关键词:遥感信息技术;农业;运用
中图分类号:TP79文献标识码:A
遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波,从而提取这些物体的信息,完成远距离识别物体。遥感的实现还需要遥感平台,如卫星、飞机、气球等,它们的作用就是稳定地运载传感器。目前,在农业发展中有着很大的运用价值。
1简述遥感信息技术的概念与作用
1.1概念分析
遥感技术依其遥感仪器所选用的波谱性质可分为电磁波遥感技术、声纳遥感技术和物理场(如重力和磁力场)遥感技术。电磁波遥感技术是利用各种物体/物质反射或发射出不同特性的电磁波进行遥感的,其可分为可见光、红外、微波等遥感技术。按照感测目标的能源作用可分为主动式遥感技术和被动式遥感技术;按照记录信息的表现形式可分为图像方式和非图像方式;按照遥感器使用的平台可分为航天遥感技术、航空遥感技术和地面遥感技术;按照遥感的应用领域可分为陆地水资源调查、土地资源调查、植被资源调查、地质调查、城市遥感调查、海洋资源调查、测绘、考古调查、环境监测和规划管理等。
1.2整体作用
市场销售服务平台的信息化建设,是为了鼓励发展各类农产品的购销、经济、合作组织,形成农产品营销的主体,从而解决农产品的买卖难题,鼓励和促进增收。信息化市场销售服务平台在服务内容上,是产品销售、资金筹措、技术开发、信息共享等方面的服务,在服务的期限上,技术和服务实体无比稳固;在合作领域上,要加强发展产业化经营的生产、家用和销售环节。在组织形式上,壮大销售的经济人队伍,拓展销售的信息渠道,划分不同产业、区域的影响组织,尽快建立不同服务内容的网络信息营销系统。
2探讨基于遥感信息技术在农业中的运用方式
2.1利用“3S”提取农业背景信息参与区划计算
农业气候区划是根据农作物生长发育过程中对气候条件的要求和气候资源的地理分布特征来进行分区划片的,在某种农作物的气候可种植区内还有不同的地物类型,不同的农作物要求不同的地理环境。为使农业气候区划对农业生产更具有指导作用,将非气象因子引入到农业气候区划中。农业气候区划对象中往往对土壤pH值要求很高,根据土壤类型分布可以得出土壤pH值的分布,将其作为区划的一个关键指标,使得区划更加有实际应用意义。利用GIS将土壤分类图作为一项数据层参与气候资源数据层集运算,得出包含土壤类型信息的区划结果。譬如,在江西省万安县在全省优质早稻种植气候区划和万安县脐橙种植综合区划中,除了应用1∶25万的地理数据,还结合了TM影像数据,辅助GPS定位抽样,把早稻、脐橙的可能种植区(农田、荒山荒坡)提取出来,排除了山体、水体、居民点、道路等不能种植脐橙和早稻的区域,把可能种植区与农业气候区划图做逻辑交集运算,得到了全省优质早稻和万安县脐橙种植规划图(见图1)。
图1江西省万安县脐橙种植区划
2.2大气污染监测管理
无论是点源污染,还是线源污染,其空间分布以及属性可以通过地理信息系统进行管理,而污染扩散的影响因子的空间分布同样可以作为GIS的空间数据组成部分,所以基于GIS可以建立大气污染扩散模型,进而GIS也提供了丰富的功能以表现污染物强度空间分布,可以查询强度分布状况,并可以结合其它社会经济数据,进行更加细致的评价分析。譬如,包头是我国大气污染治理的重点城市,包头关于大气污染扩散的研究工作较多。冶金部建筑研究总院1982针对包钢地区的烟气综合治理规划,利用风洞模拟试验、现场实验等提出了“大气输送气候学模式”(ATCM)。1989年包头市环境监测站,针对包头新市区大气扩散模式和SO2容量计算,提出了基于美国EPA的ISC(工业复合源大气扩散模式)的城市多源高斯模式。这些模式的建立为包头市的大气污染治理和管理提供了可靠的依据。在包头市的研究工作中,利用1月份平均风速、风向、频率,并将其换算为风频表,对包头市的37个高架点源造成的地面SO2浓度的空间变化进行模拟。
