代农业生产中的土壤水分情况，利用微波遥感技术来探测、估算土壤的温度和植物的水分情况。便于了解土壤中的水分信息.采取切实有力的措施保障植物水分的供应。
3.现代农业机械方面
农业要实现现代化，首先就要实现农业的机械化，农业机械化是现代农业的重要标志。一台好的农机具要做到高效使用，必须要做到在完成同样的耕作任务条件下，省时、省力、省钱，减少在农机具上的力的损耗，减少机械无用功的损耗，减少燃料的消耗。
一台好的农机具要保证完成额定任务的同时，必须提高各种燃料的燃烧率，达到最大作功，根据热力学第二定律，虽然效率不可能达到100%，但我们必须提高它们的燃烧效率，力争做到既节省燃料，又完成工作任务。
保证农机具的维修和保养顺利而有效的进行，必须加强对操作员和维修人员的电学方面的培养，保证驾驶员和维修人员在夜间工作和维修过程中注意电的敏感特性。如：焊接金属器具时的电焊机的工作特性。同时考虑到现代农业机械化的基本组成原理更多的是采用集中控制电路，很多情况下都是采用自动控制系统.这就要求维修和操作人员必须熟悉电学的基本知识，这样就能保证农机具的故障率减少，提高农机具的使用“寿命”。
4.遥感技术在现代化大农业的应用
传统的管理方式和灾情调查周期长且很难及时准确地了解整体状况，常常延误最佳管理时期。遥感技术的应用可以解决这些难题。下面从物理学的角度简单阐述遥感技术在现代化大农业的应用。
（1）遥感技术产前的应用
利用遥感技术进行耕地和水资源空间分布的提取，为合理规划农业工程提供准确直观的数据支撑。为科学调整作物种植结构、配方施肥和耕地的分级定价发包提供基础支撑数据。农民结合品种特性进行合理的品种区划规划和科学选种，为优质、高产打好基础。
（2）遥感技术产中的应用
利用多源、多时相的遥感影像数据，进行水稻插秧进度检测。及时掌握总体的插秧进度，督促生产落后区域抢抓农时，为水稻生产安全打好基础。在水稻成长过程中，建三江垦区5-9月可能会发生低温冷害，农户可以利用遥感数据结合气象数据及时进行低温冷害的监测，为及时采取防灾措施提供重要的信息。并且可以利用遥感技术结合叶色诊断技术，对水稻主要生育期及连续多雨、低温、高温等突发性天气异常时期进行长势监测。为及时了解大区域水稻长势的准确情况，针对生育期延迟等长势异常现象进行水肥指导。同时有针对性依据水稻不同的长势进行有目的的施肥调控，可以节约成本，提高肥料利用效率，促进水稻优质高产，并实现节能减排。由于建三江垦区种植面积分布连续成片，长期种植水稻，在适宜的天气气象条件下会使水稻产生一些病虫害，但是大面积的喷药，会浪费很多的资源还会增加农药在农作物上的残留。因此，利用遥感技术进行病虫害的检测，可以解决快速、准确、全区域病虫害灾情的预警和监测，并制定针对性强、科学有效的病害防控措施，在节能减排的同时，又促进了水稻的绿色生长。
（3）遥感技术产后的应用
水稻收获后，利用遥感技术建立秋整地和秸秆还田进度监测体系，和利用遥感技术准确地监测全区域的积雪厚度，为新的一年调整种植计划、用选优培提供重要的参考。可见，遥感技术在现代化大农业的生产中具有十分重要的意义。
【关键词】无人机；农村集体土地所有权；确权
1 前言
根据《中共中央国务院关于加大统筹城乡发展力度进一步夯实农业农村发展基础的若干意见》（中发〔2010〕1号）、《中共广东省委 广东省人民政府关于加大统筹城乡发展力度夯实农业农村发展基础的实施意见》（粤发〔2010〕10号）和《国土资源部 财政部 农业部关于加快推进农村集体土地确权登记发证工作的通知》（国土资发〔2010〕60号），要求在2012年内完成全国的农村集体土地所有权证登记工作。以上三个文件中明确指出了完成农村集体土地确权登记的重要性，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。
农村集体土地所有权确权工作的主要任务是“以村民小组为单位，查清每一宗土地的位置、权利人、权属界线、土地面积等基本情况，满足集体土地所有权登记发证的需要”。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，精度不高。
无人机测绘是遥感领域用于地形测绘的新兴技术，使用成本低、反应速度快、易于移动转场，对复杂的野外测绘环境有很好的适应力， 不仅可以完成传统飞机的航摄任务，而且可以进入传统手段无法覆盖到的领域。无人机遥感技术利用先进科学技术、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、时效性及高清晰度等优点。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，并且由于地块的方位、面积等在图上得到了清晰的标示，从而准确的掌握地籍相关信息。
2 以飞来峡镇为试点，检验无人机在农村集体土地所有权确权工作中的精度
