草业

我国草地遥感技术应用研究进展与前景展望

学院：信息技术学院 班级：09

级电气（2）班

姓名：齐宏力 学号：20094073243

摘要 在掌握了国内外草地遥感部分最新研究成果和参加多项科研项目研究基础上, 重点论述了遥感技术在草地科学中应用的必要性、近年取得的主要研究成果和进展, 并对其应用前景做了简要展望。

关键词 遥感技术 地理信息系统 草地监测与估产

1 引 言

80 年代以来, 由于荒漠化扩大、草地退化、森林剧减、资源衰退、人口剧增等区域性生态和环境的恶化, 导致全球气候变化和世界经济发展受到挑战等, 同时草地科学自身的发展,要求草地科学研究工作向定量、模型方面深入, 提高灾害监测和预测能力。草地科学研究者必须拓宽自身工作面, 加强时空动态研究, 并根据草地生态学整体综合的原则, 从牧草个体、种群、群落、生态系统、景观、区域乃至全球不同尺度上去研究草地的结构、功能和变化过程及经济发展的需求。为此必须深入研究草地不同时空区域上获取的各种信息及加工处理应用技术。在这种背景下, 我国草原界从80 年代初开始引入遥感和地理信息系统的概念, 从“六五”起步到“七五”和“八五”广泛开展应用遥感技术和GIS 系统来研究和解决草地科学和生产中存在的各类问题, 取得了一系列研究成果和进展。

2 我国草地遥感技术应用现状与取得的主要研究成就

目前我国有关遥感技术和地理信息系统在草地科学和生产上的应用研究比较活跃, 内容广泛, 硕果累累, 成就突出, 进展明显。本文将对有代表性的三项攻关研究项目所取得的成果做一简述, 以展示目前我国草地遥感技术应用和研究的现状、水平和重要进展。

2.1 利用气象卫星遥感资料和气象资料预测新疆草场生产力的方法研究项目成果介绍

该项目是由新疆维吾尔自治区气象局下达的 七五􀇑技攻关项目, 由黄敬峰、冯振武、薛建钢和李建龙等同志, 自1989 年至1993 年合作完成。该项目组根据遥感学原理和技术,在全面系统掌握了国内外最新研究成果基础上, 采用地面定点观测、实地调研与卫星遥感信息相结合, 点面配合, 系统考研, 从不同角度不同学科, 利用多种方法对新疆北部草地资源进行了综合动态监测与分析, 其研究获得了以下进展:弄清了试验区不同草地类型光谱植被指数的时空变化规律及特征;利用计算机求得12 种光谱植被指数与天然草地牧草鲜干草产量之间的相关关系及统计检验; 通过对比找出了不同草地类型、地带牧草产量的最佳地面光谱植被指数预报模型;建立了不同草地类型上草地生产动态监测和估产指标、地面光学模型和卫星遥感监测系统和优化模式等; 􀋺立了不同地不同壤层次草地土壤含水量与光谱植被指数间的相关性监测和预报模型; 利用多年实

测牧草产量, 研究了草地产量形成和年度与季节变化规律, 确定了牧草产量形成的关键时期及影响产量形成的主导生态因子, 并在此基础上, 建立了不同地区不同草地类型上的牧草产量遥感估产和预报线性或非线性模型, 并在新疆北疆四个地洲和五个县区进行了实际应用, 取得了较好的经济、社会效益。同时, 也为我国草地资源监测工作的广泛开展, 提供了新的技术和手段。

2.2 中国北方草地畜牧业动态监测研究项目( 华北片) 成果简介

为了及时了解我国北方草地畜牧业的动态和草地变化状况, 实现草业利用决策与宏观管理科学化, 国家农业部于1991 年下达了此攻关项目, 由李博院士为首的学科组经过三年多的努力工作, 取得了重要的阶段性研究成果: 完成了草畜平衡动态监测系统的总体论证与研制, 解决了系统设计与运行上的许多关键技术问题, 并达到可运行状态, 为进一步建立全国草地资源动态监测系统奠定了理论、方法和技术上的基础; 解决了IP 9000 图像处理系统中的一些技术问题及系统集成中的接口问题, 如地面定位软件的编写, 几何精校正方 法的研究, 矢栅数据格式转换等, 使NOAA 信息的定位达到要求精度, 并实现了多时相绿度图及多种专题地图的准确叠加; 对国产气象卫星接收及预处理系统进行了优化, 建立了我国专门用于草地资源监测的气象卫星接收系统和台站, 其接收到的图像清晰, 数据可靠, 可及时提供各种用途的遥感信息; 􀋺立起地面监测网络, 并根据地面监测资料及调研资料总结出我国北方草地的区域分异规律, 季节动态变化规律及年际波动情况, 为估产模型的建立提供了科学依据; 建立了试验区草地估产的光学、地学和卫星遥感模型及草地利用模型, 为草地大面积估产提供了有效的工具; 􀏥成果在内蒙古锡林郭勒盟( 20 万km2) 为试验区进行了试运行和应用, 估测产量和草畜平衡估算结果与当地实际观测结果基本吻合, 证明该系统已达到可运行状态。该项目在总体技术设计、图像处理、系统集成等方面均有所创新,为草地宏观管理和决策提供了极为有用的高新技术手段和经验等。

