地面农业遥感平台在能源作物生物量监测中的研究与应用

摘 要：基于能源危机的影响，各国积极推进可再生能源方面的研究，在这种情况下，农业又重新纳入了人们的视角。20世纪90年代末，我国开始开发能源作物。地面农业遥感平台是集计算机技术、数据库技术、网络技术、地理信息技术、全球定位系统于一体的全新系统，能有效进行农作物土壤情况调查、植被调查与识别、农作物估产、病、虫害侵袭调查、农业生态环境监测等活动，已被广泛运用于农业之中。本文结合地面农业遥感平台的特点，探究地面农业遥感平台在能源作物生物监测中的作用，以促进我国对能源作物的监测，提高能源作物的产量。

关键词：农业；遥感平台；能源作物；监测

中图分类号：P237 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20150833204

农业遥感平台包括航天平台、航空平台、地面平台三种，地面平台有三角架、遥感塔、遥感车等，主要用于近距离测量地物波普，获得地物细节影像。遥感技术并不是完美的，受技术水平、天气、地理位置、地形等方面的制约，存在着几何位置和辐射能量上的误差等问题。

1 遥感技术与能源作物

遥感技术已经广泛运用到精准农业中，给农业管理带来了革命性的改变。能源作物作为一种可再生能源，污染少、可再生等特点越来越受到国际社会的关注。针对能源作物的遥感技术也不断的发展进步[1]。

1.1 农业遥感技术现状

当前农业管理的内容包括施肥、除虫、产量、除草、质量、作物生长状态监视等，都可以通过遥感技术进行监测。遥感技术基于光谱信息的采集，可以发现人眼观察不到的信息，比如虫病感染、营养缺失、农药残留等。随着卫星技术的发展，遥感技术被广泛运用于土壤调查、农作物估产、水资源调查等领域。当然遥感技术本身也存在着一些缺陷，如光谱范围受限制、周转时间过长、无法实时观测、空间分辨率低等。

1.2 能源作物应用现状

生物能源指任何非化石生物材料所产生的热能来源，可以来自海洋及陆地，包括从废渣提取的甲烷、从玉米或甘蔗中提取的乙醇和柴火等。能源作物有三大类：糖类和淀粉作物、油类作物和木质纤维作物。糖类和淀粉作物方面，小麦和玉米在我国主要用于生产乙醇，乙醇生产成本低，具有很强的市场竞争力；油类作物方面，油菜、蓖麻、向日葵和大豆是主要油脂作物。油料植物分为草本植物和木本植物两种，我国对于生物柴油的研发比较晚，但发展速度较快。目前草本植物方面主要种植大豆和油菜，木本植物方面种植麻风树、绿玉树、光皮树、山枫子；木质纤维作物方面，多数木质纤维素类作物人处于开发和筛选阶段，大规模种植技术和运输问题也需要解决。Miscanthus由于养分需求少、不侵蚀环境、水量需求低等特点，已成为我国最具潜力的可再生能源来源[2]。

2 地面农业遥感平台在能源作物生物量监测中的研究与应用

2.1 地面遥感技术监测能源作物应用现状

与其他农作物监测采用的方法一样，能源作物遥感监测的方法包括卫星、小型飞机、地面遥感装置三种，各有优劣。卫星拍摄范围大但是分辨率低、周转时间长；小型飞机工作环境灵活，时间灵活，但存在着地域局限性。

2.2 地面农业遥感平台在能源作物生物量监测中的研究与应用

地面平台包括三角架、遥感塔、遥感车、遥感船、建筑物顶部装置等，用于近距离捕捉地物细节影像和地物波普。目前地面遥感平台的遥感塔搭建用的是高光谱分辨率的传感器，放置在38m高的云台上，可进行水平360°垂直90°的转动，钢塔一般设置在能源作物的中间，以方便进行全方位的观测。相比于其他遥感方式的不足，一塔式的独立遥感系统具有空间分辨率高、时间周转快、光谱分辨率高的特点。

但地面遥感平台也存在图像几何失真，遥感图像辐射失真等缺陷。造成图像几何失真主要原因有以下几点：遥感平台的运行状态；地球本身对遥感图像的影响；传感器内部失真；平台高度变化，轨道偏移和姿态变化等。造成图像辐射失真的原因有：传感器灵敏度特性引起的失真、太阳高度和地形引起的失真、大气因素引起的失真等，可通过纠正辐射亮度来消除辐射误差。

为了加强遥感图像的精确性，必须消除这些误差。消除几何误差有两种方法：建立几何失真的数据模型，利用数学模型消除几何失真；收集实地地物的真实坐标值，确定真实值与失真后图像间的关系，以校正失真误差。在实际操作中，通常会把两者连起来用。首先建立一个几何失真的数学模型，建立失真图像与标准图像之间的关系，实现不同图像空间中象元位置变换；然后利用这种对应关系把失真图像中的象元转化到标准空间中，主要有直接转换法和重采样法两种手段。

3 结 语

基于对地面遥感平台在能源作物中的监测方面的研究，本文介绍了遥感技术的现状、我国能源作物的现状、遥感技术存在的问题、地面遥感平台的搭建、如何消除遥感图像误差和失真问题等。对于能源作物的研究我们必须重视起来。遥感技术为我们实现能源作物的精细化管理提供了工具，使我们能够进行大量的农田实验，为我们进一步提高能源作物的产量做出了贡献。

参考文献

[1] 李宗南.基于光能利用率模型和定量遥感的玉米生长监测方法研究[D].中国农业科学院，2014.

[2] 赵虎.作物物候期及长势遥感监测若干问题研究[D].武汉大学，2010.

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