高光谱遥感技术现状范文
时间：2023-12-04 17:58:00
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篇1
关键词：水工环地质；应用；遥感信息；调查
中图分类号： P283 文献标识码： A 文章编号：
概述
遥感技术首先应用在资源宏观普查、动态监测上，而后才扩展到生态环境调查、环境污染监测等方面。经过多年的试验、推广和应用，遥感已成为各种自然资源调查、环境动态监测与工程应用不可缺少的地理空间信息获取、更新和分析的手段和数据库。随着空间技术的进步，遥感技术已从过去单一的遥感技术发展到包括遥感、地理信息系统和全球定位技术在内的空间信息技术的应用，其领域已深入到了国民经济、社会发展、国际安全以及人民生活的各个方面，称为水工环地质调查与灾害监测评估的重要技术支撑。
二、水工环领域遥感应用技术的发展现状
经过近30年的应用研究，遥感技术依靠传感器技术、图像处理技术及计算机技术的提高，在水工环领域的应用取得了长足的发展。遥感水文地质开始逐步形成一门独立的学科。传统的遥感水文地质着重于水文地质测绘系统中定性特征的解释和特殊标志的识别，近期的研究则扩展到应用热红外和多光谱影像进行地下水流系统内的地下水分析和管理，目前研究的重点集中到了空间补给模式、污染评价中植被、区域测图单元参数的确定和空间地下水模型中地表水文地质特征的监测。纵观国内外遥感技术在水工环领域的一些应用成果，可把近年来遥感技术的应用发展现状概括为以下几个方面：
4.1从目视解译发展到计算机辅助解译
如线性影像计算机自动判释专家系统及土地利用（分类）计算机判读模型以及机助信息提取与制图系统等。由于影像的多解性及识别系统的不完善性，虽还需要投入一定的人力工作，但已大幅提高解译工作效率。
4.2从几何形态解译到充分利用光谱信息
过去的多光谱遥感数据波段划分过少，只有几个波段，使地面波谱测试数据与图像光谱数据难以精确比较。因此，图像解译工作很少考虑地物的波谱特征，主要根据影像的色彩、色调、纹理、阴影等所形成的几何形态特征。随着机载成像光谱仪（高光谱）技术的商业运作及2000年前后的高光谱成像卫星的发射，使得用光谱信息对地物的分析更精细、更准确。
4.3出现地面温度反演技术
地面温度反演是指从热红外图像数据的辐射亮度值获得地表温度信息。反演方法主要有地表温度多通道反演法和多角度数据进行组分温度反演法等。
4.4从定性分析评价到依靠计算机数字模型模拟的定量分析评价
如遥感技术在地下水流系统应用中，根据遥感数据建立的地形、流域面积、水系密度等数据集结合气象数据建立空间补给模型。数字模型成为遥感技术实现定量评价的重要途径，而DEM/DTM是涉及地形数据计算方面不可缺少的工具。
4.5使用单一遥感信息源到多元信息拟合
目前的遥感应用技术，已不再是单一使用各种遥感数据，而是根据需要结合利用了其他信息源，如地质、地形、水文、土壤、植被、气象、岩土物理力学特征及人类活动等资料。这样，图像数据的预处理尤其重要，如几何较正、多波段数字合成、镶嵌、数据变换等，而地理信息系统（GIS）在多元信息数据管理中起着重要作用。
4.6从单一手段应用到多手段应用
近年来，遥感技术（RS）与地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）的综合应用，即“3S”技术，成为遥感技术应用的主流。GIS是数据库管理、数据图形处理、各主题图件叠加、制图的重要工具。GPS 卫星定位的基本原理是将无线电信号发射台从地面点搬到卫星上，组成一个卫星导航定位系统，应用无线电测距交会的原理，便可由 3 个以上地面已知点(控制站)交会出卫星的位置，反之利用 3 颗以上卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点(用户接收机)的位置。用户使用 GPS 接收机在某一时刻同时接收3 颗以上的 GPS 卫星信号，测量出测站点(接收机天线中心)到 3颗以上 GPS 卫星的距离，并解算出该时刻GPS 卫星的窄间坐标，据此利用交会法解算出测站点的位置。实时动态测量的基本工作方法是，在基准站上安置l 台 GPS 接收机，对所有可见GPS 卫星进行连续的观测，并将其观测数据通过无线电传输设备实时地发送给用户观测站(流动站)。在流动站上，GPS 接收机在接收 GPS 卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据和转换参数，然后根据 GPS 相对定位的原理，即时解算出相埘基准站的基线向量，解算出基准站的 WGS-84 坐标；再通过预设的 WGS-84坐标系与地方坐标系的转换参数，实时地计算并显示出用户需要的三维坐标及精度；GPS可以对地面控制点精确定位，提高遥感数据空间精度。另外，在具体手段配合上，也出现了遥感技术与物探技术、钻探技术等相结合的新方法。
4.7数字摄影测量技术的发展
数字摄影技术的成熟，推进了制图工作的现代化，改善了基础图件的质量和成图效率，并影响着遥感技术的调查方法。该技术的产品可直接作为GIS的数据源，便于遥感与GIS一体化研究与开发。如我国自己开发的全数字摄影测量软件VIRTUOZO，具有数字化测图、自动生成DEM/DTM和等高线、生成正射影像等功能。
4.8遥感技术应用成果向着便于保存、复制、携带及传输方向发展
这意味着遥感技术应用成果的数字化。由于是数字成果，可载于多种介质上，如CD-ROM、磁带及计算机硬盘上，使携带处理更加方便。随着1998年“数字地球”计划的提出及我国国土资源部“数字国土”工程的实施，遥感应用成果数字化显得尤其必要。
三、主要遥感信息源及其发展
根据传感器类型不同，遥感图像可分为可见光摄影、红外摄影和扫描、多光谱扫描、微波雷达和成像光谱图像等。近10年来，传感器技术迅猛发展，主要表现在：①图像分辨率提高，卫星图像分辨率已达到米级。②具备立体观察功能。③应用波段数增加，机载高光谱成像仪已投入使用。如美国的AVIRIS（航空可见光/红外成像光谱仪），波谱范围0.4~2.5/l，波段数224个。CASI（袖珍航空光谱成像仪），波谱范围0.4~0.95/u，波段数72个。高光谱成像光谱仪简称成像光谱仪，也称超光谱成像仪，按其波段数目可分为高光谱成像光谱仪（波段数
四、结语
在水工环地质中对3S技术的采用，已经得到了很好验证，可以一步到位外业的测量，节省了很多不必要的中间环节，对外业工作量进行最大限度地减少，从而缩短整个测量工期，提高工作效率。同时，简化外业工序和迅速完成也可以使所有的后续专业工序更快的完成。
参考文献：
篇2
关键词：遥感水质监测遥感数据
1水体遥感监测的基本理论
1.1水体遥感监测原理、特点。影响水质的参数有：水中悬浮物、藻类、化学物质、溶解性有机物、热释放物、病原体和油类物质等。随着遥感技术的革新和对物质光谱特征研究的深入，可以监测的水质参数种类也在逐渐增加，除了热污染和溢油污染等突发性水污染事故的监测外，用遥感监测的水质数据大致可以分为以下四大类：浑浊度、浮游植物、溶解性有机物、化学性水质指标。
利用遥感技术进行水环境质量监测的主要机理是被污染水体具有独特的有别于清洁水体的光谱特征，这些光谱特征体现在其对特定波长的光的吸收或反射，而且这些光谱特征能够为遥感器所捕获并在遥感图象中体现出来。如当水体出现富营养化时，浮游植物中的叶绿素对近红外波段具有明显的“陡坡效应”，故而这类水体兼有水体和植物的光谱特征，即在可见光波段反射率低，在近红外波段反射率却明显升高。
1.2水质参数的遥感监测过程。首先，根据水质参数选择遥感数据，并获得同期内的地面监测的水质分析数据。现今广泛使用的遥感图象波段较宽，所反映的往往是综合信息，加之太阳光、大气等因素的影响，遥感信息表现的不甚明显，要对遥感数据进行一系列校正和转换将原始数字图像格式转换为辐射值或反射率值。然后根据经验选择不同波段或波段组合的数据与同步观测的地面数据进行统计分析，再经检验得到最后满意的模型方程（如图）。
图1：遥感监测水质步骤简图
2水质遥感监测常用的遥感数据
2.1多光谱遥感数据。在水质遥感监测中常用的多光谱遥感数据，包括美国Landsat卫星的MSS、TM、ETM 数据，法国SPOT卫星的HRV数据，气象卫星NOAA的AVHRR数据，印度遥感IRS系统的LISS数据，日本JERS卫星的OPS(光学传感器)接收的多光谱图像数据，中巴地球资源1号卫星（CBERS--1）CCD相机数据等。
Landsat数据是目前应用较广的数据。1972年Landsat1发射后，MSS数据便开始被用于水质研究中。如解亚龙等用MSS数据对滇池悬浮物污染丰度进行了研究，明确了遥感数据与悬浮物浓度的关系；张海林等用MSS和TM数据建立了内陆水体的水质模型；Anne等人用TM和ETM 数据对芬兰的海岸水体进行了研究。
SPOT地球观测卫星系统，较陆地卫星最大的优势是最高空间分辨率达10m。SPOT数据应用于水质研究中，学者们也做了一些研究。如可以利用SPOT数据来估算悬浮物质浓度和估计藻类生物参数。
AVHRR(高级甚高分辨率辐射计)是装载在NOAA列卫星上的传感器，每天都可以提供可见光图像和两幅热红外图像，在水质监测等许多领域广泛应用，如1986年，国家海洋局第二海洋研究所用NOAA数据对杭州湾悬浮固体浓度进行了研究。
2.2高光谱遥感数据
2.2.1成像光谱仪数据。成像光谱仪也称高光谱成像仪，实质上是将二维图像和地物光谱测量结合起来的图谱合一的遥感技术，其光谱分辨率高达纳米数量级。国内外的学者主要利用的有：美国的AVIRIS数据、加拿大的CASI数据、芬兰的AISA数据、中国的PHI数据以及OMIS数据、SEAWIFS数据等进行了水体水质遥感研究，对一些水质参数，如叶绿素浓度、悬浮物浓度、溶解性有机物作了估测。
2.2.2非成像光谱仪数据。非成像光谱仪主要指各种野外工作时用的地面光谱测量仪，地物的光谱反射率不以影像的形式记录，而以图形等非影像形式记录。常见的有ASD野外光谱仪、便携式超光谱仪等。如对我国太湖进行水质监测时，水面光谱测量就用了GRE-1500便携式超光谱仪，光谱的响应范围0.30~1.1um，共512个测量通道，主要将其中0.35~0.90um的316个通道的数据用于水质光谱分析。并且非成像光谱仪与星载高光谱数据的结合，可望研究出具有一定适用性的水质参数反演模型。