将模型预测结果图与包头市环境监测站绘制的等值线图相比较。模型在工业区的预测值比较切合实际,在昆都仑区,预测值偏小,原因应该是由于包头地区在1月份特定风向条件下,工业污染对该区域的影响比较小,相比之下居民取暖燃煤造成的SO2污染就较突出。总体来看,无论从工业区还是居民区,模型预测的SO2的浓度不存在数量级上的差别。
2.3农作物长势监测和估产
遥感技术具有客观、及时的特点,可以在短期内连续获取大范围的地面信息,用于农情监测具有得天独厚的优势。近20a,农作物遥感监测一直是遥感应用的一个重要主题。从“七五”利用气象卫星数据进行北方11省市小麦估产起步,经过“八五”重点产粮区主要农作物估产研究,到“九五”建立全国遥感估产系统,使我国的遥感技术在农业领域的应用不断向实用化迈进。目前已经具有对全国冬小麦、春小麦、早稻、晚稻、双季稻、玉米和大豆等农作物的估产及其长势监测的能力,在作物收割前2~4周提供作物播种面积和总产数据,每10d提供1次作物长势监测结果。这些信息为国家掌握粮食生产、粮食储运、粮食调配和粮食安全提供了及时、准确的服务。这些业务运行系统的建成和使用,为科学合理地制定国家和区域经济社会发展规划、制定农产品进出口政策和计划、调控粮食市场、及时合理安排地区间的粮食运输调度、宏观指导和调控种植业结构、提高相关企业与农民的经营管理水平等做出了积极贡献,标志着我国作物长势监测与估产已进入新的阶段。
2.4精准农业
在精准农业作物信息遥感获取理论和方法方面,突破了作物长势、养分等信息的遥感获取关键技术,开发出了作物叶面积指数(LAI)、氮素、叶绿素、水分等系列探测仪器设备,建立了基于多时相、多光谱、多角度的作物株型结构参数探测模型,提高了作物LAI和长势的遥感监测精度,提出了作物荧光被动遥感探测技术方法和基于红边特征、弱水汽吸收特征的植株水分光谱探测方法,建立了作物冠层组分垂直分布梯度与营养诊断应用模型。为解决农田信息快速获取的瓶颈问题,构建了基于多平台、多源遥感信息融合的作物信息获取体系,提出了以星-机-地同步观测实验为基础、生化组分遥感填图为手段、作物C/N代谢平衡和优质均一化产品为应用目标的农学参量定量反演综合方法,实现了遥感“面状信息”与地面“点状信息”有机融合,显著提高了作物、土壤信息获取精度和判读能力。
2.5作物估产
目前主要应用于:
2.5.1大面积作物环境监测
如通过NOAA卫星遥感影像的绿度值,了解大面积作物的分布和长势,并根据该作物在某一些地区的生长日历(拔节、开花等)和气象卫星所提供的资料,对某一作物地区可能发生的气象灾害、土壤水分的保证率和流行性病虫害等发生早期警报。
2.5.2大面积估产
如利用陆地卫星进行某一作物的生态分区,收集每一生态分区内历年该作物的产量以及有关的气象资料建立产量模式,同时进行与卫星同步的高空、低空和地面光谱观测,然后根据卫星影像所提供的信息进行某一作物的产量估测。
3结语
