遥感在植物病虫害应用.pdf
遥感在植物病虫害监测中应用 植物病虫害是影响作物最终产量的关键因素之一，对病虫害进行早期预警， 是控制病虫害的大范围蔓延、保护作物产量成果的有力方法之一。利用遥感技术 特别是高光谱、卫星技术监测病虫害，具有快速、简便、宏观、无损、客观等优 点，可以随时提供信息，迅速、准确的对田间作物生长状况进行监测，以便及时 采取措施治理或合理安排计划，是作物病虫害监测的发展方向。 1. 植物病虫害遥感监测的基本原理 遥感的基本依据是获取来自地物的反射或发射的电磁波能量，各种物质因结 构与组成成分不同，大多数地物又具有BRDF （双向反射分布函数）各向异性的 反射特性，所以在光谱反射与辐射特性方面有差异，从而具有该物体诊断意义的 光谱特征。据此，不同作物或同一作物在不同生长季节、不同角度和病虫危害及 程度下，有其特殊意义的诊断性光谱特征。因此通过光谱分析技术可以探测作物 的健康状况以及病虫发生情况。 作物病虫害遥感监测主要在单叶与冠层两个层面上展开。对单叶，因病虫危 害导致叶片细胞结构、色素、水分、氮素含量及外部形状等发生变化，从而引起 光谱的变化；对冠层，因病虫危害引起LAI、生物量、覆盖度等的变化，可见光 到热红外波谱反射光谱与正常作物有明显差异。在大尺度上，受病虫危害的作物 在高光谱扫描记录上会引起灰度值的差异，在空间相、光谱相和时间相上有明显 的差异。因此，可通过地面获得的遥感数据结合高空成像仪获得的遥感影像监测 作物病虫害。 2. 植物病虫害遥感监测技术流程 目前一般小麦、水稻等大规模连片种植的作物常采用地面高光谱遥感数据分 析与高光谱航空影像解译分析相结合的方法进行病虫害监测。森林的病虫害监测 则主要使用Landsat、Spot 等卫星影像进行植被指数分析。植物病虫害遥感监测 的一般技术流程如下图： 1 病虫害田间处理 GPS定 航空或航天影像获取 地面光谱获取加农学采样 位 预处理、大气辐射校正、几何校正 分析生化参量、农学参量和光谱特征 成像光谱数据的光谱重建 病虫害光谱诊断模型的建立、验证 光谱影像的病虫害反演 病虫害波谱知识库数据 地理信息系统 作物生长模拟系统 建立病虫害诊断专家系统，发布信息 图1 植物病虫害遥感监测技术流程 3. 植物病虫害遥感监测技术方法 利用遥感检测植物病虫害，往往要综合运用多种技术方法，如光谱反射率分 析、回归模型分析、植被指数分析、光谱微分、基于光谱位置变量分析、遥感影 像分析、多角度遥感分析等等。目前研究的比较多的是遥感在小麦、水稻和森林 等病虫害监测方面的应用。 3.1 光谱反射率分析 光谱反射率分析是一种直接、简单和快速的分析技术。它从传感器直接获得 的数据入手，分析其转化后的光谱反射率特征，获取植被信息，具有普适性。多 用于对高光谱数据进行分析。 绿色植物的反射光谱均有类似的变化趋势，一般在蓝光450nm 和红光波段 675nm 附近反射率小。在绿光波段550nm 附近反射率较大，在近红外波段700nm 2 附近急剧增大，从750nm 直到1300nm 反射率都保持较大。从实验室测得的叶 片叶绿素a、b 的吸收曲线看出，在可见光谱区叶绿素a、b 有2 个吸收峰区（400～ 480nm，630～680nm）。在红外光谱区，叶绿素a、b 已经没有吸收，叶片对太 阳辐射的反射增强。对于同一种作物来说，叶片结构一定，在红外波段形成应有 的反射峰。同种作物在不同发育期的反射光谱与叶绿素含量之间也有一定的关 系。 当植物受到病虫害侵扰时，因缺乏营养和水分而生长不良，海绵组织受到破 坏，叶子色素比例也发生变化，使得可见光区的两个吸收谷不明显，550nm 处的 反射峰随叶片损伤的程度而变低、变平。近红外光区的变化更为明显，峰值被削 低，甚至消失，整个反射光谱曲线的波状特征被拉平。因此，根据受损植物与健 康植物光谱
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