2.3新型卫星遥感数据。新的卫星陆续升空为水质遥感监测提供了更高空间、时间和光谱分辨率的遥感数据。如美国的LandsatETM 、EO--1ALI、MODIS，欧空局的EnvlsatMERIS等多光谱数据和美国的EO-1Hyperion高光谱数据。Koponen用AISA数据模拟MERIS数据对芬兰南部的湖泊水质进行分类，结果表明分类精度和利用AISA数据几乎相同；Hanna等利用AISA数据模拟MODIS和MERIS数据来研究这两种数据在水质监测中的可用性时发现；MERIS以705nm为中心的波段9很适合用来估算叶绿素a的浓度，但是利用模拟的MODIS数据得到的算法精度并不高。Sabine等把CASI数据和HyMap数据结合，对德国梅克莱堡州湖区水质进行了监测，为营养参数和叶绿素浓度的定量化建立了算法。
3水质遥感存在的问题与发展趋势
3.1存在的问题：①多数限定于定性研究，或进行已有的航空和卫星遥感数据分析，却很少进行定量分析。②监测精度不高，各种算法以经验、半经验方法为主。③算法具有局部性、地方性和季节性，适用性、可移植性差。④监测的水质参数少，主要集中在悬浮沉积物、叶绿素和透明度、浑浊度等参数。⑤遥感水质监测的波段范围小，多集中于可见光和近红外波段范围，而且光谱分辨率大小不等，尤其是缺乏微波波段表面水质的研究。
3.2发展趋势
3.2.1建立遥感监测技术体系。研究利用新型遥感数据进行水质定量监测的关键技术与方法，形成一个标准化的水安全定量遥感监测技术体系，针对不同类型的内陆水体，建立多种水质参数反演算法，实现实验遥感和定量遥感的跨跃，从中获得原始创新性的成果。
3.2.2加强水质遥感基础研究。加深对遥感机理的认识，特别是水质对表层水体的光学和热量特征的影响机理上，以进一步发展基于物理的模型，把水质参数更好的和遥感器获得的光学测量值联系起来；加深目视解译和数字图象处理的研究，提高遥感影象的解译精度；增强高光谱遥感的研究，完善航空成像光谱仪数据处理技术。
3.2.3开展微波波段对水质的遥感监测。常规水质遥感监测波段范围多数选择在可见光或近红外，尤其是缺乏微波波段表面水质的研究情况。将微波波段与可见光或近红外复合可提高对表面水质参数的反演能力。
3.2.4拓宽遥感水质监测项。现阶段水质遥感局限于某些特定的水质参数，叶绿素、悬浮物及与之相关的水体透明度、浑浊度等参数，对可溶性有机物、COD等参数光谱特征和定量遥感监测研究较少，拓宽遥感监测项是今后的发展趋势之一。应加强其他水质参数的光谱特征研究，以扩大水质参数的定量监测种类，进一步建立不同水质参数的光谱特征数据库。
3.2.5提高水质遥感监测精度。研究表明利用遥感进行水质参数反演，其反演精度、稳定度、空间可扩展性受遥感波段设置影响较大，利用星载高光谱数据进行水质参数反演，对其上百的波段宽度为10nm左右的连续波段与主要水质参数的波谱响应特性进行研究，确定水质参数诊断性波谱及波段组合，形成构造水质参数遥感模型和反演的核心技术，提高水质监测精度。
3.2.6扩展水质遥感监测模型空间。系统深入的研究水质组分的内在光学特性，利用高光谱数据和中、低分辨率多光谱数据进行水质遥感定量监测机理研究，进行水质组分的
定量提取和组分间混合信息的剥离，消除水质组分间的相互干扰，建立不受时间和地域限制的水质参数反演算法，形成利用中内陆水体水质多光谱遥感监测方法和技术研究低分辨率遥感数据进行大范围、动态监测的遥感定量模型。
3.2.7改进统计分析技术。利用光谱分辨率较低的宽波段遥感数据得到的水质参数算法精度都不是很高，可以借鉴已在地质、生态等领域应用的混合光谱分解技术，人工神经网络分类技术等，充分挖掘水质信息，建立不受时间和地域限制的水质参数反演算法，提高遥感定量监测精度。
3.2.8综合利用“3S”技术。利用遥感技术视域广，信息更新快的特点，实时、快速地提取大面积流域及其周边地区的水环境信息及各种变化参数；GPS为所获取的空间目标及属性信息提供实时、快速的空间定位，实现空间与地面实测数据的对应关系；GIS完成庞大的水资源环境信息存储、管理和分析。将“3S”技术在水质遥感监测中综合应用，建立水质遥感监测和评价系统，实现水环境质量信息的准确、动态快速，推动国家水安全预警系统建设。参考文献：
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作者简介：
篇3
关键词：遥感信息；水工环；应用
遥感信息技术经过多年的发展与实践，已经集合了传感器技术、计算机技术等先进的技术，这使得遥感信息技术在水工环中的应用更为深化。现如今，遥感信息技术已经成为水工环不可缺少的技术，随着水工环勘察需求的加大，对该技术会更大的依赖。
1 遥感信息在水工环中的应用发展现状
1.1 传统的遥感信息技术需要人工进行解译，但是随着信息技术的融入，可以进行计算机解译，大大提高了解译效率。如线性影像计算机自动判释专家系统及土地利用（分类）计算机判读模型以及机助信息提取与制图系统等。由于影像的多解性及识别系统的不完善性，虽还需要投入一定的人力工作，但已大幅提高解译工作效率。
1.2 从几何形态解译到充分利用光谱信息。过去的多光谱遥感数据波段划分过少，只有几个波段，使地面波谱测试数据与图像光谱数据难以精确比较。因此，图像解译工作很少考虑地物的波谱特征，主要根据影像的色彩、色调、纹理、阴影等所形成的几何形态特征。随着机载成像光谱仪（高光谱）技术的商业运作及2000年前后的高光谱成像卫星的发射，使得用光谱信息对地物的分析更精细、更准确。
1.3 出现地面温度反演技术。地面温度反演是指从热红外图像数据的辐射亮度值获得地表温度信息。反演方法主要有地表温度多通道反演法和多角度数据进行组分温度反演法等。
1.4 从定性分析评价到依靠计算机数字模型模拟的定量分析评价。如遥感技术在地下水流系统应用中，根据遥感数据建立的地形、流域面积、水系密度等数据集结合气象数据建立空间补给模型。
1.5 使用单一遥感信息源到多元信息拟合。目前的遥感应用技术，已不再是单一使用各种遥感数据，而是根据需要结合利用了其他信息源，如地质、地形、水文、土壤、植被、气象、岩土物理力学特征及人类活动等资料。这样，图像数据的预处理尤其重要，如几何较正、多波段数字合成、镶嵌、数据变换等，而地理信息系统（GIS）在多元信息数据管理中起着重要作用。
1.6 从单一手段应用到多手段应用近年来，遥感技术（RS）与地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）的综合应用，即“3S”技术，成为遥感技术应用的主流。GIS是数据库管理、数据图形处理、各主题图件叠加、制图的重要工具。
1.7 数字摄影测量技术的发展。数字摄影技术的成熟，推进了制图工作的现代化，改善了基础图件的质量和成图效率，并影响着遥感技术的调查方法。该技术的产品可直接作为GIS的数据源，便于遥感与GIS一体化研究与开发。如我国自己开发的全数字摄影测量软件VIRTUOZO，具有数字化测图、自动生成DEM/DTM和等高线、生成正射影像等功能。
1.8 遥感技术应用成果向着便于保存、复制、携带及传输方向发展。这意味着遥感技术应用成果的数字化。由于是数字成果，可载于多种介质上，如CD-ROM、磁带及计算机硬盘上，使携带处理更加方便。随着1998年“数字地球”计划的提出及我国国土资源部“数字国土”工程的实施，遥感应用成果数字化显得尤其必要。
2 遥感信息在水工中的应用
2.1 在水文地质中的应用
遥感信息技术主要是用来进行测绘，以此提高水文地质勘查的准确性，同时也便于对水文地质工作展开定量或者是定性分析。遥感信息技术能够进行光谱合成，也可能进行图像处理，而这样的功能正是水文地质勘查需要的，如果地域比较特殊，工作人员借助遥感技术能够分辨出水质与植物，依据水质与植物之间的关系，就此推断出该区域水质的具体情况。遥信信息技术在水文地质中的应用，还便于地下水系统分析，这样工作人员就能够随时对地下水水质情况进行了解，一旦发现污染，会立即展开评价，采取措施。红外热感技术也是应用在水文地质勘查中一项非常重要的技术，该技术主要用来进行地下热水勘察，工作人员利用红外成像，能够直接判断出地表温度，而后再进行精确的计算，即可分析出地下热水情况。
2.2 在工程地质中的应用
目前，我国工程选址中基本上都会应用遥感信息技术，尤其是大型工程选址，遥感信息技术更是不可或缺。工程选址过程中运用遥感技术，能够提升地质评价的准确性，以此实现选址区域内的地质情况进行更为科学的分析，利于工程建设进行有效的规划。工程地质中应用遥感信息技术，能够得到最为直观的图像，工作人员可以依据图像内容进行分析，而且由于图像是通过卫星影像传输的，所以观测质量完全能够保证。借助卫星传输数据，能够对光谱数据展开认真的处理以及科学的计算，这对工程选址来说异常重要，通常情况下，工程选址人员都是依据这些数据来完成选址工作。遥感信息技术能够将地表图像显现出来，而工作人员则可以通过地表图像对该区域内的地貌、地质环境等展开分析，这不仅能够保证工程选线具有真实性，还能够保证工程合理。与此同时，遥感信息技术的应用，还能够对地质灾害情况进行判断，通过构建科学的数学模型，对工程区域内可能会出现的灾害情况进行评估，再充分的利用风险评价，两者统一起来，对工程顺利进展奠定了基础。
2.3 在环境地质中的应用
遥感信息技术的应用，有利于环境监测水平的提高。遥感信息技术的应用，有利于工作人员对水资源污染状态展开分析，针对污染严重程度，工作人员可以进行不同程度的测量。比如对于工业废水，通常是利用遥感信息技术中热感图像，通过图像分析，工作人员能够掌握工业废水污染范围，具体分布情况以及污染程度等。现阶段，遥感信息技术在环境监测中应用程度更加深入，专家学者也对此进行了大力的研究，取得了比较好的效果。目前，遥感信息技术能够对水土流失情况进行密切的监测，同时也能够对地质变化情况展开监测，这对我国水资源保护，提高水资源利用率有着积极的作用。
结束语
综上所述，可知遥感信息技术已经在水工环中得到了深入的应用，当然随着遥感技术研究的深入，技术水平的提升，该技术的应用领域会更加的广泛，优势会更加的突出。因为遥感信息技术的应用，使得水工环工作人员不必经常进行外业测量，以此提升了工作效率。当然具体如何应用遥感信息技术，还需要工作任意结合具体的工程实践而定。
参考文献
[1]胡志文，欧阳燕，罗湘.水工h地质勘察及遥感技术在地质工作中的应用[J].江西建材，2012（05）.
