《智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與裝備》課件-第08章 農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)

《智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與裝備》第八章農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)機(jī)電工程學(xué)院目錄Content概述田間變量信息定位采集技術(shù)農(nóng)業(yè)機(jī)械田間作用自主導(dǎo)航技術(shù)農(nóng)業(yè)遙感的應(yīng)用010203040105農(nóng)業(yè)遙感平臺(tái)分類3第八章農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)8.1概述8.1概述標(biāo)題內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（globalnavigationsatllitesystemGNSS）;目前，GNSS主要是指涵蓋了美國的GPS定位系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)、中國的北斗（Compass）系統(tǒng)、歐盟的Galileo系統(tǒng)等在內(nèi)的定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由超過100顆的定位衛(wèi)星構(gòu)成。GNSS中定位衛(wèi)星的分布使得在全球任意位置、任何時(shí)間都至少能夠探測到4顆定位衛(wèi)星，為精確的定位物體奠定了良好基礎(chǔ)，提供了任何時(shí)段連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。在農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)上,要實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航,必須結(jié)合農(nóng)機(jī)實(shí)際情況，將定位信息、路徑規(guī)劃信息等綜合信息全部通過智能處理器處理后生成控制指令，然后通過電動(dòng)比例液壓調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、行走等智能導(dǎo)航控制。其控制系統(tǒng)基本框架如圖7.1所示。8.1概述8.1概述標(biāo)題內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字

在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，GPS定位處方農(nóng)作以及田間農(nóng)機(jī)具的自主導(dǎo)航。在定位信息采集和定位處方農(nóng)作上，GPS主要是用于田間信息和作業(yè)機(jī)具的準(zhǔn)確定位，結(jié)合土壤中含水量、氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)含量和作物病蟲害、雜草分布情況等不同的田間信息，輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的灌溉、施肥、噴藥、除草等田間操作。在定位導(dǎo)航上主要是在一些農(nóng)機(jī)具安裝GPS接收機(jī),通過GPS信號(hào)精確指示機(jī)具所在位置坐標(biāo)，從而可以對農(nóng)業(yè)機(jī)械田間作業(yè)和管理起導(dǎo)航作用。

GPS是美國的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其空間部分使用24顆衛(wèi)星組成，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其中21顆是在當(dāng)前使用中，剩下3顆是有功能的備用衛(wèi)星。24顆衛(wèi)星組成高經(jīng)度、全天候、全球性的精確定位系統(tǒng)，每天24小時(shí)為全球陸、海、空用戶提供三維位置、速度和時(shí)間信息。目前GPS系統(tǒng)衛(wèi)星在距地球表面2000Km的軌道上圍繞地球運(yùn)行，每顆衛(wèi)星環(huán)繞地球一天運(yùn)行兩圈，每隔12小時(shí)一圈，它們分布在6條軌道運(yùn)行，每條軌道上有4顆，這種衛(wèi)星布局保證了地球表面以上任何角落的GPS接收器至少有4顆衛(wèi)星是全天24小時(shí)可見的。8.1概述標(biāo)題內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字

8.1概述標(biāo)題內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字

GPS在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中能夠?qū)嵤┦┓蕶C(jī)械作業(yè)的動(dòng)態(tài)定位，即根據(jù)管理信息系統(tǒng)發(fā)出的指令，實(shí)施田間的精確定位。按照參考點(diǎn)的不同，GPS接收方式可分為單點(diǎn)定位和差分定位。動(dòng)態(tài)差分定位過程中，采用測碼偽距觀測量進(jìn)行相對定位，衛(wèi)星軌道偏差、衛(wèi)星鐘差、大氣折射等誤差有效減弱，加上載波相位平滑技術(shù)可以達(dá)到分米級的定位精度，因此可作為農(nóng)業(yè)應(yīng)用的首選方案。在差分定位中需要設(shè)定基站的基準(zhǔn)點(diǎn)，該基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)使用已知定位點(diǎn)的大地坐標(biāo)，也可以利用基站GPS經(jīng)過一定時(shí)間的定位數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計(jì)處理后確定的基站地理坐標(biāo)作為參考點(diǎn)。8.1概述GPS絕對定位和相對定位中，又都包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式。即動(dòng)態(tài)絕對定位、靜態(tài)絕對定位、動(dòng)態(tài)相對定位和靜態(tài)相對定位。若依照測距的原理不同，又可分為測碼偽距定位、測相偽距定位、差分定位等。基本定位原理如圖7.3所示。8.1.1GPS絕對定位標(biāo)題內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字