农业地理信息平台是土壤学、生态学、农业、地理学等基础学科与通信和网络、计算机、定位系统、地理信息系统等科学技术结合起来,形成对土壤和农作物宏观和微观监测,并对农作物生长发育情况以及环境进行信息获取、分析和预测的信息系统。农业地理信息平台突破了信息受到区域限制的局限性,将传统的农业生产管理提升到快速调查、分析、监测、诊断、决策进而管理的新高度。遥感在农业方面的应用主要是在进行农用土地资源调查、作物估产和气象灾害、作物病虫害的监测、预报等方面。农业已成为遥感技术最大的应用部门之一。
参考文献
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湖南省卫星遥感技术应用于国土资源管理起步于上世纪70年代中期,经过近40年的宣传普及和试验研究,特别是近10年来的长足发展,现已进入到比较成熟的生产实用阶段。已形成湖南省遥感中心、湖南省国土资源规划院、湖南省第一测绘院、湖南省第二测绘院、湖南省第三测绘院、湖南省测绘科研所以及湖南省国土资源信息中心等单位遥感力量组成的遥感技术应用队伍,拥有500多名遥感专业从业人员,近8000万元遥感专业设备,且每年投入专项经费近2亿元,在土地利用与矿产资源调查与监测、地质灾害预警与应急反应等领域取得了显著的社会效益与经济效益。
随着国土资源科学管理的需要和遥感技术应用水平的提高,湖南卫星遥感应用已成为支撑政府决策的有力工具。卫星遥感技术的应用不仅在国土资源管理,在经济建设和社会发展中的作用也日益重要,前景越来越广阔。
历史回顾
湖南卫星遥感的过去主要是遥感技术应用方法试验。1970年代中期至1980年代中期,在国家科委、国家计委、国家基金委、中国科学院、湖南省政府、湖南省计委、湖南省科委等部门的支持下,湖南率先进行了“湖南省国土调查多平台遥感预试验”。
1980年代中期至1990年代初,湖南省和中科院资源与环境信息系统国家重点实验室合作,进行了“洞庭湖区地理信息系统”研究。1990年代初至中期,进行了“湖南省防洪减灾信息工程运行系统方案”研究,有力地推动了3S技术在防洪减灾中的应用。
1990年代中期至2000年代初,在原国家计委支持下,实施“湖南省国土资源遥感综合调查”项目,通过卫星遥感技术,基本查明了湖南省各类资源和环境状况,为我湖南省经济社会发展总体规划和政府科学决策提供了重要的基础数据。
湖南省卫星遥感技术开始用于土地资源、矿产资源、水资源、森林资源、旅游资源以及生态环境、自然灾害等方面的调查研究,并取得了良好效果。
应用现状
湖南卫星遥感技术应用工作开展近40年来,通过不断的实践与摸索,在技术方法上已基本成熟,遥感装备水平为满足应用需求得到了全面改善。土地利用变化与矿山开发状况遥感调查与监测、区域地质与矿产地质遥感调查研究、地质环境与地质灾害遥感预警与应急等领域均取得了重大成果。地质等遥感信息形成机理研究、遥感与多源地学数据的综合应用,迈上了新的台阶。
第二次全国土地调查
2007年3月至2009年12月,湖南省第二次全国土地调查工作期间,湖南省以卫星遥感底图为基础,通过遥感解译与外业调查,全面查明了全省土地利用现状、土地权属状况、基本农田分布状况和城镇地籍状况,真实掌握了土地基础数据,为全省经济社会发展与国土资源管理提供了准确性高、现实性强的基础数据。
土地利用遥感监测与土地年度变更调查
2000年组建湖南省国土资源厅以来,基于土地资源管理的“批、供、用、补、查”对基础数据的需求,国土资源部门每年基于卫星遥感数据开展土地利用变化遥感监测。特别是2009年第二次土地调查结束之后,随着卫星遥感技术的不断发展,实现了全省土地监测“一张图”的全覆盖。