（1）利用无人驾驶飞机对飞来峡镇（如图1）进行分辨率为0.2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1：2000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，根据村民小组指界人所指界线，先在室内勾绘相关村小组地块；无法室内指界定界的，以村民小组为制图单元，制作外业调绘底图，派专业队伍带外业调绘底图到各村民小组，由各村小组组长或代表对权属界线进行确认，影像不清晰无法确定的，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，进行宗地权属及面积的分类统计，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影像为基础调查底图，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。
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方法开展本次调查工作。
3）采用试点验证提高精度。在项目正式开展之前，选取一个村委会作为试点，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、室内数字化、国土工作人员确定权属界线的工作流程，按地块、户名分别统计面积（以下称遥感面积）。从全部431个地块中随机抽取10%的地块由技术人员配合国土工作人员进行外业实地测量，丈量长宽的方法采用当地国土工作人员的惯用方法。将测量面积与遥感面积进行对比，得到误差分析表，见表1及图2。
图1 飞来峡镇卫星影像图
图2 界线成果图（局部图）
说明：
a）总图斑数共431个，实测图斑共44个，占10.21%；
b）总误差为2473..81平方米（约合3.71亩），平均误差为56.22平方米（约合0.08亩），最大误差为1147.75平方米（约合1.72亩），最小误差为2.15平方米；总误差率为1.30%，平均误差率为0.03%，最大误差率为5.72%，最小误差率为0.11%。
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将遥感面积与各村小组掌握的在册面积进行对比，绝大部分地块的面积与在册面积基本吻合，也有少数地块与在册面积差额较大。与国土工作人员研究后发现，与上面的面积对比原因基本一致，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。
在广东省范围内，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，减轻了基层国土工作人员的工作量，节约了人力物力，在农村集体土地所有权确权工作中值得推广。无人机遥感平台以其灵活便捷、成本低廉等独特的技术优势已经广泛应用于各个领域中，尤其在测绘领域更是得到了空前的大发展，并逐渐成为提升测绘应急服务保障能力的重要手段。
参考文献：
[1]刘林起.浅谈低空无人机航摄遥感在测绘领域的应用[J].科技资讯，2013（04）.
[2]陈玲，潘伯鸣，曹黎云.低空无人机航摄系统在四川地形测绘中的应用[J].城市勘测，2011（05）.
[3]第二次全国土地调查技术规程（TD/T-1014-2007）.
关键词：遥感；农科本科生；课程；教学方法
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）04-0137-03
遥感技术是20世纪60年代兴起的一种从远距离不实际接触物体而感知地表目标物及其特征的综合性探测技术，是现代空间信息科学的主要组成部分[1]，它的功能和价值引起了许多学科的关注。伴随我国农业现代化和信息化进程的快速提升，《遥感》课程在高校农科本科生教育中的地位日趋重要。面对当前高等教育中新型农科人才需求，如数字农作、作物栽培、农业气象与资源以及与精准农业有关的本科专业，对遥感技术都提出了很高的要求[2]，因此，为适应农业现代化和信息化的要求，进一步加强《遥感》课程教学，提升农科本科生遥感应用技能，是当前的首要任务。教学内容确定后，如何使其在授课过程中能被不同特点、不同专业背景的学生接受，关键在于教学方法。因此依据学生的特点和专业背景选择合适的教学方法是完成教学任务，提高教学质量的关键环节。根据笔者近5年的《遥感》课程教学实践，本文结合农科本科生的特点更新了《遥感》课程教学方法。
一、教学方法
1.问题启发式教学法。相对传统“填鸭式”教学，问题启发式教学法更能培养学生的创新思维和发散思维，是一种提高教学效果和教学质量的有效方法[3]。教学中，结合农科本科生的特点，设置问题情境，提出“问题――讨论”的教学模式，依据教学内容首先提出所要解决的问题，然后让学生独立思考，培养学生的悟性，启发学生找到解决问题的答案，比如笔者讲授作物叶片氮含量的遥感定量表达时，首先提出“遥感光谱变量能否反演作物农学参数”，然后讲解遥感变量与农学参数耦合过程，最后让学生自主理解波段光谱值，建立叶片氮含量与遥感光谱变量间的定量关系，从而实现遥感的定量分析。通过设置问题，由教师启发构思解决方法，最后要求学生自主实践，不仅使学生理解遥感的特点、功能，而且对于遥感与农学耦合方法也有了较好掌握。这种层次渐进的问题启发式教学方法，一是增强了学生对该课程的了解，二是促进了学生学习本专业的积极性。