2.3 草地资源遥感动态监测与估产和预报系统的建立与应用研究项目成果简介

该项目是国家 八五􀇑技攻关项目 中国北方草地草畜平衡动态监测􀀔究成果的一部分, 由李建龙博士为首的课题组从1990 年至1996 年努力攻关完成, 取得了以下三个方面的重大进展: 作者紧密结合当前我国草地资源利用实际和国内外遥感信息科学最新研究动态,在多年大量野外观测和室内研究的基础上, 创造性地完成了RS、GPS、GIS 和草地专家系统的有机结合及以下任务: 􀅅分利用空间遥感技术和GIS 的优势, 与草畜最新研究成果相结合, 开发建立了 遥感环境综合技术系统( RSECT S) , 并在草地资源监测与管理中加以实际应用6, 实现了遥感信息与地面环境信息、地面光谱和草地综合特征数据的复合, GPS、GIS、RS 的联接, 各类数据接口和信息传输技术的解决, 系统地分析和解决了草地科学和生产管理中所遇到的实际问题。因此, 该项研究具有十分重要的理论意义和实际应用价值, 较好地实现了对草地资源的动态监测目标; 建立了大量有效的各类专业优化估产和预报模型, 尤其是成功地导入了投影寻踪回归方法( PPR) 来构建综合模型, 大大提高了产量估测和预报的精度和效能, 使模型估产的精度达到90% 以上。并进一步将卫星遥感的综合草地估产

模型在实际应用中加以验证, 使草地产量的实际预报精度达到75% 以上, 基本实现了利用遥感综合模型进行估产和预报产量的目的; 该项目不仅对草地资源的初级生产进行了深入细致的系统监测、估产与评价研究, 而且进一步利用RSECTS 系统对草地资源的次级生产及草业生产管理全过程进行了分析与论证, 基本实现了从草业初级生产到次级生产对草地资源的系列遥感动态监测、调控和管理分析, 使研究的思路发生了一些质的飞跃, 拓宽了草地科学研究的领域, 提高了研究的水平和手段。

3 草地遥感应用和学科发展前景展望

目前从国内外草地遥感应用研究和学科发展的动向来看, 建立全国草地资源动态监测和估产网络, 实现RS、GIS、GPS 一体化集成, 使草地资源信息采集、传输、存储、管理、分析和应用及灾害预警成为一个整体的信息工程和网络, 并进行草地资源专家信息系统的开发和应用研究, 是未来草地遥感科学和应用发展的趋势5􀀂遥感技术与传统的草地观测手段相比, 它的优势表现在: 提供了全球或大区域精确定位的高频度宏观影像, 从而为人类揭示整个陆地草地生态系统内环境与生物的相互作用和相互关系提供了可能; 扩大了人们的视野, 从可见光发展到红外、微波等波谱范围, 加深了人类对地球和整个草地生态系统的了解; 在遥感与GIS 基础上建立的各种数学模型为草地科学定量化分析奠定了基础, 促进了以定性描述为主到以定量分析为主的过程; 同时还实现了空间和时间的转移: 空间上野外部分工作转移到实验室, 时间上从过去、现在的研究发展到四维空间上定量地预测未来。随着计算机网络技术、通讯技术和遥感科学技术及草地科学本身的发展, 这种影响的广度和深度将不断深入6~ 7􀀂我们知道草地遥感主要是指从远距离高空及外层空间的各种平台上, 利用可见光、红 外、微波等电磁波测控仪器, 通过摄影或扫描信息感应、传输和处理, 从而研究草地植被的类型、面积、位置、产量及其与环境和气候相互关系与变化的现代技术科学。由此未来的遥感技术必将朝着集多种传感器、多级分辨率、多谱段和多时相于一身的方向发展, 从而以更快的速度、更高的精度和更大的信息量来提供对地观测和草地资源数据, 以作为草业系统管理及其它应用研究的重要信息源和管理部门决策的客观依据。例如, 农业、草地自然资源的普查, 草地生态环境条件的评价, 农作物和人工草地种植面积的估算、长势监测和产量预报, 各种灾害预测, 区域性大尺度土壤水分条件、肥力条件和放牧利用程度遥感探测等。总之, 遥感技术将为农业、林业和草业系统信息化管理提供源源不断的宏观、经济、实时、定位的空间数据。面对21 世纪的我国草业, 草地遥感信息将会成为最重要的资源和财富, 信息和信息技术对草业经济发展的价值, 将迅速提高, 对生产发展的作用和调控能力将会越来越大, 遥感技术在草业中的应用, 必将会受到越来越多的重视。

参 考 文 献

1 贾慎修 遥感技术在草原应用上的初步探讨 中国草原, 1983, ( 2) : 1~ 5 2 牟新待 遥感技术在草地资源调查和管理中的应用展望 中国草原与牧草杂志, 1986, ( 2) : 23~ 27

3 任继周, 胡自治, 张自和, 等 草业科学研究的现状与展望 国外畜牧学 草原与牧草, 1993, 61( 2) : 1~ 8

4 黄敬峰, 王秀珍NOAA 气象卫星草地遥感研究动态 国外畜牧学 草原与牧草, 1993, 61( 1) : 15~ 20.

5 李 博 中国北方草地畜牧业动态监测研究 北京: 中国农业科技出版社, 1993. 1~ 128.

6 李建龙, 任继周, 陈全功, 等 草地遥感应用动态与研究进展 草业科学, 1996, 13( 1) : 55~ 60.

7 徐冠华 关于发展空间信息技术应用的几个问题 遥感学报, 1997, 1( 1) : 2~ 4. 8 李建龙, 黄敬峰, 王秀珍, 等 草地遥感 北京: 气象出版社, 1997 1~ 25