[2]张灿.谈国内外在水工环领域中遥感技术的应用[J].科技创业家，2012（13）.
篇4
关键词：遥感技术；水利工程：应用
中图分类号：TV文献标识码： A
前 言：我国是一个水资源十分短缺的国家，水旱灾频繁，从古到今，我们既受益于水，也受害于水，与水旱灾害进行了长期的斗争。近年来，随着经济的快速增长，人口不断增加，环境持续恶化，水文水资源问题也受到大家的重视，因此，传统的水利调查、规划、管理技术的基础上引入先进的遥感技术，将更有助于水利信息的获取、更新和应用，促进水利行业的发展。
一、遥感技术的特点
遥感技术是60年展起来的新技术,目前在国内外已经得到广泛的应用。遥感技术是空间技术、应用光学、无线电技术和计算机技术相结合的一门综合科学。遥感的含义是使用某种遥感器从遥远的地方感测目标信息特征的信号,经过传输系统的处理,从中提取目标物有用的信息。实现上述过程所用的各种手段,总称之为遥感技术。这项技术包括有遥感器技术,信息传输技术、实况调查技术、信息处理技术。遥感技术的分类有很多种,按遥感器使用的波源性质可分为电磁波遥感器、声学遥感器;按遥感器运载工具可分为航天(卫星)、航空(飞机)、陆地遥感等。现代遥感技术,就其手段和应用范围是非常广泛的.但从资源勘测技术来说,比较富有成效的是空间遥感技术,遥感器装在卫星上面利用资源卫星上装置的遥感器可以昼夜进行工作从而获得地面大量的信息资源。
1.洪涝灾害检测
遥感技术在洪涝灾害中应用比较成熟，在实际应用中主要利用雷达卫星、机载合成孔径雷达、可见光和红外线遥感影像数据，并结合地理信息系统技术对洪涝灾情严重的地区，进行多层次的检测和评估，同时给出相应的灾情图像、详细评估报告和已特定区域为单位的灾情损失的分区分类数据表格，为提出灾后重建家园的决策建议打下基础。
2.地表水资源动态检测与评估
充分合理地使用地表水资源的前提充分掌握地表水资源分布、水量及水资源消耗等信息，由于地表水的特殊光学特性，这些任务都可以利用遥感技术完成。对于大范围或者偏远地区，利用卫星遥感影像提供直接、间接信息，对评价水资源的变化非常有帮助。
3.地下水资源动态监测与评估
地下水是水资源重要组成部分，它是干旱、半干旱地区灌溉、工业用水和生活用水的主要来源，也是极为敏感的生态环境因素之一，当前水资源的科学管理工作所面临困难是缺乏详细的地下水动态监测数据。传统地下水监测是一种近感方法，视野有限，监测程序也是有点到线，在推测到面，不仅费事费力，而且控制点少，代表性差，无法实现大面积动态监测和评价。遥感技术可以在快速大面积监测地下水中发挥着重要作用，利用遥感数据提供的地表温度、土壤水分、冰雪、径流、植被变化等信息估算地下水的补给量和勘探区地下水资源存储量，确定其分布，评价地下水质，对地下水动态变化进行监测与预测等。
4.有效灌溉面积调查
水利是农业的命脉，我国80%的粮食及农副产品产于有效灌溉区。由于灌区工程年久失修、功能衰退与丧失以及水资源变化等，造成有效灌溉面在时空上的变动极为复杂，用统计方法得到的全国耕地灌溉面积一直不十分确切。遥感和地理信息系统调查技术作为一种有别于传统的统计方法，近年来，在有效灌溉面积调查中得到广泛应用。
5.灌区作物ET监测
监测ET的传统方法是基于气象站的点测资料估算点值，扩展到区域尺度上比较困难。利用遥感技术监测ET，能够将作物蒸散量在时空上的差别监测出来，并且将监测区域扩大到气象数据缺乏的地区。为此利用遥感技术获取的ET及实测降水数据，开展基于遥感ET和降水的灌区水分盈亏分析，实现对灌区水资源状况进行总体把握，为灌区作物种植结构调整、透时灌溉提供了决策依据；同时也有利于灌区水资源规划的合理编制和选取切合实际的灌区水资源管理体制。
二、遥感技术在水利工程规划建设与管理应用
遥感技术在水利工程规划建设与管理中的应用主要集中在工程前期现状调查，工程中进程监测，工程后的效益评估。
1,利用遥感技术提取工程区域的地形、地貌、岩性、土壤、植被信息，建立决策库，对项目可选的位置、路线进行可行性分析评估进而选择最佳位置、线路并对水利工程周边环境的影响进行评估。这些基础信息可以为项目的实施不同阶段的工程人员服务。对牵扯到移民、土地征用等需要补偿的问题可以利用监督或非监督分类方法调查面积。比如在规划方面： 勘测调查是对水利进行规划的基础，为了能更好地对当前的，水利现状进行调查，给水利规划更详细资料，以及对可能出现的变化提供预测，需要将遥感技术与传统的调查手段相结合，一般情况下主要是依据地形图、野外勘察资料来对水利规划现状进行调查，所以，地形图对于调查有很大影响，若是地形图比较老旧，那么就不得不消耗大量的精力与时间对地形图重新进行测绘，若果运用遥感技术，一般不会出现这样问题。
2.进行工程规划如果需要大比例尺成图，可以利用大比例尺航片或者卫片构建立体，在立体环境中提取需要的信息，建立3D信息图。另外，利用高分辨率影像，还可以实时对工程进展进行监测。比如在河流治理方面：对河流进行卫星遥感，一般情况下以浮泥作为标志，通过运用合理的波段，对得到的图像进行复合处理，用计算机对图像进行光学处理，将背景和次要信息屏蔽，只显示主要资料，得到水下泥沙分布与地形资料，经过技术处理的图片资料上对于河流泥沙的显示是非常清晰、客观的，通过对河流泥沙的变化分析，就可以为河流治理提供可靠有价值的信息。
三、遥感技术在水利工程方面发展态势
1，水利遥感数据丰富
随着雷达技术、高光谱技术、无人机技术以及卫星集群技术的飞速发展，水利遥感应用采用的遥感数据源方面朝着高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率和新兴雷达遥感的方向发展，极大地丰富了水利遥感的数据源。目前国外水利遥感数据源空间分辨率普遍达到了米级，高光谱分辨率的遥感数据也大量应用，另外，新兴的雷达遥感数据也越来越多地得到应用。
2，水文参数获取定量化
定量遥感是当前国内外遥感应用的发展方向，也是水利遥感的发展趋势。定量遥感主要是通过实验的或物理的模型将遥感信息与观测目标参量联系起来，将遥感信息定量地反演或推算为某些地学、生物学及大气等观测目标参量。
3，水利信息提取智能化
目前，影像识别和影像知识挖掘的智能化是遥感数据自动处理的研究获得了重大突破，遥感数据处理工具不仅可以自动进行各种指标处理，而且，可以自动或半自动提取水系、土地利用等信息，极大提高工作效率。
4，水利遥感应用网络化
网络技术已不仅仅是一种单纯的技术手段，它已演变成为一种经济方式----网络经济。大量的水利遥感应用正由传统的方式（客户机/服务器）向（浏览器/服务器）方式转移。
结束语
随着遥感技术不断的发展进步和遥感技术应用的不断深入，将在未来的国民经济建设中发挥越来越重要的作用。把遥感技术运用到水利工程中，解决了水利工程建设周期长、技术条件复杂、，勘探设计、工程实施和验收等方面问题，极大提高水利信息资源的共享程度和应用水平，全面提高了水利建设的效益，对水利工程信息化研究具有重要现实意义。
参考文献：
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>> 基于冠层高光谱的水稻长势估测的研究 宁夏引黄灌区水稻冠层高光谱特征研究 几个水稻品种的白叶枯病抗性鉴定 水稻条纹叶枯病与白叶枯病防治措施 水稻白叶枯发生和防控措施 水稻条纹叶枯病发生规律与防治技术研究 水稻条纹叶枯病的发生及防治 谈水稻胡麻叶枯病的发生原因 硅对镉胁迫下水稻幼苗茎叶元素含量的影响 水稻条纹叶枯病与黑条矮缩病综合防控技术研究 侧柏叶枯病研究进展 水分胁迫条件下水稻伤害机理及抗旱机制研究现状 广西野生稻抗白叶枯病多菌系鉴定 湖北省水稻条纹叶枯病的发生与检测 水稻条纹叶枯病的发病原因及防治方法 楚州区水稻条纹叶枯病发生原因与防控对策 水稻条纹叶枯病的发生特点与防治技术 20%寡聚酸碘水剂对水稻条纹叶枯病的药效试验 浅谈称杆乡水稻百叶枯病的发生及防治 水稻条纹叶枯病防治技术 常见问题解答 当前所在位置：.