GPS絕對定位是以地球質(zhì)心為參考點(diǎn)，確定接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系中的絕對位置。由于定位作業(yè)僅需一臺(tái)接收機(jī)工作，因此又稱為單點(diǎn)定位。利用GPS進(jìn)行絕對定位的基本原理是：以GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)天線之間的距離觀測量為基準(zhǔn)，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，來確定用戶接收天線所對應(yīng)的位置。根據(jù)用戶接收天線所處的狀態(tài)不同，GPS絕對定位又可分為動(dòng)態(tài)絕對定位和靜態(tài)絕對定位。8.1.2GPS相對定位標(biāo)題內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字內(nèi)容文字

由于在GPS絕對定位中，定位精度將受到衛(wèi)星軌道誤差、鐘差及信號(hào)傳播誤差等因素的影響，雖然其中一些系統(tǒng)性誤差可以通過模型加以削弱，但改正后的殘差仍是不可忽略的。GPS相對定位，也叫差分定位，是目前GPS測量中定位精度最高的定位方法。動(dòng)態(tài)相對定位指用兩臺(tái)GPS接收機(jī)，將一臺(tái)接收機(jī)安設(shè)在基準(zhǔn)站上固定不動(dòng)，另一臺(tái)接收機(jī)安置在運(yùn)動(dòng)的載體上，兩臺(tái)接收機(jī)同步觀測相同的衛(wèi)星，通過在觀測值之間求差，以消除具有相關(guān)性的誤差，提高定位精度。8.1概述課后拓展：GPS與北斗導(dǎo)航的主要區(qū)別，請結(jié)合相關(guān)資料補(bǔ)充完善！13第八章農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)8.2農(nóng)業(yè)遙感平臺(tái)分類8.2農(nóng)業(yè)遙感平臺(tái)分類ABC地面遙感技術(shù)航空遙感技術(shù)航天遙感技術(shù)

一個(gè)成功的農(nóng)業(yè)遙感系統(tǒng)可以給農(nóng)民提供豐富的信息、較快的信息傳輸速度、較低的成本花費(fèi)。然而，目前大多數(shù)的農(nóng)業(yè)遙感系統(tǒng)都存在著如波段范圍受限、空間分辨率粗糙、時(shí)間分辨率低等各種弊端。而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程是一個(gè)隨時(shí)都在變化的過程，所以提高遙感系統(tǒng)空間和時(shí)間分辨率是非常重要的。遙感傳感器一般搭載于三種不同的平臺(tái)上：車載、無人操作飛機(jī)和衛(wèi)星。下面將分別介紹基于上述平臺(tái)的地面、航空、航天遙感技術(shù)。8.2.1地面遙感

地面遙感主要是指以高塔、車、船為平臺(tái)的遙感技術(shù)系統(tǒng)，地物波譜儀或傳感器安裝在這些地面平臺(tái)上，可進(jìn)行各種地物波譜的測量。地面遙感監(jiān)測系統(tǒng)與GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，GIS對接車載系統(tǒng)，經(jīng)數(shù)字化、矢量化處理，地面遙感圖像通過計(jì)算機(jī)直接判斷，小區(qū)域圖、表等成果，可以及時(shí)輸出大區(qū)域數(shù)據(jù)，傳回信息處理終端，在同一時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)工作。8.2.2航空遙感