土地利用遥感监测能及时准确地反映土地利用变化的最新情况,其成果是土地年度变更调查的主要依据。土地年度变更调查以新增建设用地、土地开发整理复垦耕地以及其他相关地类的变化为主要对象,以客观准确反映年度内土地利用变化情况为主要目标,对满足土地管理日常业务的现实需求,实现监管方式从“以数管地”到“以图管地”的重大转变,进一步扩大调查成果应用的深度和广度,提高土地基础数据资料的社会化服务水平,有效保障土地参与国家宏观调控,满足经济社会发展的迫切需要具有重大意义。
土地矿产卫片执法检查
土地矿产卫片执法检查是国土资源管理的常态化手段,每年开展一次。本工作利用卫星遥感技术定期监测土地利用变化和矿产勘查开采状况等,发现全省土地矿产疑似违法图斑,并对违法情况进行核查,为及时发现、制止和查处违法用地、违法勘查开采矿产资源行为提供了科学依据。
近3年来,共发现并查处土地违法案件3200多起,违法占用土地4万多亩,违法占用耕地1.6万多亩,矿产违法案件999起。各县市区国土资源部门依据相关法律法规对违法主体处以罚款1.2亿多元,违法主体补办手续产生的土地矿产收益在100亿元以上。3年土地矿产卫片执法中,各县市区对违法主体处分200余人,其中县处级4人,科级及以下82人;移送司法机关21人,申请法院强制执行300多起;个别土地违法严重的县(市、区)被国家问责或警示约谈。
土地矿产卫片执法对土地矿产违法行为起了极大的震慑,增强民众法律意识,对稳定土地市场、规范矿业秩序发挥了巨大作用,促进了地方经济良性发展。
耕地后备资源调查与永久基本农田划定
耕地资源是经济社会发展的重要保障。2010-2011年,我省基于卫片遥感图像及其解译成果为调查底图,投入专业技术人员1000余名,耗时两年,全面查清了全省耕地后备资源的类型、数量、质量、权属和分布。
2010-2012年,我省利用卫星遥感技术,投入专业技术人员2000余名,在外业逐图斑核查的基础上,通过基本农田区位调整和划定、基本农田落实到地块和农户、基本农田占用和补划以及设立基本农田保护标志等,全面健全了基本农田图表册基础资料,落实了基本农田保护责任,建立了基本农田数据库,规范了保护标识及责任卡。永久基本农田划定对切实提高基本农田的区位稳定程度、集中连片程度、落地到户程度和信息化程度,全面提升基本农田保护水平,落实“十分珍惜、合理利用土地和切实保护耕地”的基本国策,协调农业用地与建设用地的矛盾,严格控制对耕地的占用,稳定农民承包土地的思想,有效改善农业生产条件等发挥了重要作用。
农村集体土地确权登记发证
农村集体土地确权登记颁证是国务院部署的一项重大土地调查工程。该工作以0.5米的航天或航空遥感图像为外业调查底图,以内业判读指界与野外现场勘界相结合的方法,进行权属调查、界址点采集,然后经内业上图、套合“二调”图斑线和地类、编辑、裁切,编制成农村土地所有权地籍图和宗地图,建立集体土地所有权数据库,并进行分类统计和面积汇总,有效地提高了工作效率。
矿产资源开发多目标遥感调查与监测
为加强矿产资源管理,从2006年开始,湖南省启动了矿产资源开发多目标遥感调查与监测,每年开展一次。
该工作利用卫星遥感技术,在湖南省开展矿产资源开发利用状况、矿山环境和矿产资源规划执行情况遥感调查与监测工作,获取矿产资源开发客观数据,为矿政管理部门制定矿产资源规划、整顿矿产资源开发秩序、治理矿山地质环境等提供技术支持和决策依据。
地质灾害预警预报和应急反应