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美国是世界上农业航空技术最先进，应用最广泛的国家，农用飞机有20多个品种，根据机型划分，可分为固定翼飞机和直升飞机两大类;根据载荷不同，可分为大型和中小型两类，大型旋风式农用飞机载重1.5t，中小型为0.5～1t。农用飞机价格通常在100～140万美元之间。美国现有农业航空公司2000多家，在用农用飞机约4000架，注册农用飞机驾驶员3000多名，年处理耕地面积近3400万hm2，占美国年处理耕地面积的40%。森林植保作业100%采用航空作业方式。美国农业航空服务一个重要的特点就是有强大的农业航空组织体系，包括国家农业航空协会和近40个州级农业航空协会。国家农业航空协会有来自于46个州的1700个会员，会员主要包括企业业主和飞行员。协会一方面为会员提供品牌保护、继续教育、安全计划、农林业与公共服务业方面的联系与信息服务，另一方面还积极开展提高航空应用效率与安全性方面的研究与教育计划。由于共同的利益与目标，美国国家农业航空协会还与政府机构，包括美国联邦航空管理局、美国环境保护署、美国农业部、重要的科研机构如美国农业部南方平原研究中心以及材料与化学工业行业保持紧密联系与合作。另外，协会还通过组织航空年会，为会员在新产品、新技术以及教育方面提供重要的交流机会，特别是新技术趋势会吸引了众多企业与农场主，他们都希望能够在会上寻求到更经济的技术用于农业生产。
农业航空施药技术
农业航空施药作业是农业航空服务最主要的作业项目。在美国，航空施药作业规范齐全，施药部件系列完善，能适合不同作业要求。随着精准农业技术手段如GPS自动导航、施药自动控制系统、各种作业模型的逐步应用，施药作业变得更加精准、高效，对环境的污染也在不断降低。
1GPS导航施药技术
美国的农用飞机都配备精密仪器和设备，如GPS是很普遍的装备，部分农用飞机还配备流程控制、实时气象测试系统和精确喷洒设备。飞机上的GPS系统，由驾驶舱仪表板上的移动地图显示装置、指示灯条以及键盘组成。在施药作业之前，施药规划人员通过手持GPS测量确定施药作业区域的边界点，当这些边界点加载到施药飞机的GPS接收器上，就形成一个施药区域地图。GPS根据区域地图规划出施药作业的航路图，并准确地使飞机沿着规定路线施药，有效避免重喷和漏喷。当药箱中的药液不够时，GPS会记录结束喷药的关闭点，待药液重新加载完成后，飞机会从关闭点开始继续施药。大多数GPS系统在驾驶舱内都有一个显示屏，可以实时显示喷药地块、路线和飞机在已规划航路中的位置，便行员进行监控及修正。GPS获取的作业信息，如飞机飞行轨迹、喷雾系统开与关、飞行速度等，也可以输入到GIS系统中，用来分析施药作业情况。这些信息也被作为一种合法的记录，用于由于施药可能产生的纠纷处理中［1］。
2航空喷嘴
美国航空施药喷嘴根据雾化方式主要分两种:液力雾化喷嘴和旋转离心雾化喷嘴(图1)。航空用液力喷嘴的设计类似于地面施药装备的喷嘴，但是有较大的区别:一是由机飞行的速度比较快，因此航空施药液力喷嘴的流量非常大;二是由于航空喷嘴工作时会遇到高速空气流，因此航空施药液力喷嘴工作时会受到很大的空气剪切力;三是航空喷嘴的安装角度与地面喷嘴不同，高速空气流会直接影响雾滴谱。典型的航空施药液力喷嘴是CP喷嘴系列，多头CP喷嘴可以提供多种孔径，飞行员通过旋转喷嘴座来改变喷量，通过快速调节喷杆实现喷嘴角度向前或向下改变。另外一种航空施药喷嘴是旋转式离心雾化喷嘴(Micron公司制造)，驱动方式有电动驱动和风力驱动两种形式。这种喷嘴主要有3个特点:①雾滴可控，可以通过调节旋转速度，有效地控制雾滴直径。②大流道结构不会产生堵塞现象，所以非常适合应用于可溶性粉剂和悬浮剂的喷洒作业。③主要用于低量施药，因此用此类喷嘴进行航空施药，通常只需要6～8个喷嘴。
3航空喷嘴模型
美国农业部航空应用技术研究中心研究出一种航空喷嘴喷洒模型，通过喷嘴的电脑模型，可以清晰了解喷嘴产生的雾滴情况，以便选择并设计合适的作业参数。喷嘴模型可以通过喷嘴型式、喷雾压力、气流速度和喷雾药液来预测将会产生的雾滴谱。目前，航空喷嘴模型不仅给使用者提供作业依据，还作为EPA、州监管部门及相关人员等评估喷雾作业雾滴谱范围是否符合农药使用标签规定的依据。喷嘴空中雾滴谱数据研究，最早从1954年开始，Akesson、Bouse、Hewitt、Picot等开展了在各种条件下、不同喷嘴雾滴谱的相关研究，但是这些研究数据获取方式不统一。直到1990年，应EPA的要求，由38家美国农业化工公司资助的农药飘移研究小组收集、研究了大约2000个产品的相关数据来评估飘移。1999年，美国农业工程师学会，ASAE，2005年更名为技术委员会又通过“合作标准项目”，制订了农用喷雾雾滴谱分类标准。按照标准程序，SDTF获得一系列喷嘴雾化数据，Hermansky、Hewitt分别建立模型来描绘了这些喷嘴［1～2］。建立喷嘴模型，引起了美国国家航空协会的兴趣，它要求建立一些最常用喷嘴模型。随后，NAA和USDA对市场上所使用的喷嘴进行了调查，将固定翼飞机所使用的市场占有率超过5%以及一些具有独特设计或雾化特性的喷嘴列入了名单，这些喷嘴包括现在市场占有率超过60%的CP可调喷嘴、水射流喷嘴(Lund、TVB等)。目前，美国DSDA-ARS的DropKirk模型已成为美国航空施药作业条件选择的重要依据［3］。
4航空飘移预测模型
美国十分重视农药喷洒作业中雾滴飘移引起的环境污染问题，对于航空施药的安全区域，已有明确的法律条文规定。目前，飘移模型已成为决策是否允许航空施药和处理相关纠纷的重要手段。20世纪70年代末到80年代初，美国林业局开始用计算机模型来分析和预测航空施药中雾滴飘移、沉积情况。最早的模型是FSCBG模型，该模型研究天气因素、蒸况和冠层穿透对沉积分布的影响，预测雾滴分布、沉积，用于制定施洒作业方案和对环境的风险评估。在Teske等研究人员努力下，FSCBG模型发展成为著名的AGDISP模型。用户可以输入喷嘴、药液、飞机类型、天气因素等，通过对内部数据库调用，预测可能产生的飘移。该模型将飞机尾流、翼尖涡流、直升机旋翼下旋气流和机身周边空气扰动纳入到对雾滴的影响因素，把航空施药的喷洒雾滴作为离散对象进行分析，以平均直径和体积分数为衡量参数，再将数据经过拉格朗日方程处理，得到雾滴的运动轨迹，以此来预测雾滴的运动和地面沉积模式，可以说该模型的建立为其他模型奠定了基础。在AGDISP模型的基础上，STDF做了一系列田间试验，为建立计算机飘移模型数据库奠定了坚实的基础。STDF与EPA合作，在2002年正式注册了AGDRIFT模型，用于官方监管农业航空喷雾施药相关事宜。近几年，AGDISP模型还不断地被完善。Teske和Thistle等针对AGDISP模型预测范围小的缺陷，对该模型进行了进一步改进，运用静态高斯模型法、高斯云团模型和物理角度分析飞机尾流、大气湍流相互作用、N-S方程求解3种方法，将该模型有效准确预测范围扩至20km;澳大利亚Hewitt等将地理信息系统引入到航空飘移模型中，通过对实时风速的测定来优化喷施策略，以减少在非靶标区域的农药飘移损失［4］;新西兰Praat等开展了从喷雾器(机)和作物冠层特性角度出发，进行一系列飘移研究;德国Kaul等也基于一些具体作物进行了相关的沉积、飘移研究，取得了一定的进展［5］。美国Hoffmann、Fritz和Lan通过一系列喷嘴在低速风洞中测得的尺寸和流量建立了WTDISP模型，然后用同样的喷嘴做实际试验，得到了很好的对比结果［6～7］。
5航空静电喷雾技术
静电喷雾技术可以增加雾滴在靶标上的沉积，减少非靶标区的飘移，在温室、果园等地面喷洒作业中已有成功应用。1966年，Carlton等开展航空静电喷雾技术研究［8］，1999年Carlton获得航空静电喷雾系统专利［9］，此专利被美国SES公司购买并形成商业化产品。与地面静电喷雾系统不同的是，每个航空静电喷嘴为相距30mm相连的2个喷嘴组成(图2)。航空静电喷雾系统的静电发生器，分别产生正或负电压，在实际应用时，安装在飞机的机翼两侧的航空静电喷嘴，分别与静电发生器的正或负压输出端连接，使两机翼负载的正、负电压达到平衡，机身或喷雾支架上总静电场近似于零。静电喷雾系统的雾滴感应充电电压为8～10kV，喷嘴工作压力为0.5MPa，雾滴VMD约为150μm，施药液量为9～18L/hm2。近年来，美国学者对航空静电喷雾系统的作业效果做了一些评估试验，2001年Kirk、Hoffmann、Carlton研究了系统在棉花上的田间应用效果［10］，2003年Kirk研究了系统抗飘移性能［11］，试验结果表明，航空静电喷雾系统可有效减少施药液量和提高药液沉积量，但是没有提高病虫害防治效果和减少下风处的喷雾飘移。由于美国农药标签规定施药量大于静电施药量，航空静电喷雾系统价格与应用效果等方面的问题，限制了该技术的广泛应用。
6航空变量施药技术
航空变量施药技术，是将不同空间单元的数据与多源数据(土壤性质、病虫草害、气候等)进行叠加分析为依据，根据不同地块的不同要求，有针对性的进行作业。航空遥感与地理信息系统相结合，利用软件转换为处方图，提供给飞机导航系统制造商。变量控制系统下载这种处方图，利用处方图来控制施药量。航空精准施药系统有2个主要部件:GPS系统和变量施药控制系统。HemisphereGPS公司2010年产品AirIntelliStar采用了一种新的技术———Crescent接收器，这种新的接收器的频率为20Hz，使飞行员操作盘接收的信号1s能够更新20次。与普通的5Hz或10Hz相比，20Hz的频率能够提供更精确的信号，因为频率越高，系统就能够更准确、更准时地作出相应的变量控制。还有许多其他的公司提供类似的技术装备，AG-NAV公司有一种型号为AG-NAV2的导航设备，它可以提供给飞行员田地宽度、方向导航以及其他作业信息。Adapco公司生产的WingmanGX具有较大的使用范围，可以提供基本的飞行指导、飞行记录、喷洒流量控制等功能，是一个先进的空中喷洒管理系统，WingmanGX系统能够实时通过气象传感器系统接收和处理气象信息，准确的气象信息分析减少了喷洒过程中农药在非靶标作物上的飘移量，最大程度地优化喷洒质量。由于航空变量喷洒系统的应用时间不长，所以关于农药投放和变量系统反应精确度的信息很少。2005年，Smith和Thomson选择了一个经纬度已知的区域评估了SatlocAirstarM3导航系统的GPS的位置及机械系统反应滞后问题［12］。2009年，Thomson等测试了流量变量控制系统的定位精度，并且通过给出一些变量指令，观察它反应的快速性和准确性，相应地改进了控制系统［13］。
精准农业航空技术的研究现状