航空遙感有著機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、成像質(zhì)量高、人為可控性強(qiáng)的優(yōu)勢。由于航空遙感具有攝像飛行高度適宜、成像立體角大、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，航空遙感在目前仍是重要的遙感手段。近年來，無人機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，加快了對航空遙感的研究進(jìn)程。1.運(yùn)載工具目前輕型飛機(jī)、航模、飛艇和氣球等是航空遙感應(yīng)用的主要運(yùn)載工具。由于輕型飛機(jī)受航空飛行管制、起降條件、飛行安全等因素的影響，而且作業(yè)費(fèi)用一般較高，其發(fā)展的速度相對較慢。表8.12列出了具體的飛行高度。中空、中高空、高空的航空遙感，適用于比較大范圍的普查，而目前在低空遙感中經(jīng)常使用的是航模，或稱為微型無人飛機(jī)。8.2.2航空遙感2.傳感器隨著電荷耦合器件（chargecoupleddevice，CCD）和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（complementarymetaloxidesemiconductor，CMOS）圖像傳感器的日漸成熟，遙感系統(tǒng)的主流傳感器件——數(shù)碼相機(jī)的性能和分辨率也在不斷提高。在技術(shù)上，傳感器逐漸向大面陣、多光譜、數(shù)字化方向發(fā)展，并取得較多進(jìn)展，同時(shí)也提高了航拍精度。例如，2005年由我國三大科研機(jī)構(gòu)（北京大學(xué)、中國貴州航空工業(yè)有限責(zé)任公司及中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所）聯(lián)合研制的無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)，采用高分辨率數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高端多用途遙感技術(shù)的應(yīng)用。3.低空遙感應(yīng)用——無人機(jī)技術(shù)對我國來說，作為農(nóng)業(yè)用途的微小型無人機(jī)目前處于初級發(fā)展階段。在高穩(wěn)定性微小型農(nóng)用無人機(jī)作業(yè)平臺(tái)、農(nóng)業(yè)航空噴施主要機(jī)型的篩選與評價(jià)、航空噴施作業(yè)技術(shù)參數(shù)的選擇與優(yōu)化、無人機(jī)自主飛行控制系統(tǒng)的選擇與優(yōu)化、航空噴施裝備關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化等方面還有很多的技術(shù)難點(diǎn)需要攻克和解決。我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對農(nóng)業(yè)航空的需求日益旺盛，發(fā)展前景巨大。尤其是微小型農(nóng)用無人機(jī)的發(fā)展任重道遠(yuǎn)。8.2.3航天遙感航天遙感系統(tǒng)航天遙感數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)和反演系統(tǒng)組成了航天遙感系統(tǒng)，分別涉及遙感的正演和反演過程。用于遙感數(shù)據(jù)接收和處理的地面系統(tǒng)和載有遙感器的航天系統(tǒng)組成了航天遙感數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)；而航天遙感系統(tǒng)的輸入是包含地物信息的電磁波，輸出是包含地物的有關(guān)信息。將這些輸入和輸出信息再送入遙感應(yīng)用系統(tǒng)，并結(jié)合各學(xué)科傳統(tǒng)的方法和其他現(xiàn)代信息技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對遙感信息的綜合分析、挖掘以獲取滿足航天遙感最終用戶的任務(wù)需求。航天遙感面臨的主要問題航天遙感已在各應(yīng)用領(lǐng)域取得顯著成就，但也面臨一些問題。例如，在農(nóng)業(yè)遙感中，對作物生長和生理過程監(jiān)控需要的關(guān)鍵信息主要有葉綠素含量、葉面積指數(shù)、植物覆蓋度、植物根系層的土壤水分、植物冠層水分等參數(shù)。而目前遙感僅能夠提供的作物信息有植被指數(shù)、植物缺水指數(shù)等較粗糙的參數(shù)，難以滿足需求。19第八章農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)8.3田間變量信息定位采集技術(shù)8.3田間變量信息定位采集技術(shù)