湖南是我国地质灾害严重的省区。针对湖南严重的地质灾害,2004年以来,我省基于气象卫星信息和多普勒雷达信息,在汛期开展地质灾害卫星遥感预警预报工作,向相关部门和公众通过WebGIS实时预警预报信息。
10年来,共地质灾害预警预报信息500余次,成功预报200多次,最大限度地减小了因地质灾害所造成的人员伤亡和财产损失,产生了显著的社会效益和经济效益。
另外,基于多源对地观测卫星信息开展的,集预警预报、应急调查、应急评估、应急指挥于一体的突发性地质灾害应急反应体系,也于2011年开始研究,预计在近年可以运行,并将成为我省防灾减灾的重要技术手段。
未来趋势
卫星遥感技术是信息化建设的重要组成部分,也是全面推动信息产业化发展的生力军。迅速发展的卫星遥感技术,正逐步成为国土资源管理中及时有效的技术支撑。卫星遥感技术服务于国土资源管理工作,已具备多样的信息获取途径和系统而科学的信息处理方法,已成为当代国土资源管理首选的技术手段和主要的决策助手。
北京:100天无降水旱情创38年来纪录;
河北:1月份比常年偏少97%;
安徽:淮河北将有60%以上农作物受旱;
陕西:遭遇20年一遇大旱;
山西:近八成小麦受旱;
甘肃:受旱面积达1500万亩……
华夏大地拉响干旱警报,春苗的呼救一声紧似一声,瞬间传到了党中央、国务院,引起胡锦铸总书记和总理的高度重视,党和政府及时做出反应。这一刻,干旱不再是仅属于农民和农业系统的事情,而成为跨行业、越城乡的共同关注点;抗旱,也成为各大媒体的高频词。
天下粮仓,民生福祉。面对干旱中那一块块裂开的土地,面对在灾难中苦苦挣扎的苍凉背影,中华大地自上而下开展了高效而有力的抗旱举措,以解燃眉之急。在抗旱这一关乎国计民生的领域里,也应未雨绸缪,防患于未然。于是,干旱监测在农业抗旱中,就显得尤为重要。
干旱监测是农情监测的重要组成部分,而农情监测与粮食安全密切相关,监测的目的是及时、准确、全面地获得农情信息,为各级政府与农业生产部门提供决策依据。因此,利用遥感技术研究一个地理区域的干旱情况,对促进农业生产、保障粮食安全和区域可持续发展具有重要的现实意义。在国家自然科学基金、“863”计划和科技支撑计划等的支持下,中国农业大学信息与电气工程学院地理信息工程系主任、遥感与地理信息技术研究所所长王鹏新课题组对此展开了深入研究,并建立了干旱监测方法和预测预报模型。
遥望苍天,风调雨顺定可求
1965年2月,王鹏新出生于礼泉县,一个位于陕西省关中中段的泾河西侧、渭河以北的易干旱地段。这里区间河流少,过境客水虽有,但可利用量较少,加之礼泉县又属暖温带半干旱半湿润大陆性季风气候,更加重了这里的干旱频度。父辈们不辞辛劳、默默耕种,却又不得不靠天吃饭,一辈子辛苦却备受“老天爷”脾气的戏弄,也只能选择隐忍和坚强,因为土地就是他们生存的根本,粮食就是一家人活下去惟一的希望。
面对困顿的生活状况,倔强的父亲把希望寄托在孩子身上,那就是跳出农门,让下一代人不再受“老天爷”的气。面对父亲,面对故乡那千千万万的乡亲,王鹏新则选择了用现代技术去帮助乡亲,在高考的志愿表上,他毫不犹豫填写了西北农业大学土壤与农业化学专业。
1984年,王鹏新如愿以偿,来到自己志在必得的西北农业大学。西北农大有着悠久的历史,早在1934年,在“建设西北”、“开发西北”的时代呼声中,著名爱国人士于右任先生、杨虎城将军选址中国农耕文明的发祥地――杨陵,创办了国立西北农林专科学校,即西北农大的前身。在这所我国西部地区建立最早的高等农业院校里,王鹏新如鱼得水,汲取着母校那淳厚而丰富的农科知识。