2.多媒体教学法。对于农科本科生而言，学习遥感的目的就是能利用遥感技术，掌握遥感影像的解译方法，获取有关农田的空间信息，进而实现农情遥感监测。遥感图像教学中，借助多媒体平台展示遥感图像，主要目的是增强学生对遥感图像的直观认识，利于图像信息解译，否则学生会感到空洞、虚幻，不利于激发学生对该课程学习的积极性。
使用多媒体教学法需要注意课件制作要美观精良，注意理论的精讲，以避免单一的让学生自己观看，注意演示内容要紧密配合教材顺序，避免随意性，注意让学生多交流，掌握学生的学习兴趣和学习难点，切忌教师做报告式的演讲。笔者教学实践证明：采用多媒体教学法有利于提高学生对教学内容的兴趣和注意力，激发学生的学习积极性与创造性。处理好这些教学细节问题，可以收到事半功倍的教学效果。
3.典型案例教学法。《遥感》是一门交叉性极强的学科，与其他学科关系比较密切，因而遥感应用时会存在不同类型的错误。笔者进行教学讲授时常以学生作业或论文中出现的错误为典型案例，可更有效地提高或巩固学生对某一知识点的掌握。比如基于TM影像利用归一化植被指数NDVI监测作物叶面积指数LAI时，有三个学生通过TM3与TM2两波段组合计算NDVI，还有一个学生直接将TM4与TM3两波段之差作为NDVI值，这些问题在于波段的选择和组合是错误的，应该利用TM4与TM3这两个波段进行归一化求算NDVI，说明这些学生对NDVI基本知识的掌握不够。又如江苏苏中地区中弱筋小麦长势和籽粒蛋白质含量遥感监测时，部分小麦样本拔节期LAI值在5以上以及籽粒蛋白质含量在18%以上，这些数据与小麦的物候期和籽粒品质标准不符，说明学生对小麦的生育期及其栽培技术掌握较少。再如有一个学生对一个3×3的图像窗口（124、126、127、120、150、125、115、119、113）经过中位数滤波后得到该窗口中心像元值为120，这个问题在于中位数滤波使用错误，应该采用中位数滤波将该窗口各像元值安排大小顺序排列，从而确定该窗口经过滤波后的中心像元为124，说明学生对遥感图像基本概念不理解。在教学内容中应用部分典型案例，可提升学生对遥感概念与其他学科知识的理解和掌握能力，以及加强学生发现问题和解决问题的能力。
4.理论联系实际教学法。《遥感》课程教学仅要求学生了解和掌握该课程的理论知识、国内外发展简史以及应用领域，这是远远不够的，为切实帮助学生理解和掌握遥感技术，有必要让学生参与科研项目，提高理论联系实际的效果，增强学生解决问题的能力，激励学生对该课程学习的积极性。比如笔者正在主持国家自然科学基金项目“不同株型作物氮素组分时空分布遥感监测机理研究”，从中分出一个子课题“玉米冠层氮素密度与遥感变量间的定量关系”，要求一部分学生参加并完成这个子课题，让另一部分学生参与笔者正在执行的农业部公益性行业科研专项子项目“中弱筋小麦调优栽培信息化技术”具体研究工作。通过实际参与项目研究，学生不仅能系统理解和掌握多源、多时相遥感数据的特点及其作用，而且直观感受了遥感影像预处理方法和地物信息提取方法及其精度评价机制。上机实验课程的教学中，选用扬州及其学生熟悉的周边地区影像数据提供给学生进行上机操作。例如利用覆盖扬州、泰州和高邮地区的国产环境减灾卫星HJ-CCD数据，当学生看到自己熟悉的区域时，能亲身感受到遥感技术的实用性，从而激发学生学习遥感的积极性，笔者要求学生利用遥感图像处理系统ENVI提取他们熟悉的一些地区，并选择适宜方法对地物进行分类。笔者教学实践证明：这种教学方法，能培养学生对《遥感》课程学习的兴趣和注意力，增强学生学习的积极性，加深学生对遥感概念的理解，开拓学生解决实际问题的创新性思维。
二、总结
面向农科本科生基础知识的实际情况，笔者以学生发展为本紧扣教学大纲开展《遥感》课程教学，应用实例典型且较新。结合遥感技术在农业领域中的应用，主要内容涵盖了农业资源与农田环境监测、数字农作技术、精确农业、农情监测预报等主要应用领域。针对农科本科生的特点，实际教学中依据理论联系实际以及学以致用的总体原则，分别采用了四种教学方法，包括问题启发式教学法、多媒体教学法、典型案例教学法、理论联系实际教学法，对每种教学方法都深入浅出地进行分析，注重遥感基础知识的应用，提高了教学效果，优化了教学质量。近5年的教学实践证明，采用该四种教学方法对农科本科生认真开展《遥感》课程教学，能明显促使农科本科生较好地理解和掌握遥感原理、相关概念与专业基础技能，同时能进一步增强农科本科生发现问题和解决问题的能力，适应当前高等教育中新型农科人才培养的要求。
参考文献：
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[4]于冬梅.研究性学习在遥感教学中的应用[J].青岛大学师范学院学报，2003，20（3）：68-711.
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.