農(nóng)田信息在空間分布上存在的差異性是實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，因此在物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)信息采集時(shí)，需要同時(shí)測量采樣點(diǎn)的位置信息。定量、定位地施肥、灌溉、殺蟲等農(nóng)作作業(yè)，不但可以節(jié)約大量的肥料、淡水以及殺蟲劑，而且可以將環(huán)境污染降低到最小程度。過量的施肥以及施加殺蟲劑，未被作物全部吸收而又未經(jīng)自然降解的化肥及殺蟲劑經(jīng)土壤中的淋溶、運(yùn)移作用，滲透到地下，溶入地下水，這些污染的地下水再抽到地表成為飲用水，由此造成環(huán)境污染，對人們的生活環(huán)境乃至身體健康造成嚴(yán)重威脅。因此，田間變量信息定位采集技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)的又一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在農(nóng)田信息的采集過程中，只有在空間位置信息確定之后，才能在相應(yīng)的位置進(jìn)一步采集所需的屬性信息，這些信息是利用GPS定位來實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。農(nóng)田信息采集主要包括下面的內(nèi)容。8.3田間變量信息定位采集技術(shù)1）農(nóng)田作物產(chǎn)量分布信息：獲取農(nóng)作物小區(qū)產(chǎn)量信息，建立小區(qū)產(chǎn)量空間分布圖。在收獲機(jī)械上安裝GPS衛(wèi)星定位接收機(jī)和流量傳感器，收獲機(jī)以秒確定田間作業(yè)的DGPS天線所在地理位置的經(jīng)緯度動(dòng)態(tài)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，流量傳感器在設(shè)定時(shí)間間隔內(nèi)自動(dòng)計(jì)量、累計(jì)產(chǎn)量，從而獲得對應(yīng)小區(qū)的空間地理位置數(shù)據(jù)和小區(qū)產(chǎn)量數(shù)據(jù)。2）農(nóng)田土壤信息的采集：獲取土壤信息是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，它需要在專用機(jī)器上安裝GPS和各種專用傳感器，先用GPS確定地理位置的坐標(biāo)（比如經(jīng)度、緯度、高程），同時(shí)用各種傳感器測得該點(diǎn)的土壤信息，包括土壤DH、含水量、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)含量等。3）與GIS、決策支持系統(tǒng)、傳感器等技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用到農(nóng)田信息采集與分析、處理中。