精准农业技术是利用各种技术和信息工具来实现农作物生产率的最大化。这种新的技术可以使航空施药更加精确、更有效率。近几年来，包括全球定位系统、地理信息系统、土壤地图、产量监测、养分管理地图、航拍、变量控制器和新类型的喷嘴如宽频调制变量喷嘴等精准农业技术，进一步促进了航空应用技术的发展。机载遥感系统可以产生精确的空间图像用来分析农田植物的水分、营养状况，病虫害的状况;空间统计学可以更好地分析空间图像，通过图像处理将遥感数据转换成处方图，从而实现航空变量施药作业。因此，遥感、空间统计学、变量施药控制技术对于航空精准变量施药作业系统都是至关重要的［14］。
1遥感技术
近几年，随着一系列探测地球资源卫星的发射，卫星遥感技术已成为用于特定地点监测和管理作物生长状况的重要和有效的工具。一些商业卫星公司通过遥感技术提供不同的空间、光谱特性和分辨率的卫星影像，再利用这些动态变化的卫星影像来监测作物长势，并对作物产量进行预测。卫星遥感技术虽然在成像幅度和成像摆角等方面有显著优势，但是也有很多不足，例如确定这些系统的光谱波段、飞行位置以及高度和采集时间是很困难的。随着地理信息系统(GIS)、全球卫星定位系统(GPS)、图像处理技术和数码摄录技术的发展，开发高效的航空遥感系统来克服卫星遥感系统的不足，成为一种新趋势。航空遥感系统的主要特点是机动灵活、作业选择性强、时效性好、准确度高。遥感装置包括:数码相机、CCD(电耦合器件)照相机、摄像机、高光谱照相机、多光谱照相机、热成像照相机。高光谱成像和多光谱成像的区别在于光谱波段的数量。多光谱一般包含几个光谱波段数据，光谱往往并不是连续的。高光谱包含了几十个到数百个波段数据，并且是一套连续的光谱波段。在过去的10年里，航空高光谱遥感技术在农业中的应用一直稳步增长。Goel、Yang、Dobermann等开展了利用高光谱技术进行高粱、棉花的产量评估报告工作［15～21］。Huang、Pinter、Yang等研究表明，与高光谱图像的系统相比，因为降低了数据密度，多光谱系统便宜得多，适合获取作物、土壤、杂草或地面覆盖信息，是服务于农业生产和农药喷洒既经济又实用的技术手段［22～26］。通常，在实际的航空遥感应用中，要基于经济和技术可行性来选择不同类型的光谱成像系统。
2遥感飞机
航空遥感系统的飞机主要以小型农用飞机和无人驾驶直升飞机为主。图3所示为USDA-ARS大面积病虫害管理研究中心航空应用技术团队用于航空遥感系统的飞机。其中图3a为空中拖拉机公司生产的402-B型农用飞机，装载一个整合的气象系统，实时地测量和记录风速、风向、温度、湿度以及压力。图3b为Cessna公司生产的206型农用飞机，主要用于航空遥感系统，机载系统包括:数码相机、多光谱相机、TerraHawk遥感系统(图4)。图3c为Rotomotion公司生产的SR20型和SR200型无人驾驶直升飞机，其中SR20使用电池供电飞行时间约为25min，可以承载2.25kg的载荷;SR200使用汽油燃料提供动力飞行时间可达到1h，可以承载约22.5kg的载荷。两种机型都可以通过软件实时控制飞行路线，或者按照预先设定好的路线飞行。图3d为AgHusky农用飞机，同样是Cessna公司生产的产品，装载了一个GPS导航系统和变量控制系统，主要用于变量航空喷洒技术的研究。
3空间统计学
空间统计学首次提出和形成于20世纪50年代。近些年来，随着地理信息系统GIS技术的发展，空间统计学已经引起越来越多的重视，已被广泛用于空间数据的建模与分析，并且用于自然科学如地球物理学、生物学、流行病学和农业。大量研究成果表明，空间统计学具有在农业管理中应用的优越性和好处。Stein等通过给玉米提供不同剂量的氮肥，然后利用空间统计学建立不同的模型来监测玉米的产量［33］。通过此研究，他们强调了空间分析在降低生产风险、制定可变资源配置上的优越性。Bongiovanni等发现，把空间回归分析应用于产量管理，可以用来调节玉米和大豆氮肥的变量施肥策略［34～35］。Lambert等指出利用空间经济学、空间地质统计学、空间趋势分析氮肥的使用量比普通的最小二乘法、相邻分析法能够提供更精确、更强有力的数据保证［36］。Yao等利用土壤样本数据、航空高光谱成像系统和空间统计学成功地制作了一幅土壤营养图［37］。Misaghi等使用空中图像、土壤参数、作物参数制作了预测草莓产量的模型［38］。Bajwa等建立了不同的空间模型测试各种各样变化的归一化植被指数，数据来源于遥感技术可见光和近红外地区的成像，以应对氮含量和叶柄硝态氮含量的营养预测［39］。Huang等发现遥感图像可以用来预测空间模型和地面的土壤特性和作物冠层覆盖率等［40］。总的来说，遥感图像数据和空间统计方法，可以提供有价值的、完整的信息管理。这些信息可用于制作配方、产量等应用地图，支持变量精准农业技术。
研究趋势
目前，美国等发达国家在农业航空技术方面的研究热点，主要有以下3个方面。
1图像实时处理系统
图像的实时处理可以弥合遥感和航空变量喷洒的差距。数据的采集和处理是精细航空喷洒的重要部分之一，无论是空中图像采集、地面传感器及仪器的监测、人们的观察，或实验室样品的检测，其数据分析必须正确，这样才便于更好地了解因果关系。为了能准确地绘制航空变量喷洒的地图，收集实时的多光谱图像是一个挑战。研究的最终目标是建立一个界面友好的图像处理软件系统，旨在快速分析空中图像的数据，以便于在数据采集后可立即进行变量喷洒。
2多传感器数据融合技术
多传感器数据融合技术可以把不同位置的多光谱数据、多分辨率数据、环境数据、生物数据加以综合，消除传感器间可能存在的冗余和矛盾的数据互补，降低其不确定性，形成对系统的相对完整一致的感知描述，从而提高遥感系统决策、规划、反映的快速性和正确性，降低决策风险。
3变量喷洒系统
目前，现有的商业变量喷洒控制设备成本高并且操作困难，因此在应用方面受到限制。所以需要开发一种经济的、应用软件界面友好的整合系统，可以实时处理空间分布信息并指导在有效面积上的喷洒作业。此外，喷嘴的设计应达到释放最佳雾滴大小的目的，并提供最大的应用效果，尤其是喷嘴的大小应根据适当的压力界限而设计，同时可以调节喷嘴的最佳压力范围。精确的航空喷洒作业系统使得农药的利用更加合理和有效，从而满足农民的要求，达到节能环保的目的。
篇7
关键词：遥感技术 环境科学 应用 3S一体化 发展趋势
遥感是从远离地面的不同工作平台上，如高塔、气球、飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船和航天飞机等，通过传感器对地球表面的电磁波辐射信息进行探测，然后经信息的传输、处理和判读分析，对地球的资源与环境进行探测与监测的综合性技术。遥感技术从远距离采用高空鸟瞰的形式进行探测，包括多点位、多谱段、多时段和多高度的遥感影像以及多次增强的遥感信息，能提供综合系统性、瞬时或同步性的连续区域性同步信息，在环境科学领域的应用具有很大优越性。
20世纪90年代以来，环境遥感技术应用越来越广。从陆地的土地覆被变化，城市扩展动态监测评价，土壤侵蚀与地面水污染负荷产生量估算，生物栖息地评价和保护，工程选址以及防护林保护规划和建设。到水域的海洋和海岸带生态环境变迁分析，海面悬浮泥沙、叶绿素含量、黄色物质、海上溢油、赤潮以及热污染等的发现和监测，珊瑚和红树林的现状调查与变化监测，堤坝的规划与水沙平衡分析，水下地形地遥调查以及水域初级生产率的估算。再到大气环境遥感中的城市热岛效应分析，大气污染范围识别与定量评价，大气气溶胶污染特征参数化，全球水、气和化学元素等的循环研究，全球环境变化以及重大自然灾害的评估等，几乎覆盖了整个地球系统。
一、遥感技术在环境科学中的应用
1.遥感技术在水污染监测方面的应用
（1）利用红外扫描仪监视石油污染
全球每年排入海洋的石油及其制品高达1000万吨，利用多光谱航片可对海面石油污染进行半定量分析，将彩色航片同步拍照与近红外片做的彩色密度分割图相比较，更精密地判断和解译信息，参照图片画出不同油膜厚度的大致分级图。通过彩色密度分割图像，特别是数字密度分割图，可以更准确地判断油量的分布情况。通过彩色密度分割可把相差零点零几厚度的海面油膜区分出层次来，这有利于用航空遥感对海面油的扩散分布和半定量研究。浓度大的地方是黄色，往外扩散的油膜变薄，呈黄紫混在一起的颜色，再往外扩散的油膜就更薄些呈紫色。通过对污染发生后各天的气象卫星图像的对比分析，确定油膜的漂移方向，计算出其扩散速度和扩散面积。
（2）利用遥感技术监测水体富营养化
浮游植物中的叶绿素对蓝紫光和红橙光有较强的吸收作用，当水体出现富营养化时，我们就可以利用遥感技术推算出水体中的叶绿素分布情况。赤潮区的海水光谱特征是藻类、泥沙和海水的复合光谱，另外有机或无机颗粒物也会吸收入射光，影响水体的透明度。
（3）通过遥感技术调查废水污染和泥沙污染
废水的颜色与悬浮物性状千差万别，特征曲线上的反射峰位置和强度也不大一样，可以用多光谱合成图像进行监测。水中悬浮泥沙的浓度和粒径增大，水体反射量也会相应增加，反射峰随之红移，定量判读悬浮泥沙浓度的最佳波段是0.65～0.85微米。
（4）应用红外扫描仪监测水体热污染
应用红外扫描仪记录水体的热辐射能量，真实反映其温度差异。在热红外图像上，热水温度高，辐射能量多，呈浅色调。冷水和冰辐射能量少，呈深色调。热排水口处通常呈白色羽流，利用光学技术和计算机对热图像作密度分割，根据少量的同步实测水温，画出水体等温线。
（5）通过遥感技术分析水域的分布变化和水体沼泽化
水体总体反射率较低，选择1.55～1.75微米波段的多时域影像可以分析水域的分布变化。沼泽化在时域图像上反映为水体面积缩小，从水体向边缘有规律变化，显示出不同程度的植被特征。
2.遥感技术在大气环境监测方面的应用
（1）臭氧层
臭氧层位于地球上空25～30千米的平流层中，对0.3米以下紫外区的电磁波有较大吸收，可用紫外波段来测定臭氧层的变化。臭氧层在2.74毫米处也有一个吸收带，可用频率为11O83兆赫兹的地面微波辐射计来测定臭氧在大气中的垂直分布。另外臭氧层会吸收太阳紫外线而升温，可使用红外波段来探测，如用7.75～13.3微米热红外探测器测定臭氧层的温度变化，参照浓度与温度的相关关系，推算出臭氧浓度的水平分布。
（2）大气气溶胶
利用遥感图像可分析大气气溶胶的分布和含量，工业烟雾、火灾浓烟和大规模沙尘暴在遥感图像上都有清晰的图像，可以直接圈定其大致范围。利用周期性气象卫星图可监测沙尘运动，估计其运动速度，及时预报沙尘暴。通过卫星资料可及早发现森林火灾，把灾害损失降到最低。大比例图片可用来调查城市烟囱的数量和分布，还可以通过烟囱阴影的长度来计算其大致高度。应用计算机对影像进行微密度分割，建立烟雾浓度与影像灰度值的相关关系，可测出烟雾浓度的等值线图。
（3）有害气体