七年苦读,他以优异的成绩毕业,取得了硕士学位。之后留校工作,开始了他监测大地温饱的研究生涯。为了进一步提高自己的科研能力,他从未停止自己的学习之路:1996年2月至1996年7月,他作为访问学者赴美国UniversityofGeorgia进修GIS和作物模型1998年9月至2001年6月,他在武汉大学(原武汉测绘科技大学)摄影测量与遥感专业获工学博士学位;2001年9月至2002年3月,获美国UniversityofCalifornia,SantaBarbara分校ComputationalEarthSystemScience研究所博士后2001年7月至2003年6月,北京师范大学资源与环境科学系博士后。
2003至7月至今,他先后出任中国农业大学信息与电气工程学院教授、博士生导师,地理信息工程系主任,信息与电气工程学院学位委员会委员,信息与电气工程学院工会主席此外,一心关系着农业农村的他还曾挂职河南省兰考县人民政府副县长并兼任县新农村建设领导小组办公室常务副主任。
回头遥望来时的路,清晰而明确。
他说,他无悔于当初的选择,也无愧于家乡的大地,跳出农门只能解救小家,而遥测研究,则能解救国之大家。所以,他一直在努力。
至今,不曾懈怠。
敢为人先,提出遥测新方法
干旱是一种缓慢的自然灾害,它发生于全球所有的气候带,但其在不同气候带的表现形式不同,因而导致了至今还没有一个适用于任何条件下的干旱的定义及监测方法。传统的干旱监测是用点上的数据来研究干旱的程度及范围,其中应用最多的是气象数据,此外还有水文、社会和经济等数据。
“通常的干旱分级是按气象标准来划分的,主要参考标准就是降水量。但一个地方降水多少并不能准确反映当地的真实旱情和农作物可能受到的损失情况。因为不同的地方土壤原来的墒情、土质、灌溉等因素都会影响作物的生长状况。”王鹏新说,“另外,应用遥感技术可以充分利用地物表面的光谱、时间、空间和方向信息,更方便准确地进行大面积监测。”
王鹏新说,从农业生产考虑,干旱是在水分胁迫下,作物及其生存环境相互作用构成的一种旱生生态环境。影响农业生产的因素很多,主要有气候、土壤、生产水平、天气和人类活动等,在这些因素中,对某一地区来说,在一定的连续时间内,可以认为气候、土壤和生产水平处于相对不变的状态,只有天气变化对作物生长有短期的效应。因此,植被指数可用于表示作物受旱程度。土地表面温度是控制地球表面大多数物理、化学和生物过程的重要参数,土地表面温度的反演是热红外遥感最重要的应用之一。植物冠层温度升高是植物受到水分胁迫和干旱发生的最初表征。因此,土地表面温度可用于干旱监测。
早在2001年,作为中国农业大学定量遥感研究方向学科带头人,王鹏新原创性地提出了“条件植被温度指数(VTCI)”这一遥感测旱方法。历经时间验证,得到了国内外同行的认可和应用。2007年,他的遥感测旱处女作《条件植被温度指数及其在干旱监测中的应用》论文入选“第一届中国百篇最具影响优秀国内学术论文”,这也是全国测绘学科入选的两篇论文之一。
遥感技术引入国内的时间很早,但是遥感测旱技术在国内应用的时间并不长。王鹏新介绍说,“十多年前,国内常规的监测方法还是用土钻取土,称重测量土壤水分,是用点上的数据来监测干旱的程度及范围,无法实现大面积,动态监测。”
认识差距才能真正超越。1996年,王鹏新在美国佐治亚大学访问学习期间,看到了美国同行们利用GIS和遥感技术监测农场不同区域的土壤水分,这给了他很大的触动:“遥感技术充分利用了地物表面的光谱、时间、空间和方向信息,能进行实时,动态大面积监测。”思想的萌芽之根在这一刻种下,祖国遥感测旱领域从此多了一个新的声音,生命力更为强大。