作为地球科学及应用的一种观测手段，遥感总是带给人们一些困惑：它能应用在哪些方面？能为我们做些什么？它又是如何监测的？实际上，遥感在我们生活中无处不在。只是它好像总是披着隐身衣，而我们浑然未觉罢了。本期共享科学就揭开遥感应用的这层隐身衣，接着为读者讲述遥感的应用。
灾害遥感
灾情数据即时通
前不久，强台风“海葵”来袭，造成许多地区出现农田被毁，农业大棚倒塌，农作物在强风暴雨的摧残下出现死亡的状况。这时，通过灾害遥感，可以准确的划分出受台风影响区域，通过气象预警有效信息，人们便可由此对农产品进行防护措施，降低损失。
郭子祺说：“经过二十多年的努力，我国已建立了重大自然灾害遥感监测评估运行系统，形成了对台风、暴雨、洪涝、旱灾等灾害的监测能力，特别是快速图像处理和评估系统的建立，具有对突发性灾害的快速应急反应能力，使该系统能在几小时内获得灾情数据，一天内做出灾情的快速评估，一周内完成详实的评估。”
在1987年大兴安岭发生特大森林火灾时，中国科学院卫星地面站提供的火情现势卫星影像图对现场指挥、调度扑救起到了决定性作用；1998年长江、嫩江流域发生特大洪灾时，航空、航天平台的遥感实时监测，为指挥抗洪救灾、恢复生产发挥了巨大作用。此外，郭子祺还介绍，在“5·12”汶川特大地震发生后，全力启用了航空、航天遥感设备和专业技术人员飞赴前线，第一时间获取灾情信息，哪片房屋倒塌了，哪里河道堵塞了，都一目了然。遥感为抗震救灾监测获取、处理和分析数据，为抗震救灾的行动部署提供了基础依据和重要背景信息。
农业遥感
农业统计换新天
“我们要保证国家的粮食足以满足人民的日常需求，如果出现减产的话我们便需要作出相应的政策调整。”中科院遥感所研究员陈良富说。上世纪70年代，美国开始就利用陆地卫星和气象卫星等数据，预测全球的小麦产量。相比遥感估产宏观、快速、准确的优点，传统的作物估产采用人工区域调查方法，应用起来计算繁杂、速度慢、工作量大并且成本高。
那么，遥感估产究竟是如何操作的呢？“农作物遥感估产包括对农作物生长过程的动态监测、种植面积测算、单位面积产量估测和总产量估测。”记者在采访中得知，根据生物学原理，在收集分析各种农作物不同生育期不同光谱特征的基础上，通过平台上的传感器记录的地表信息，辨别作物类型，监测作物长势，在作物收获前，预测作物的产量的一系列方法。
先有“产”才能有“估”。对于整个农业生产链来说，遥感的作用可以说是贯穿始终。从最开始的农业资源调查到土地利用现状分析，再到农业病虫害监测，这些都要依赖于遥感技术应用。
有一份数据引起了笔者注意“我国每年由于病虫害造成的损失大约在10%-15%之间”如此庞大的一个数字！遥感技术能否帮助我们及早发现病虫害，以最快的速度采取防治措施呢？郭子祺说：“遥感技术检测农业病虫害，主要依据基于植物受到病虫侵扰时生理变化所引起的绿叶中细胞活性、含水量等的变化，表现为农作物在反射光谱特性上的差异。这样，农作物在遭受病虫危害早期就可以通过遥感技术探测到这一光谱差异，从而解决了农作物病虫害早期发现和早期防治的问题，这一技术方法也已经应用在森林病虫害监测和防治方面。”
大气遥感
定量监测气溶胶
近些年，大气臭氧减少、烟雾弥漫难以消散，这样的问题成为社会普遍关注的焦点。但有一个词“气溶胶”常常和这些大气问题相伴提起，或许从它的身上我们可以找到问题的关键。
“秸秆焚烧的烟尘、人为活动的扬尘和植物花粉颗粒物，就是气溶胶的具体实例。汽车尾气和各种锅炉的化石原料燃烧排放气体可以转化为微小细粒子。”陈良富说，“它不仅对人体造成危害，而且气溶胶作为云凝结核，使地气系统的能量平衡失衡，从而影响区域和全球气候，大量的细粒子气溶胶还会形成严重的灰霾天气。”
面对气溶胶我们真就束手无策吗？当然不会！“在众多类型的监测技术中，卫星遥感可以提供广阔背景上的气溶胶区域分布信息，是唯一实现全球气溶胶监测的手段。”陈良富介绍，定量研究气溶胶在全球范围内的时空变化特征与演变规律上有其他站点监测无法比拟的优势，辅以米散射原理的地基激光雷达提供的气溶胶垂直分布信息，可以获得区域分布的近地面PM2.5质量浓度的监测，实现城市群、郊区和广大农村区域的空气质量监测。
说到大气遥感，还有一点不得不提灰霾。比如北京以及华北地区的天空常常披着灰色的面纱，给人们生活出行造成很大的困扰，“这正是灰霾在作祟，”陈良富研究员说，“美国的网站总用卫星图像来说中国的污染太严重，对此科学家们解释说是由于天气稳定利于污染物排放的积累所致。其实这里存在一个误解。”
陈良富解释，用了五种方式的卫星观测数据对灰霾天进行分析，发现人为排放积累不至于引起如此面积大、强度高的污染。那空气污染的原因究竟是什么呢？通过遥感探测发现，每年10月到次年的3月期间，每23天在2公里以上的高空就有一股从西风带吹来的浮尘，当它抵达华北平原上空后，由于地势降低，风速下降以后浮尘便会往下与污染物相混合，遭遇水汽后细粒子个体便迅速增大就造成大范围高强度的污染现象。如果遇上南边气流比较强会形成华北地区持续多天的重污染天气。若仅通过地面观测的话恐怕难以得知这一现象的起因，在这些需要大尺度的观测工作上，遥感无疑起到了不可替代的作用。
水资源遥感
让水质监测与评估更真实