彩红外相片可监测有毒气体对污染源周围树木和农作物的危害情况，通过植物对有害气体的敏感性来推断某地区大气污染的程度和性质。一般污染较轻的地区，植被受污染的情况不宜被人察觉，但其光谱反射率却会明显变化，在遥感影像上表现为灰度的差异。正常生长的植物叶片能强烈反射红外线，在彩红外相片上色泽鲜红明亮。受到污染的叶子，其叶绿素遭到破坏，对红外线的反射能力下降，其彩红外相片颜色发暗，如白蜡树受污染后呈紫红色，柳树呈品红色略带蓝灰色。
（4）气候变化
美国、欧盟、日本和俄罗斯的地球同步轨道气象卫星组成的静止气象卫星监测系统昼夜不停地观测地球的气候变化，得到全球范围内的大气参数、海洋参数、地表状况、辐射收支和臭氧分布等信息，对全球变暖、臭氧层空洞以及厄尔尼诺现象的研究非常重要。
3.遥感技术在城市环境监测与管理中的应用
彩红外遥感影像可监测固体废弃物引起的生态环境变化，热红外遥感影像可调查工业废水和废气的排放情况。城市道路宽的呈带状和环状，窄的呈线状，城市广场一般以块状蓝灰色与街道紧密相连于中心地带。居民区呈灰色，高层楼房带有宽长影，平房呈密集排列的小长方块状。水系呈浅蓝色，绿地呈红色。从遥感图像上获取这些信息，对优化城市结构有很大帮助。另外城市里的高大建筑物对太阳辐射和其他热辐射的吸收和释放特性跟以土地和农作物为主要下垫面的郊区有很大不同，利用热红外遥感对城市下垫面进行分析就可以得出城市的热岛效应。
4.应用遥感技术监控生态环境
遥感影像真实记录地貌形态特征并提供各环境参数的组合情况，根据其空间一致性和差异性进行区域环境范围的生态区划。利用遥感卫星相片还可以编制森林树种、生长状况和森林覆盖图，使用计算机集群分类，精度可高达8O％ 。一般野生动物环境与森林植被关系最为密切，通过研究植物的分布与长势可大致确定动物的活动繁殖场所，从而编制森林野生动物保护规划。
5.利用遥感技术监测自然灾害
遥感技术对于暴雨、水土流失、地震和山体滑坡等地质灾害的调查与监测也很有效。比如说地震与地球活动构造块体分布及其活动方式密切相关，利用卫星预测地震技术主要集中在电磁波辐射和电离层异常监测、地表形变监测、红外辐射监测以及卫星重力监测等方面。但由于目前技术条件的限制，地震还是不能准确预测，2008年5月的汶川大地震几乎震碎了中国人的心，期待有一天，我们中国人能通过遥感技术准确预测地震灾害，今天的悲剧永远不要发生了。
二、遥感技术的发展趋势
随着科学技术的进步，光谱信息成像化，雷达成像多极化，光学探测多向化，地学分析智能化，环境研究动态化以及资源研究定量化，大大提高了遥感技术的实时性和运行性，使其向多尺度、多频率、全天候、高精度和高效快速的目标发展。
1.遥感影像获取技术越来越先进
（1）随着高性能新型传感器研制开发水平以及环境资源遥感对高精度遥感数据要求的提高，高空间和高光谱分辨率已是卫星遥感影像获取技术的总发展趋势。遥感传感器的改进和突破主要集中在成像雷达和光谱仪，高分辨率的遥感资料对地质勘测和海洋陆地生物资源调查十分有效。
（2）雷达遥感具有全天候全天时获取影像以及穿透地物的能力，在对地观测领域有很大优势。干涉雷达技术、被动微波合成孔径成像技术、三维成像技术以及植物穿透性宽波段雷达技术会变得越来越重要，成为实现全天候对地观测的主要技术，大大提高环境资源的动态监测能力。
（3）开发和完善陆地表面温度和发射率的分离技术，定量估算和监测陆地表面的能量交换和平衡过程，将在全球气候变化的研究中发挥更大的作用。
（4）由航天、航空和地面观测台站网络等组成以地球为研究对象的综合对地观测数据获取系统，具有提供定位、定性和定量以及全天候、全时域和全空间的数据能力，为地学研究、资源开发、环境保护以及区域经济持续协调发展提供科学数据和信息服务。
2.遥感信息处理方法和模型越来越科学
神经网络、小波、分形、认知模型、地学专家知识以及影像处理系统的集成等信息模型和技术，会大大提高多源遥感技术的融合、分类识别以及提取的精度和可靠性。统计分类、模糊技术、专家知识和神经网络分类有机结合构成一个复合的分类器，大大提高分类的精度和类数。多平台、多层面、多传感器、多时相、多光谱、多角度以及多空间分辨率的融合与复合应用，是目前遥感技术的重要发展方向。不确定性遥感信息模型和人工智能决策支持系统的开发应用也有待进一步研究。
3.3S一体化
计算机和空间技术的发展、信息共享的需要以及地球空间与生态环境数据的空间分布式和动态时序等特点，将推动3S一体化。全球定位系统为遥感对地观测信息提供实时或准实时的定位信息和地面高程模型；遥感为地理信息系统提供自然环境信息，为地理现象的空间分析提供定位、定性和定量的空间动态数据；地理信息系统为遥感影像处理提供辅助，用于图像处理时的几何配准和辐射订正、选择训练区以及辅助关心区域等。在环境模拟分析中，遥感与地理信息系统的结合可实现环境分析结果的可视化。3S一体化将最终建成新型的地面三维信息和地理编码影像的实时或准实时获取与处理系统。
4.建立高速、高精度和大容量的遥感数据处理系统
随着3S一体化，资源与环境的遥感数据量和计算机处理量也将大幅度增加，遥感数据处理系统就必须要有更高的处理速度和精度。神经网络具有全并行处理、自适应学习和联想功能等特点，在解决计算机视觉和模式识别等特大复杂的数据信息方面有明显优势。认真总结专家知识，建立知识库，寻求研究定量精确化算法，发展快速有效的遥感数据压缩算法，建立高速、高精度和大容量的遥感数据处理系统。
5.建立国家环境资源信息系统
国家环境资源信息是重要的战略资源，环境资源数据库是国家环境资源信息系统的核心。我们要提高对环境资源的宏观调控能力，为我国社会经济和资源环境的协调可持续发展提供科学的数据和决策支持。
6.建立国家环境遥感应用系统
国家环境遥感应用系统将利用卫星遥感数据和地面环境监测数据，建立天地一体化的国家级生态环境遥感监测预报系统以及重大污染事故应急监测系统，可定期报告大气环境、水环境和生态环境的状况。环境遥感地理信息系统是其支撑系统，在各种应用软件的辅助下实现环境遥感数据的存储、处理和管理；环境遥感专业应用系统是其应用平台，在环境专业模型的支持下实现环境遥感数据的环境应用；环境遥感决策支持系统是其最上层系统，在环境预测评价和决策模型的驱动下进行环境预测评价分析，制定环境保护的辅助决策方案；数据网络环境是其数据输入和输出的开放网络环境，实现环境海量数据的快速流通。
总之，遥感技术在环境科学领域有广泛应用，随着科学的进步，遥感技术会越来越先进，其所发挥的作用也会越来越大。
参考文献：1. 任源，杨晓晶. 遥感技术在现代环境监测与环境保护中的应用. 环境保护科学第33卷第3期，2007
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3. 施益强，陈崇成，陈玲. 遥感技术在环境科学与工程应用中的进展. 科技导报，2002
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关键词：数字测绘；3S技术；数字国土
Abstract: this paper in digital mapping technology team and 3 s technique, as a representative of the modern technology in cadastral surveying and mapping application analysis, for your reference.
Keywords: digital surveying and mapping; 3 S technique; Digital land
中图分类号：P2 文献标识码：A文章编号：
1前言
随着以数字测绘、全球定位系统、遥感和地理信息系统为代表的现代测绘技术体系的建立，4D产品以及高精度、高效率的新型测绘仪器的出现，地籍测量与现代测绘新技术的结合逐渐紧密，使地籍测绘从理论到实践发生了根本性变化。现代地籍测量主要是指利用现代测绘技术以一定的精度测定土地界、土地权属位置、土地面积并以反映土地利用类型、分布状况以及质量等级的专门测量，它为国家土地管理部门提供具有现时性的土地详查资料，并为土地登记提供依据。
2．测绘技术在地籍测量中的应用
2．1 GPS技术在地籍测绘中的应用
测量时根据地籍测量的要求．需要采集两类数据：一是地块的地理坐标数据：二是属性数据如权属、利用类型等。每测一个地物，同时填写野外记录表。GPS技术在地籍测绘中的成功应用将减少人力费用，定位精度高，测站间无需通视，在没有现成基准控制点的遥远地区能进行高精度的定位计算，且定位不受人眼视线的限制。控制网几何图形已不是决定测量精度的重要因素，点与点之间的距离长短可以根据实际的需要自由布设。该技术操作简便，容易使用。随着GPS接收机不断改进， 自动化程度越来越高，体积越来越小，重量越来越轻。由于GPS接收机的自动化程度高，操作非常方便，因而减低了野外测量人员的劳动强度，提高了工作效率。精确地三维系统，24z1,时免费使用，全天候作业。因控制点之间无通视的要求，省去大量建造标志的费用，同时野外实测时间短，人员少，大大降低了测量成本。该技术精度高，使用双频GPS接收机，根据载波相位测量原理进行静态相对定位，目前达到的典型精度为lppm。能在同一坐标系统中提供三维信息，GPS定位是在国际统一的坐标系中计算的，因此不同地点的测量成果相互关联，可实现数据共享。由于信息自动接收，数据自动存储，内外业紧密结合，减少了繁琐的数据记簿和手工计算工作，由于配备有功能完善的数据处理软件，可以迅速提交控制测量成果，提高了测量成果的可靠性和规划程度。当然，GPS测量也有一定的局限。在建构筑物密集的地域。由于多路径效应而造成测量精度降低，有些位置如楼房角和树荫下由于卫星信号被遮挡．接收机接收不到足够的卫星数量而无法正常工作，可以利用GPS在开阔地区实测布设控制点，解算和处理结果。然后，利用全站仪及GPS控制成果来完成细部测量作业，取得了很好的效果，解决了GPS存在的技术缺陷。但测量的仪器昂贵，人员技术要求高。
2．2遥感技术在地籍测绘中的应用