有了目标,他很快回国读博,师从测绘遥感领域著名学者龚健雅教授。三年的读博生涯中,王鹏新不仅得到导师的教诲,也得到了在国内遥感界享有盛誉的北京师范大学
李小文院士的悉心指导。有老师的尽心和自己的尽力,很快王鹏新就提出了“条件植被温度指数”这一干旱监测新方法,它适用于监测某一特定年内某一时期(如旬)区域级的干旱程度。理论离不开实践的检验,王鹏新和陕西气象局合作监测了陕西省关中平原地区2000年3月下旬干旱情况,结果表明:条件植被温度指数能较好地监测该区域的相对干旱程度,对干旱的监测结果与用土壤热惯量模型反演的土壤表层含水量的结果基本吻合。
他说,科学的发展离不开创新的勇气,更离不开全身心地投入与付出。
为了遥感测旱,他一直如此。
干旱预测,全心全意服务路
一种全新测旱方法的提出还需要试验数据的验证和理论上的完善,对于自己的想法,他自信而坚定,从实践和理论等各方面不停地完善与加强。
2003年,王鹏新以“基于植被指数与地表温度的干旱监测方法”为题申请国家自然基金项目时,有专家认为,“条件植被温度指数”这一监测方法理论基础不强。再忆当年的状况,他仍清晰记得当时的想法:“我觉得自己提出的这一方法有很强的应用性,理论上的不足可以在实验中得到完善。后来,我们一直试验,反复验证,完善了理论上的不足。”
长年的实验不仅在理论上完善了“条件植被温度指数”这一干旱监测新方法,也证实了条件植被温度指数是一种近实时的干旱监测方法。更让他欣慰和满足的是“结合遥感信息提取和定量建模得到地表旱情的分布图可以为政府决策提供服务。”
2006年初,王鹏新开始着手北京市自然科学基金项目“作物生长模型与遥感数据的同化及其应用研究”。该基金项目以北京地区冬小麦叶面积指数(LAI)的同化方法及其应用为研究重点,以作物生长模型为动态模型,利用遥感可以周期性获取大面积地面目标信息的特点,将遥感对地观测与作物动态生长模型有机地结合起来,研究了作物生长模型与遥感定量反演模型耦合应用的方法研究了LAI的同化方法及其在精准农业生产中应用的途径。研究成果可为精准农业生产、区域农情监测和农业可持续发展提供科学依据。
应用2000年到2006年在北京地区采集的实验数据,项目组采取地面实测数据多元统计分析和数理推导相结合,作物生长模型动态模拟和遥感数据定量反演相结合,应用数据同化的方法研究了作物生长模型与遥感定量反演模型耦合应用的途径应用有关的内插和空间扩展方法研究了LAI的时空扩展方法,并对其进行了验证。利用已有的LAI反演方法,通过引入光谱响应函数,提高了通过冠层光谱反射率数据获取NDVI的精度,从而相应地提高了LAI反演模型的准确性。对比分析了NDVI与LAI之间建立的几种函数关系模型,并以地面观测的冬小麦冠层多角度光谱数据为主,应用光谱分析技术开发LAI的反演算法。
项目组应用多时相的LAI进行冬小麦长势监测和估产,并对估产精度进行评价。利用CERES-Wheat模型模拟冬小麦的目标产量,并与光谱数据相结合,初步构建了基于时间序列LAI进行冬小麦长势监测和估产的方法;证实了CERES-Wheat模型能较好地反映冬小麦的生长状况,能为基于遥感数据的面上的农情监测提供良好的数据和技术支持,以及在精准农业生产中有较为广阔的应用前景。
该研究进一步促进数据同化技术在区域精准农业生产中的应用,为区域农情监测提供科学依据。在LAI同化研究所取得的成果的基础上,2007年王鹏新及其课题组开始着手作物水分胁迫信息的同化研究,并得到了国家“863”计划的资助。