水是万物生长之本，湖泊更是自然的神作，但近些年，随着我国工业和城镇化的快速发展，江河湖泊面临水质污染的严峻问题。
能否利用遥感技术来进行江河湖泊水质环境监测呢？郭子祺说：“水体及其污染物质的光谱特性是利用遥感信息进行水质监测与评估的依据。国内外许多学者利用遥感的方法估算水体污染的参数，以监测水质变化情况。” 此外，郭子祺介绍，利用遥感技术进行水环境监测与水体富营养评价，存在很大的优势：信息获取快速、省时省力等特点，不仅能够较好的反映出研究水质的空间分布特征，而且更有利于大面积水域的快速监测。遥感技术无疑给湖泊环境变化研究带来了福音。
“在整个水资源管理方面，遥感技术与地理信息系统相结合，正发挥着越来越重要的作用。”郭子祺告诉记者，“水质的好坏有一个划分指标，目前利用遥感技术获得的光谱数据进行水质参数反演精度还不高，还达不到环保部门的要求。如何使这一技术有效应用呢？目前的做法是在测量区域布置一些水质传感器，通过无线传感器网络技术可24小时连续测量水质的多种参数，用于提高水质遥感反演精度，使其接近或达到相关行业要求。”
延伸阅读
卫星遥感测出精准数据：京杭大运河全长1710千米
京杭大运河到底有多长？中国科学院遥感应用所刘少创课题组利用卫星遥感技术，重新量测了这条世界上最古老，也是最长的大运河，得出精确答案：京杭大运河总长度为1710公里。
京杭大运河与万里长城并称为中国古代两项伟大工程，但在各种文献资料中，运河的“身长”却长短不一。刘少创表示，河长、源头和流域面积都是国家重要的地理信息数据，我们应该利用现有的技术条件，准确确定这些数据。
刘少创课题组利用卫星遥感技术，再加上大比例尺地形图，进行分析计算，最终确定京杭大运河的精确“身长”。据介绍，1710公里的总长度，是以北京通州温榆河和通惠河的交汇处为起点，以杭州的拱宸桥为终点，沿京杭大运河的中心线进行量测得到的。
据刘少创介绍，课题组主要利用卫星遥感技术确定河流的源头和长度，但由于很难在同一时间集齐整条河流的所有卫星影像数据，所以还需要结合航空影像和大比例尺地形图，进行分析测算。“大比例尺地形图更接近河流真实的长度，弯弯曲曲的河道也更容易表现出来。”
由于卫星遥感影像无法确定边界的位置，此次并未分段量测，因此京杭大运河北京段暂无精确长度。
据刘少创介绍，从目前的卫星影像图来看，河道的分界点不太清楚，例如北京和天津的河道边界点，就无法确定具置，再加上地形图的资料也不全，难以按边界分段测量。
“如果要分段测量，必须精确确定每一个分界点的位置，这要涉及很多部门，我们无法得到这些资料。”刘少创说。
关键词：3S技术集成；精准农业；应用；研究进展
一、前言
“3S”技术是以遥感技术（RS）、地理信息系统（GlS）、全球定位系统（GPS）为基础,将RS、GlS、GPS三种独立技术领域中的有关部分与其它高技术领域（如网络技术、通讯技术等）有机地构成一个整体而形成的一项新的综合技术。它集信息获取、信息处理、信息应用于一身,突出表现在信息获取与处理的高速、实时与应用的高精度、可定量化方面。
在信息社会，精准农业代表着农业发展的方向，精准农业的诞生和发展受到3S单项技术的推动，目前国内外关于精准农业的研究，主要内容仍然集中在3S技术利用上。
近年来，随着电子计算机技术、无线电通讯技术、空间技术及地球科学的迅猛发展，3S技术已从各自独立发展进入相互融合、共同发展的阶段，并且在农业生命科学、交通网络、环境监测、资源调查、区域管理、城市规划等诸多领域里得到了迅速广泛的应用。3S技术的集成为精准农业的发展提供了科学而适用的技术方法和手段，它不仅可为精准农业工作提供及时、可靠的基础信息，而且还可对所获取的信息进行综合分析、处理，其应用前
景非常广阔。
二、3S技术及其集成
（一）遥感技术（RS）
遥感（Remote Sensing，RS）是指从远距离高空以及外层空间的各种平台上利用可见光、红外光、微波等电磁波探测仪器，通过摄影、扫描及信息感应、传输、处理，从而研究地面物体的形状、大小、位置及其环境的相互关系的现代科学技术。现代遥感技术将向集多种传感器、多级分辨率、多光谱段和多时相为一体的方向发展，并将与GPS、INS、CCD等技术结合，从而以更快的速度、更高的精度和更大的信息量来获取对地观测数据。
（二）全球定位系统（GPS）
全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是美军自70年代初期开始研制的新一代卫星导航和定位系统。
其基本工作原理是通过GPS接收机接收GPS卫星发射的导航电文，获得必要的导航信息及观测量，再经数据处理，从而完成导航和定位工作。目前，GPS可满足高精度实时数据采集的精度要求。
（三）地理信息系统（GIS）
地理信息系统（Geographic Information System,GIS）是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。GIS有两个显著特征：一是它不仅可以像传统的数据库管理系统（DBMS）那样管理数字和文字信息（属性信息），而且可以管理空间信息（图形信息）；二是它可以利用各种空间分析的方法，对多种不同的信息进行综合分析，寻求空间实体间的相互关系，分析和处理在一定区域内分布的现象和过程。