随着航空航天影像信息获取手段朝着多平台、多时相、多传感器、高分辨率、高光谱和快速机动的方向发展，高分辨率卫星遥感影像将成为地理空间信息获取与更新的主要数据源，利用卫星遥感技术进行土地利用动态变更调查，及时准确地获取变更信息有着十分重要的意义。遥感的出现，扩展了人类对于其生存环境的认识能力，较之于传统的野外测量和野外观测得到的数据更为准确，遥感技术增大了观测范围；能够提供大范围的瞬间静态图像，用于监测动态变化的现象；能够进行大面积重复观测，即使是人类难以到达的偏远地区；大大“加宽” 了人眼所能观察的光谱范围，遥感使用的电磁波波段从x光到微波，远远出了可见光范围；而雷达遥感由于使用微波，可以不受制于昼夜、天气变化，进行全天候的观测；详细程度高，航空像片的空间分辨率可以高达厘米级甚至毫米级。与航空遥感相比， 航天遥感能够进行连续的、全天候的工作，提供更大范围的数据，其成本更低，是获取数据的主要方式，而航空遥感主要应用于临时性的、紧急的观测任务以获得高精度数据。目前我国土地管理部门进行数据更新的方法是在前期土地利用现状图的基础上，根据变更申报到现场勘查，在详查图上标绘宗地变化的边界位置、权属变化和利用类型的变化，再到室内进行编绘更新。然而，就目前而言，遥感技术在土地利用规划申的应用水平仍处于初级阶段，遥感技术尚存在一系列难题。难以准确获取变化边界的地理坐标，仅从相邻关系进行外推量测，难以准确获取变化边界的空间位置坐标，图件更新精度达不到要求；变化宗地的空间位置难以确定，面积量测不准确；不能主动监测变化，空间分辨率，光谱分辨率较低，不能满足实际需求；遥感技术虽已受到普遍关注，但因受财力投入条件的制约，我国目前仍没能力形成数据更新的周期。
2．3摄影测量技术在地籍测绘中的应用
数字摄影测量具有高精度、高分辨率、高效率、自动化程度高、低成本、周期短、作业方式简单以及不受气候和季节的限制，这能为我国大比例尺土地信息调查提供测绘的基础。同时能为我国现阶段城镇建设提供快速的测绘数据更新成果。所以，在地籍测量中，运用摄影测量的方法测绘地籍图具有质量高、速度快、精度均匀、经济效益高等优点，并提供了精确的数字化地籍数据，实现自动化成图。由于摄影测量包括地面摄影测量和航空摄影测量。其中，在地面摄影测量时，由于前景可能遮蔽后景，造成地面摄影测量工作难度加大。在航空摄影时，运载航空摄影机的飞机不能严格保持水平，且曝光瞬间无法精确知道航空摄影机处在空中的具置和状态，这些在利用航摄像片制作地形图过程中都的解决。数字摄影测量与模式得到的地籍图信息丰富，实时性强，既具有线划地图的几何特征，又具有数字直观、易读的特性；地籍图上的界址点完善。不受通视条件的限制；除要用GPS像控和地籍权属调查外，大部分工作均是在内业中完成，既减轻了劳动强度，又提高了工作效率，是一种广有前途的地籍测量模式。
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[关键词]深部找矿 技术 冲洗液 前景
[中图分类号] O741+.2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-7-114-1
1深部找矿的目的
随着我国经济飞速发展，国内的矿产资源出现明显的短缺。我国是发展中国家对于现代矿业的发展，在起步上稍晚一些。国内415座矿山中有192座已经出现了程度不一的资源短缺现象，那么在实际情况的推动下需要强化深部找矿以及找矿的工作力度。其目的性也是非常明确的，在深部找矿工作实施中能够及时勘探接替矿产资源，同时能够将矿山的寿命延长，更重要的是缓解了现有资源短缺的现状，在矿产持续性发展的道路上起到一定的促进作用，保证了矿产区域内职工的就业，因此深部找矿对国家的资源和社会的经济有重要的意义。
2深部找矿的技术
2.1新型遥感技术。新型遥感技术在实际工作的应用中为遥感地质的找矿赋予了新的纪元。在遥感技术中随着 IKONOS、QuickBird、OB-VIEW、Aster、Hyperion、ALOS、TerraSAR、CBERS-02B等一些数据的体现，增强了空间以及光谱分辨率，其中高光谱遥感数据源是最具体实现深部直接找矿的实际工作步骤的。新型遥感技术在我国的深部找矿中起到了导航性的作用。
2.2液动锤钻进技术。推动我国钻探技术进步的就是液动锤钻进技术，在应用领域中，该项技术起到了拓宽技术层面的重要作用，随着液动锤钻进技术在我国深部找矿中的应用，其成功的程度受到了国外多方矿业工作者的高度赞扬。但是我国的液动锤钻进技术需要在深孔作业这一方面做更深入的理论研究。
3冲洗液的配比及作用
3.1冲洗液的配比
3.1.1冰层和极地钻进低温冲洗液。在冰心钻进作业中，冲洗液的选择非常重要，也是最关键的技术部分。通常情况下作业中煤油 和柴油的用量非常大，唯一的缺点是煤油冲洗液的渗透性非常高，在正常的作业中冲洗液的渗透会对周边的环境造成严重的污染。为了消除这一隐患，冲洗液可以选择通过溶解沥青达到的柴油以及氯化钙水溶液（含有烃基蹦磺酸铀），与可逆转化剂配比得到冲洗液专用添加剂，这样可以在低温作业中冲洗液达到一定的稳定性。
3.1.2天然气水合物永冻层钻进冲洗液。此类型底层作业中应使用低温冲洗液，但是这一冲洗液的最大特点是含有多种天然气水合物的成分而达到抑制剂的效果。在冲洗液中起到抑制性作用的盐类是NaCl以及CaCl2等，其中NaBr的作用效果与NaCl是同等的。在实际的配比中决定抑制效果的是盐类的浓度，在油类冲洗液中天然气的水合物主要形成控制点是盐成分的衡量。
3.2冲洗液的作用
3.2.1护壁性。冲洗液的护壁性包括两个方面，其一是滤失量，另一个是滤饼质量。采用水基类型的冲洗液，过平衡或者平衡钻孔进行水合物地质层面作业时，那么冲洗液会通过水力压差以及渗透压差作用侵入到地质中，这样地质的含水量的就会有一定程度的增大，孔壁的力学性能减低造成孔壁失去稳定性。滤饼在作业早期不是容易形成的，这部分原因是水合物的分解造成的，而后形成的话质量上也不是很高。那么在水合物类型地质的探矿作业中，冲洗液的选择应该具有造壁快，滤失量较小，泥饼质量较高的。
3.2.2流变性。影响孔壁稳定的冲洗液的流变特性，其中起到决定性的因素是其粘度。冲洗液如果含有较为示意的粘稠度就能够产生胶结作用护壁，但是如果冲洗液的粘稠度过高产生的高密度就会对孔壁作用一定的压力导致孔壁遭受破坏。所以在冻土地质作业中要注意冲洗液的粘稠度调节。
4深部找矿发展前景
随着我国经济持续性发展，深部找矿成为国有资源勘探工作的首要战略方针。09年8月，李副总理在我国国土资源部门进行视察时，明确的指出了今后的工作方向，要立足国内，增强深部探矿的勘查力度，将矿产工作对我国的社会经济发展起到的促进作用提升到最大化。在这一提议中也明显突出了遥感地质勘探的工作力度。
在今后的发展中，深部找矿将会形成全球化工作范围，利用我国现有的卫星勘探技术将深部找矿全球化的发展发挥到最大化，同时也可以利用不受国界限制的卫星技术做国外找矿工业，也能提供一些相应的服务信息。在我国现有的技术中，遥感技术突出的工作特征就是可以进行外星找矿，这是目前国内所有技术中唯一可以将外星勘探工作做到极致的一种技术。
深部找矿是唯一解决我国目前资源短缺的途径，探矿技术的应用是整个深部找矿中最重要的工作环节，利用先进的技术进行深部地层的探勘，能够发现新问题，解决问题。深部找矿将是我国矿产资源的又一个春天，在这个春天里矿产的种类将会展示出枝繁叶茂的生命力，遏制国内的资瓶颈，在矿产资源中打造出另外一片天地。
5小结
目前我国矿产资源供应形势趋近瓶颈状态，只有将新型探矿技术，新思维探矿方法具体实施到增强勘查力度上，勘探资源储备量，才能够保证我国的经济走持续性发展的路线。在我国现有的技术支持下，搭配新概念的工作思维，在实践中总结深部找矿的捷径。从而将会稳定矿区职员以及社会经济的发展。深部找矿是一个神圣职业，而地质工作者就是被赋予这种神圣使命的工作人员。目前工作人员的使命就是多找矿，找好矿以及快找矿，而推动工作前进步伐的就是找矿技术，遥感技术给我国的资源带来了一个新的起点，也对深部找矿打下了前进的基调。在深部找矿的工作中要使用新型的钻探技术和新颖的思维，这样在理论与实践的结合下才能把深部找矿的工作落实。深部找矿对于我国来说是资源的拯救与接替，是个人与国家经济发展稳定持续发展的控制点，通过本文简单的阐述深部找矿的目的，技术以及发展前景，总结出深部找矿对于我国资源经济发展的不可或缺。
参考文献
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篇10
关键词：3S技术；遥感估产；小麦；估产精度；估产模型；NDVI
中图分类号： F061.1 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.11.016
农业是国民经济的基础，这决定了农业是粮食安全和经济安全的基础。利用农业科学技术可以建立城市粮食安全系统，科学地指导粮食生产，估测粮食产量，对可能发生的问题及时提供解决方案，能够有效地提高城市可持续发展水平。张家港市是一个以农业为主的新兴城市，在进入21世纪的前10年，张家港市处于快速的农村城市化阶段[1]。随着城市化发展，人民生活水平有了较大幅度改善，但也带来了诸多生态环境问题。农业用地不断萎缩，粮食安全问题直接影响着张家港市的可持续发展。因此动态地大面积监测农作物长势和种植面积，科学准确地预报农作物的产量等活动，对张家港市合理利用耕地资源、控制耕地面积进一步减少，对张家港市各部门制定粮食调配计划，对确保张家港市粮食安全可持续发展，为张家港市进行农业决策提供及时、准确直观的现代化农业信息管理平台都具有重大意义。
近几十年来，遥感技术快速发展，尤其是近年来基于3S技术的估产方法，为农作物长势的大面积动态监测、准确定位种植面积、预报农作物产量，提供了一个全新的研究手段和创新平台[2-14]。利用3S技术进行农作物估产与利用非遥感的传统估产模式相比，如农学估产模式、气象估产模式、统计估产模式[15]，能避开很多复杂的中间过程，如影响产量的气候条件[16]、病虫害、水肥等，以及农学参数与产量的大量抽样和统计计算，从而用遥感资料与农作物产量建立直接的关系模型。遥感技术能够准确、定量、高效、宏观地评价农作物产量变化情况[17]。因此，3S估产技术与其它估产技术相比，有着更为广阔的技术优势。为此，得到了各国、各地区的广泛应用和迅速发展。
国际上，农作物产量的估测始于20世纪初，首先从小麦开始。20世纪70年代，美国国家航空航天局（NASA）、农业部（USDA） 、国家海洋大气局（NOAA）利用遥感技术联合制定并开展“大面积作物调查试验”计划（LACIE），对世界主要小麦产区生产力进行估算试验，精度达90%以上。欧盟利用NDVI与土地覆盖集成和小样方方法，建立了农作物估测系统，用于实施欧盟区的共同农业政策。前苏联、法国、德国、澳大利亚、加拿大、巴西、阿根毛廷、印度、日本、泰国等也开展了对一些主要农作物的遥感估产研究[18-20]。我国从20世纪80年代开始，首先以小麦为研究对象，进行粮食作物遥感估产的研究。“七五”期间，国家气象局开展了北方11省市冬小麦长势监测和产量预测研究，江苏省农科院、福建省气象科学研究所等对相关地区进行了水稻监测和估产。此后数十年，我国农作物遥感估产研究快速发展，全国不同研究院所对不同农作物进行了大面积动态地长势监测和估产，陆续建立了一系列农作物估产模型，精度不断提高[21]，主要可以归纳为3类遥感估产模式[22]：“光谱信息―植被指数―长势信息―产量”模式[23]；“光谱―水分与氮素―产量”模式[24]；“光谱信息―植被指数―长势信息―生长模型―产量”模式[25]。此外，农作物遥感估产中引入了一些新技术和方法，如杨小唤[26]将灰色理论方法用于小麦的遥感估产中；白锐峥[27]、刘婷等[28]研究了基于3S技术的小麦估产方法。