2007年,王鹏新在黑龙江做国家科技支撑项目“种植业生产过程信息化关键技术与产品研发”时,当地碰巧发生了至少50年一遇的干旱。“60厘米的土层全部是干土层,我们近实时监测的范围和我们对干旱级别的判断、地表旱情的分布都达到了预期效果。监测的结果为当地政府干旱预警提供了数据支持。”王鹏新说。
2009年年初,王鹏新和课题组成员协助陕西气象局,对遥感数据进行预处理,把监测结果提供给陕西气象局,为陕西省干旱预警决策提供了较好的数据和模拟模型支持……
生命在继续,遥感测旱的研究也在继续。
他说,这是我生命的使命,也是我必达的目标。
精益求精,惠农惠国惠天下
对于实现理想过程中遇到的各种辛苦和波折,他只是淡淡微笑:科学的路上,谁会没有困难呢?这只是必经的过程,牙一咬就挺过去了。
只有科研中的难点,是他最为关注也一直致力于此的。王鹏新介绍,做遥感测旱最难的就是预测精度,而目前的成果主要是为政府决策提供服务,离农民直接应用还有很大的距离,也就是说,离他心中的目标还有很远的路要走。
王鹏新告诉记者,过去几年他和课题组都在做干旱预测的课题,受制于数据源和模型等因素,预测结果不太理想,预测精度达到30%~40%,尽管从专业的角度来说这个精度已经不算低了,但是王鹏新很不满意,他说:“干旱预测是一个很复杂的问题,希望近几年在陕西至少能做出两三个实验区,站在一个点上,就能知道这个田块的旱情,能够预测多少面积发生轻旱、多少面积发生中旱。”
而在刚结题的“近实时定量化遥感干旱监测方法的研究”项目中,王鹏新带领课题组,重点监测关中平原和渭北旱塬等经常在春季和夏初发生干旱的区域,利用遥感和Gls技术。以关中平原和渭北旱塬36个气象站39年逐月降水量为分析数据,结合模型系统地分析了“标准化降水指数”这一测旱方法在不同时间尺度(1、3、6、9和12个月)上的预测能力及其存在问题,为“条件植被温度指数”的预测研究奠定了基础。结果表明:对所选的5个时间尺度,该方法都有一定的预测能力,并且随着时间尺度的增加,预测正确率也相应提高。
近期他的在研项目包括国家自然科学基金面上项目“基于条件植被温度指数的干旱预测研究”、国家高技术研究发展计划(“863”计划)课题“作物水分胁迫信息的遥感定量反演与同化技术研究”、“十一五”国家科技支撑计划重大项目“现代农村信息化关键技术研究与示范”课题“种植业生产过程信息化关键技术与产品研发”之子课题“大范围小尺度农作物遥感动态监测系统研究”等。
对于未来,王鹏新淡然而坚定:“一定会在遥感测旱领域继续探索,未来的目标重点放在遥感干旱监测的预测和影响评估研究上,比如干旱的程度及其潜在的影响。”说到所需时间,王鹏新笑了笑,“这个问题很难回答,10年以后或者更长一点,在区域尺度上知道这个区域上的旱情的等级分布,作物是否会减产,减产多少等这些量化指标。”
对于他来说,时间不是问题,目标才是根本。灯塔就在暗夜的远方,颠簸的行进是过程,也是必然。而他,一直在前行,从未歇息。
除了繁重的科研任务,王鹏新教授还承担着日常的教学任务。在生活上,他对学生一如亲人般地关心,在教学上,他又是一位严师,一丝不苟。在农大的讲台上,他以对于事业的高度热情,培养了一批批年青学子,“当年的我,幸运地遇上我的恩师,现在,有多少家长如同当年我的父亲,所以,不能辜负,惟有努力才能心安”。在中国的教育阵线上,正是有无数像他这样的师者,才赢来祖国教育事业的高速发展,科技进步的繁荣昌盛。