目前，GIS正向多功能、高精度、现势性强的时态GIS（TemporalGIS，TGIS）方向发展。
（四）RS、GPS、GIS技术集成
GPS提供适时而准确的定位信息，对于空间数据的确定有特殊的意义；RS技术利用某些仪器设备在不与被研究对象直接接触的情况下收集数据，通过处理分析最后提取和应用有关对象信息，是一种高效的信息采集手段，具有极高的空间、时间分辨率；GIS是利用现代计算机图形和数据库技术来输入、存储、编辑、查询、分析、决策和输出空间图形及属性数据的计算机系统，即RS发现变化、GPS测量变化区域、GIS统一管理数据，形成“一个大脑，两只眼睛”的框架。
以GIS为核心的3S技术集成，构成了对空间数据适时进行采集、更新、处理、分析及为各种实际应用提供科学决策的强大技术体系。
三、精准农业及其产生背景和国内外发展现状
（一）精准农业的概念
“精准农业”也被称为因地制宜农业（Site Specific Farming）、处方农业（Prescription Farming）。精准农业的含义是按照田间每一操作单元的环境条件和作物产量的时空间差异性（Temporal and Spatial Variability），精细准确地调整各种农艺措施，最大限度地优化各种投入（水、肥、种子、农药等）的量、质和时机，以期获得最高产量和最大经济效益，同时保护农业生态环境，保护土地等农业自然资源。
精准农业要求实时获取地块中每个小区（每1m2到每10Om2）土壤、水、农作物、光、热等信息，诊断作物长势和产量在空间上差异的原因，并按每一个小区做出决策，精确地在每一个小区进行施肥、灌溉、杀虫、除草、播种、耕作、收获等。
精准农业要求实现三个精确：一是定位的精确，精确确定灌溉、施肥、杀虫等的地点；二是定量的精确，精确确定水、肥、药、种子等的施用量：三是定时的精确，精确确定各种农艺措施实施的时间。
（二）精准农业的产生背景和国内外发展现状
1、产生背景。传统农业把耕地看作是具有作物均匀生长条件的对象进行管理，采用统一的耕作、播种、灌溉、施肥、喷药等农艺措施。传统农业一直忽视作物和资源环境的时空差异性，实行大田均匀施肥、均匀灌溉、均匀喷药等统一的农艺措施。为了从根本上解决传统农业存在的问题，随着信息技术、人工智能化技术、计算机网络技术和自动化技术的发展和应用普及，美国农业工作者于20世纪90年代初倡导并实施了精准农业。
2、国内外发展现状。精准农业目前在发达国家发展十分迅速，美国国家研究委员会1997年已建议将PA的研究与发展纳入国家发展战略。日本政府专门启动了“2l世纪农业机械开发课题”，也将PA的相关技术研究列入计划。我国精准农业的研究和应用尚处在起步阶段，但已引起各方面的重视。2O02年国家科技部批准在北京农业科学院成立了“国家农业信息化工程技术研究中心”，中国农业大学成立了“精确农业研究中心”。“十五”期间，现代农业信息技术与精准农业列入了国家高技术研究计划（“863”计划）。
四、3S技术集成与精准农业
精准农业是基于作物和资源环境的时空差异性，以最小投入、最大收益和最小环境危害为目标，以管理信息系统（MIS）、计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以3S技术为核心，以宽带网络为纽带，运用海量农业信息对农业生产实行处方作业的一种全新农业发展模式。
（一）作为精准农业的核心技术的GIS在精准农业中的具体应用表现
1、对GPS和传感器采集的各种离散性空间数据进行空间差值运算，形成田间状态图，如土壤养分分布图、土壤水分分布图、作物产量分布图等。
2、对点、线、面不同类型的空间数据进行复合叠置，为决策者提供数字化和可视化分析依据。例如，不同作物由于其不同的生物特性对土壤类型、土壤养分、耕作层深度、水分条件、光热条件、有效积温等均有不同的要求，在进行作物种植规划和布局时，只需将上述各专题图层利用GIS的叠加功能，就可以快速、准确地确定出各种作物的最佳生物布局，如果再将市场、运输等社会经济条件专题图与最佳生物布局图叠加，就可进一步规划出作物的最佳经济布局。
3、利用GIS的缓冲区分析功能，能直观地显示分析灌排系统的控制范围、水肥的有效渗透区域、病虫害的扩散范围以及周围环境对作物生长的影响范围等。
4、利用GIS的路径分析功能，能够快捷地确定出农道、水系、机井等各种农业基础设施的最佳空间布局和机械喷施农药、化肥以及收获作物的最佳作业路线。
5、与专家系统和决策支持系统相结合，生成作物不同生育阶段生长状况“诊断图”（Diagnosis Maps）和播种、施肥、除草、中耕、灌溉、收获等管理措施的“实施计划”（Action Plan）。
6、利用GIS的数字高程模型（DEM），计算作业区的面积、周长、坡度、坡向、通视性等空间属性数值。
（二）精准农业的关键技术需要GPS
精准农业的关键技术之一是实时动态地确定作业对象和作业机械的空间位置，并将此信息转变为地理信息系统能够贮存、管理和分析的数据格式，这就需要采用GPS。