笔者基于张家港市2005―2008年的TM5影像和IRS-P6影像资料，采用NDVI值比较区分法，利用3S技术定量估测了张家港市8镇1区2005―2008年的小麦生产力，建立小麦单产估产模型，同时进行地面小麦生产力统计，并做了精度分析与校正。实现了利用3S技术快速、准确、客观估测张家港市小麦生产力的目标，可为张家港市将来发展精细农业和实现农业系统管理科学化、定量化，提供理论依据和新技术创新平台。
1 材料和方法
1.1 研究地概况
江苏省张家港市地处北纬31°43′～32°02′，东经120°21′～120°52′，位于长江下游南岸，江苏省东南部，为苏州市下辖县级市，也是长江和沿海两大经济带交汇处的新兴港口工业城市，2012年户籍总人口91.02万。全市总面积998.48 km2，其中，陆地面积785.55 km2。陆地东西最大直线距离44.58 km，南北最大直线距离为33.71 km。北宽南窄，呈倒三角形。地势低平，土地肥沃。全年平均气温16.5 ℃，历年平均降水量1 050.5 mm，属亚热带季风气候。张家港市是苏州稻麦一年三熟和晚稻、小麦、油菜一年两熟、小麦、油菜一年两熟并重的栽培区，其中主要种植的作物包括小麦、水稻、油菜和棉花等[29]。张家港市下辖8镇1区，其县政府位于杨舍镇，同时该镇也是张家港市区所在地。
1.2 主要技术路线
利用3S技术，以农业系统管理工程理论为指导，实现ETM信息与MODIS信息及不同时相“天地”资料的叠加分析。基于农作物遥感绿度值，即归一化植被指数NDVI（Normalized difference vegetation index）、垂直植被指数PVI（Perpendicular vegetation index）和比值植被指数RVI（Ratio vegetation index），不同生育期产量资料与植被盖度的相关性，通过农业生产上的产量趋势分析，和不同种类的农作物识别、分层、播种面积提取方法研究，分析农作物生长、遥感动态监测农作物长势。加工与处理空间数据和制作图件，进而在地面调查统计和遥感资料数据信息处理的交互方式下，构建可运行决策支持系统及各类农作物单产估测模型，科学准确地、动态地大面积估测江苏省张家港市小麦的生产力[2-8]。
1.3 遥感资料数据处理
购买张家港市2005年3月23日TM5影像，2005年9月29日IRS-P6影像，2006年5月3日IRS-P6影像，2006年9月18日TM5影像，2007年1月24日TM5影像，2008年5月2日TM5影像和2008年7月5日TM5影像（购买于中国科学院对地观测中心）。时间分辨率小于20 d，空间分辨率小于30 m。用ERDAS8.7软件将这些遥感信息源数据转化成IMAGE格式，以便于ERDAS识别。为了对遥感影像进行地理校正和投影坐标类型的转换，我们从张家港市国土资源局获取2004年、2005年、2006年和2007年的土地利用图。所有遥感影像及土地利用图均采用UTM-WGS84坐标系。利用了国际上使用较多，发展较为成熟的6S模型（Second simulation of the satellite signal in the solar spectrum）对各时期遥感图片进行大气辐射校正。
1.4 利用3S技术估测小麦种植面积
1.4.1 小麦种植面积提取 本研究基于两景卫星图片资料逐步叠加，逐步限制，利用监督分类法提取小麦种植面积。本研究将土地利用图和遥感影像图进行叠加分析，首先除去非农业用地，然后再进行非监督分类[30]，最后根据实际地面样带调查的解译标志进行目视解译，基本可以去除小麦农田中的非植被用地。
1.4.2 精度验证 为了确定实际的土地利用状况，以便验证遥感估测小麦面积的精度，在小麦的生长期内，利用张家港市土地利用图和GPS，合理布设若干条样条，调查土地利用图上的农田地区，准确地对较大面积的农田地块进行定位，以用作监督分类中的训练样本、检测样本和非监督分类中的检测样本。
1.5 利用3S技术建立小麦单产估测模型
1.5.1 小麦单产监测样区布置 依据各乡镇小麦种植条件、生态环境和随机均匀性，选取面积大小1 hm2的小麦监测样区22个。利用土地利用图和GPS对样区进行准确定位，在小麦成熟时，每个样区随机采集2～5个采样点（每点1 m2）对样地进行单产调查。当小麦收割后，调查每块样地的实际总产量数据，用于对实际产量的校正和精度验证。
1.5.2 小麦单产估测模型建立 笔者主要以与小麦产量相关性较好的生长期[30]的卫片资料为基础，建立关键生育期的小麦单产的遥感（植被指数形式）估测模型。因为利用小麦抽穗期前后的遥感资料建立产量模型精度最高，综合考虑实际天气状况、遥感影像接收情况和张家港市小麦的物候期，本试验选取最佳的小麦产量估测的时相为3月底―5月初。分析遥感资料，提取小麦相应生育期的NDVI和地面实际统计产量，建立地面产量与NDVI间的相关模型。
1.5.3 精度分析与校正 对张家港市2005―2008年小麦单产与NDVI进行相关性分析，进而建立各时期小麦的单产估测模型。将不同乡镇的布点数据分为两组，一组用于建立单产估产模型，另一组用于对模型进行验证。
1.6 数据处理与分析
本试验遥感资料数据用ERDAS8.7软件和ArcGIS9.0软件提取处理和分析，试验数据用Excel2007软件进行统计处理和图表制作、SPSS Statistics 17软件进行统计处理后进行ANOVA单因素多重差异分析，均值差的显著性水平为0.05。
2 结果与分析
2.1 利用3S技术估测小麦实际种植面积的结果与分析
根据地面样线调查所选定的检测样本对最终分类结果精度作进一步分析，结果表明，张家港市2005年小麦耕种面积为1.43万hm2；2006年小麦耕种面积为1.63万hm2；2007年小麦耕种面积为2.06万hm2；2008年小麦耕种面积为2.07万hm2。总体上小麦平均分类精度为94%。
总体上，张家港地区小麦遥感估测面积和地面调查面积的差异为3.51%，即小麦遥感估测面积与地面统计面积相比为97.6%。对于不同的乡镇，遥感估测面积和地面调查面积间的差异性表现出了较大的变动，差异较大的乡镇达到了30%，如就平均结果来看，面积比率最大的乡镇为大兴镇和常阴沙，其面积比率分别为34.08%和26.68%。
2.2 利用3S技术估测小麦单产的结果与分析
其中，估测2005年小麦平均单产为20.5 kg・hm-2；估测2006年小麦平均单产为24.03 kg・hm-2；估测2007年小麦平均单产为20.32 kg・hm-2；估测2008年小麦平均单产为22.81 kg・hm-2。从整个张家港地区来看，遥感估测单产和地面调查单产差异小于10%，即估产精度大于90%，其中，2007与2008年小麦差异分别为-7.72%和5.19%。遥感估产小麦平均精度为93.55%，能够满足估测所需要的精度。
2.3 小麦总产量遥感估测的结果与分析
根据单产估测模型与估测的小麦的种植面积，可以计算出张家港市不同乡镇的总产情况。表中：A为土地总面积，AY为遥测小麦面积，AD为地面统计小麦面积，MYd为遥测小麦单产，MDd为地面统计小麦平均单产，MYz为遥测小麦总产，MDz为地面统计小麦总产，AR为面积比率，MdR为单产比率，MzR为总产比率。部分计算公式为：面积比率=（遥测面积-地面统计面积）/地面统计面积×100%，单产比率=（遥测单产-地面统计单产）/地面统计单产×100%，总产比率=（遥测总产-地面统计总产）/地面统计总产×100%。
笔者对利用3S技术估测的小麦总产数据和张家港市统计局的官方统计资料数据作对比与分析研究。2005年遥感估测小麦张家港市总产为65 463 t，差异为1.11%；2006年遥感估测小麦张家港市总产为88 012 t，差异为1.74%；2007年遥感估测小麦张家港市总产为94 334 t，差异为-6.57%。2008年遥感估测小麦张家港市总产为105 881 t，差异为7.66%。但对于不同的乡镇，变异较大，如大兴镇，2008年小麦总产比率为49.26%。这表明，利用3S技术进行遥感估测值与地面统计值间差异不大。
小麦的估产存在一定误差的可能原因是，本研究的小麦单产模型是基于小麦生育期内遥感资料信息和地面实际调查指标间的关联性实现的，模型的经验性较强，在张家港市不同乡镇和不同年份的适用性不同。此外，经调查发现，原标记为农田的地块，当前的可能利用类型有多种，如上半年可能为小麦、油菜、菜地、林地、塑料大棚，甚至是建筑用地，而下半年可能为小麦、棉花、菜地、玉米、大豆、林地、塑料大棚等。
2.4 小麦总产量多年变化的趋势分析
3 结 论
（1）小麦种植面积的精确估算，会直接影响到小麦产量估测的精度。在研究中，为了区分不同作物，笔者使用小麦不同时相的遥感图像，利用反射光谱明显差异的特点对遥感图像进行处理。此外，利用了NDVI值比较区分法将与小麦生育期相近的作物，如油菜等作物类型有效地区分开来。
（2）2005年小麦耕种面积为1.43万hm2，2006年小麦耕种面积为1.63万hm2，2007年小麦耕种面积为2.06万hm2；2008年小麦耕种面积为2.07万hm2。从整个张家港地区来看，估测小麦种植面积的精度为97.6%。
（3）遥测小麦平均单产2005年为4 612.5 kg・hm-2，2006年为5 407.5 kg・hm-2，2007为4 572 kg・hm-2，2008年为5 116.5 kg・hm-2，从整个张家港地区来看，遥感估测单产和地面调查单产差异小于10%，即估产精度大于90%；其中，2007与2008年小麦差异分别为-7.72%和5.19%；遥感估产小麦平均精度为93.55%。
（4）基于4年遥感数据所获取的张家港市小麦总产量的变化情况建立模型，可以估测出张家港市城市化发展对当地小麦供需平衡的影响不大，小麦总产量仍然呈现上升趋势，而耕作面积相对比较稳定。
本研究采用高分辨率影像遥感资料，结合GPS辅以土地利用图对样区进行准确定位，并进行估产研究，大大提高小麦生产力遥感估测的精度。总之，做好农作物遥感估产的研究，进一步提高估产精度，对张家港市农业部门制定生产管理决策和粮食的宏观调控都具有重要意义。
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