GPS在精准农业中的主要作用有：精确定位水、肥、土等作物生长环境的空间分布；精确定位作物长势和病、虫、草害的空间分布；精确绘制作物产量分布图；自动导航田间作业机械，实现变量施肥、灌溉、喷药等作业。为实现上述功能，需要将GPS接收机和田间变量信息采集仪器、传感器以及农业机械有机的结合起来。安装有GPS接收机的农田机械及田间变量信息采集仪器，除能够不问断地获取土壤含水量、土壤养分、土壤压实、耕作层深度和作物病、虫、草害以及苗情等属性信息，与此同时还同步记录了与这些变量相伴而生的空间位置信息，从而为进一步生成GIS图层和专家决策提供了基础数据。
（三）卫星遥感是精准农业农田信息采集的主要数据源
卫星遥感具有覆盖面大、周期性强、波谱范围广、空间分辨率高等优点，是精准农业农田信息采集的主要数据源。
遥感技术在精准农业中的作用主要表现在以下几个方面：
1、农作物长势监测和产量估算。作物在生长发育的不同阶段，其内部成分、结构和外部形态特征等都会存在一系列的变化。叶面积指数（LAI）是综合反映作物长势的个体特征与群体特征的综合指数。遥感具有周期性获取目标电磁波谱的特点，因此通过建立遥感植被指数（VI）和叶面积指数（LAI）的数学模型，就能够监测作物长势和估测作物产量。
2、土壤水分含量和分布监测。在植被条件和非植被条件下，热红外波段都对水分反映非常敏感，所以利用热红外波段遥感监测土壤和植被水分十分有效。
3、作物水分亏缺监测。干旱时，作物供水不足，一方面作物的生长受到影响，植被指数降低，另一方面由于缺水，没有足够的水分供给植物蒸腾蒸发，迫使叶片关闭部分气孔，导致植物冠层温度升高，因此通过遥感植被指数和作物冠层间数学模型的建立，能够监测作物水分的亏缺。
4、作物养分监测。作物养分供给的盈亏对叶片叶绿素含量有明显的影响，通过遥感植被指数与不同营养素（N、P、K、Ca、Mg等）数学模型的建立，能估测作物营养素供给状态。研究表明，遥感监测作物氮素营养水平的精度比监测其他营养素的精度高。
5、农作物病虫害监测。应用遥感手段能够探测病虫害对作物生长的影响，跟踪其发生演变状况，分析估算灾情损失，同时还能监测虫源的分布和活动习性。
（四）3S技术集成优势
GPS的优势是精确定位，GIS的优势是管理与分析，RS的优势是快速提供各种作物生长与农业生态环境在地表的分布信息，它们可以做到优势互补，促进精准农业的发展。如GPS和GIS结合提供了科学种田需要的定位和定量进行田间操作与田间管理的技术手段。RS与GIS结合提供了多种数据源，为建立农田基础数据库奠定了基础。
五、结论
3S技术集成为精准农业的发展提供了科学适用的技术方法和手段，其应用前景非常广阔。与此同时，3S技术集成在精准农业应用中也存在许多亟待解决的问题，需要通过深入开展遥感机理和农业遥感图像解译机理研究、进一步提高农田作业定位精度、加强农田基础数据库自动更新研究、更加重视新型农田机械与3S技术集成的整合等方法与途径来解决。
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【关键词】：遥感技术；特性；应用
中图分类号：TJ8
文献标识码：C
文章编号：1002-6908(2008)0720095-01
前言
随着人类生存环境的变化和国际竞争的日益激烈,对自然资源、地理资源和太空资源的开发和争夺已经成为影响人类和民族发展进程的重要因素。遥感正是为了满足这样的需求所产生的一门综合性应用技术,它是以航空摄影技术为基础，在本世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。经过几十年的发展，遥感技术已经从航空时代进入航天时代。由于遥感技术能够全面、立体、快速有效地探明地上和地下资源的分布情况，其效率之高是以前各种技术无法企及的。因此，遥感技术已成为一门实用的，先进的空间探测技术。伴随遥感技术在国民经济中发挥着越来越重要的作用，由此带来了新一轮遥感应用的热潮。现在，卫星应用覆盖了减灾、健康、环境监测、能源调查等，影响了人类生活的方方面面。因此，在许多领域，遥感对地观测技术有着无限光明的应用前景。
1.遥感技术的涵义
遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远感知事物的意思。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物。
当前遥感形成了一个从地面到空中，乃至空间，从信息数据收集、处理到判读分析和应用，对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。
2.遥感技术主要特点
2.1可获取大范围数据资料。
遥感用航摄飞机飞行高度为10km左右，陆地卫星的卫星轨道高度达910km左右，从而，可及时获取大范围的信息。例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达3万多km2。这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。
2.2获取信息的速度快，周期短。
由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。例如，陆地卫星4、5，每16天可覆盖地球一遍，NOAA气象卫星每天能收到两次图像。Meteosat每30分钟获得同一地区的图像。
2.3获取信息受条件限制少。
在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。
2.4获取信息的手段多，信息量大。
根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线，红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。例如，地面深层、水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。
3.遥感技术的实际应用
3.1遥感技术在地质灾害中的应用
遥感技术应用于大面积的地质灾害调查,可达到及时、详细、准确且经济的目的。在不同地质地貌背景下能监测出地质灾害隐患区段,还能对突发性地质灾害进行实时或准实时的灾情调查、动态监测和损失评估。为此，我国设立了专门的“地质灾害遥感综合调查”课题,经过近20年的实践,已摸索了一套较为合理、有效的滑坡、泥石流等地质灾害遥感调查方法。在“5.12”汶川大地震的后续救援工作中，遥感技术就发挥了突出作用，第一时间提供了地质地貌变化情况，为政府作出正确决策提供了依据。
3.2遥感技术在生态环境中的应用
伴随着社会的进步和发展，气候变化、环境污染成为了人类世界所面临的发展瓶颈。遥感技术应用于宏观生态环境要素的监测,具有视野广阔、获取的信息量多、效率高、适应性强、可用于动态监测等众多优点,同时其技术方法成熟。为此,采用卫星遥感这一面向全球的先进技术,是环境科学研究的必要途径,它不仅可以为我们提供大面积、全天时、全天候的环境监测手段,更重要的是能够为我们提供常规环境监测手段难以获得的全球性的环境遥感数据,这些数据将成为我们进行环境监测、预报和科学研究不可缺少的基础。
遥感技术应用于环境监测上既可宏观观测空气、土壤、植被和水质状况,为环境保护提供决策依据,也可实时快速跟踪和监测突发环境污染事件的发生、发展,及时制定处理措施,减少污染造成的损失。其从空中对地表环境进行大面积同步连续监测,突破了以往从地面研究环境的局限性。
如赤潮遥感监测。1995年至1997年国家海洋局第二海洋研究所开展了“海洋水产养殖区赤潮监测及其短期预报试验研究”,该项目成功地监测和预报了1997年11月发生在广东沿海和1997年7月发生在浙江的赤潮。开创了国内赤潮卫星遥感实时监测和预测的先河。
3.3遥感技术在农业气象灾害中的应用
目前我国农业生产基础设施薄弱,抗灾能力差,对气象环境的依赖性很大。农业气象灾害对国民经济,特别是农业生产造成了极为不利的影响。利用遥感技术，可以绘制更加清晰、形象的气象图；进行气候资源监测评价；气象灾害评估；气象灾害预警、气候分析评价等等气象服务；建设基于遥感技术和地理信息系统(geographicinformationsystem)GIS支持下农业气象灾害监测系统开发；利用气象数据,结合GIS背景资料对危害区域、危险程度、受害作物面积进行分析、计算、评估，预测洪涝灾害的演进规律，提供受灾区域、受灾人口与损失估算报告,并根据已有的抗洪措施形成后期应急反应方案以及防灾系统建设方案。
3.4遥感技术在海洋渔业中的应用
近年来,海洋渔业遥感技术的研究和应用,受到国内外各渔业相关科研单位和大学的广泛关注和重视。遥感技术应用于海洋渔业，具有大面积观测和实时动态监测的优点,可以获取多种海洋环境要素信息,对预报渔场渔情信息是一种十分理想的手段。
3.5遥感技术在流行病学研究中的应用
遥感及其相关分析技术为流行病学研究开辟了新的途径。周晓农等人利用1989年与1995年两次全国血吸虫病抽样调查资料和我国黄河以南1∶100万数字化地图建立了我国钉螺分布的GIS,显示了我国不同地区血吸虫病的流行强度、分布范围、数据来源及时间等。
为应付未来突发事变,可利用遥感技术提供目标地区的流行病学疾病预测资料,以制订卫勤保障计划,保障部队战斗力。美国军方从1982年以来就运用遥感技术开展了大量研究,他们以降雨量和气温以及从LANDSAT-3MSS获取的数据为参数预测了菲律宾血吸虫病的流行区分布,并用来计算美军军事演习期间可能由于血吸虫病而导致的潜在伤亡数;另外还将遥感技术应用于战争时区别自然状态的疾病暴发与由于使用生物战剂引起的疾病暴发的研究。
结束语
综上所述,随着技术方法与手段的日臻完善，遥感技术必将在更多的行业和领域发挥重要作用，从而进一步影响我们的工作和生活。
参考文献
[1]侯春红.公路地质灾害调查中的遥感技术,中国减灾2007,3.
[2]刘爱容.GIS支持下的农业气象灾害监测系统的开发与应用,科技资讯,2007(7).
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[4]周金星.山洪泥石流灾害预报预警技术述评,山地学报,2001(19).
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