8.3田間變量信息定位采集技術(shù)8.3.1GPS農(nóng)田坐標(biāo)變換農(nóng)田環(huán)境下常用的坐標(biāo)系為參心坐標(biāo)系，其原點(diǎn)與地球質(zhì)心重合；GPS定位數(shù)據(jù)為WGS-84地心大地坐標(biāo)，WGS-84坐標(biāo)系是美國國防部確定的大地坐標(biāo)系，其目的是使測制的地圖、海圖、大地測量數(shù)據(jù)共同有一基準(zhǔn)，屬于地心坐標(biāo)系。因此，WGS-84與農(nóng)田環(huán)境常用坐標(biāo)系不同屬一類坐標(biāo)系，不僅相應(yīng)的空間直角坐標(biāo)系各軸的方向不同，尺度變化也不一樣。所以，農(nóng)田變量信息定位采集時(shí)首先要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，即從WGS-84轉(zhuǎn)至北京54坐標(biāo)系或80國家坐標(biāo)系。圖8.4為地球直角坐標(biāo)系與地球大地坐標(biāo)系的關(guān)系示意圖。24第八章農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)8.4農(nóng)業(yè)機(jī)械田間作業(yè)自主導(dǎo)航技術(shù)8.4農(nóng)業(yè)機(jī)械田間作業(yè)自主導(dǎo)航技術(shù)動(dòng)態(tài)定位是指接收機(jī)載體在連續(xù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)定位。這種定位目前大致有三種方法。①單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位即一個(gè)運(yùn)動(dòng)載體上的GPS接收機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中自動(dòng)實(shí)時(shí)輸出定位數(shù)據(jù)，描繪運(yùn)動(dòng)載體的運(yùn)行軌跡?；痉椒ㄊ莻尉鄬?shí)時(shí)定位，該方法的關(guān)鍵性技術(shù)問題是確定運(yùn)動(dòng)過程中某一起始點(diǎn)坐標(biāo)的初始值以及GPS衛(wèi)星與運(yùn)動(dòng)載體之間的多普勒頻移。目前的精度對P碼接收機(jī)可達(dá)米級，對C/A碼接收機(jī)可達(dá)10m級（在SA影響下為100m級）。②實(shí)時(shí)偽距羞分定位除在運(yùn)動(dòng)載體上安置有接收機(jī)外，還要求在一個(gè)已知的基準(zhǔn)點(diǎn)上安置一臺(tái)接收機(jī)，在載體運(yùn)動(dòng)過程中，兩臺(tái)接收機(jī)同時(shí)跟蹤GPS衛(wèi)星，在基準(zhǔn)點(diǎn)上比較偽距觀測值和用基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算的已知值，由此確定偽距改正值，利用數(shù)據(jù)通信將偽距改正值實(shí)時(shí)發(fā)送至運(yùn)動(dòng)接收機(jī)進(jìn)行校正。這種方法像一般差分法一樣可以消除鐘差并顯著消除星歷誤差和大氣層延遲誤差，定位精度目前可達(dá)分米級，給出的頻度可超過每秒一次。C/A碼差分定位精度比單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位可提高35%。③載波相位差分后處理動(dòng)態(tài)定位該方法是指運(yùn)動(dòng)接收機(jī)和一個(gè)固定站的基準(zhǔn)接收機(jī)同時(shí)對GPS衛(wèi)星作載波相位測量，定位原理與靜態(tài)載波相位測量差分法定位類似，當(dāng)不需要運(yùn)動(dòng)載體的實(shí)時(shí)定位（RTP）時(shí)，不需要建立基準(zhǔn)接收機(jī)與運(yùn)動(dòng)接收機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，而是通過對運(yùn)動(dòng)期間的數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理求解運(yùn)動(dòng)軌跡。26第八章農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)8.5農(nóng)業(yè)遙感的應(yīng)用目錄Content基于遙感的作物信息感知0102030401基于遙感的土壤信息感知基于遙感的水體信息感知基于遙感的環(huán)境信息感知8.5.1基于遙感的作物信息感知1、基于遙感的作物信息感知

不同植物及同一植物在不同生長階段，反射光譜曲線形態(tài)和特征不同?？梢岳弥脖还庾V遙感的特征和遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合地面調(diào)查，借助GIS和GPS的支持，進(jìn)行生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測。（1）植被信息的提取根據(jù)植被的反射光譜特征，通常采用紅光、近紅外波段的反射率和其他因子及其組合得到各種植被指數(shù)（vegetationindex，VI），在區(qū)域和全球尺度上從高空監(jiān)測，提取植被指數(shù)來表征植被信息。（2）植被葉片生理特征參數(shù)的估算各種植被指數(shù)也可用于植被葉片生理特征參數(shù)的估算。研究表明∶不同氮素水平的水稻單張葉片的光譜特征明顯不同，比值植被指數(shù)（ratiovegetationindex，RVI）、歸一化植被指數(shù)NDVI與稻葉含氮量之間均呈相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)呈現(xiàn)極顯著水平，所以在一定條件下用光譜特征分析水稻氮素水平是可能的。根據(jù)植被指數(shù)與氮素水平及葉綠素含量的關(guān)系，可以間接推算出稻葉含氮量和葉綠素含量。（3）作物產(chǎn)量的估算利用遙感進(jìn)行作物產(chǎn)量估算主要有兩種途徑∶一種是直接進(jìn)行總產(chǎn)量估算;另一種是通過衛(wèi)星圖像估算種植面積，再建立單產(chǎn)模型來計(jì)算總產(chǎn)量。這兩種途徑都是在作物生長發(fā)育關(guān)鍵期內(nèi)，建立某種植被指數(shù)與產(chǎn)量的實(shí)測或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的相關(guān)方程。但也有研究利用地面實(shí)測光譜數(shù)據(jù)，從作物冠層對光譜的反射特征出發(fā)，通過葉面積系數(shù)LAl來進(jìn)行遙感估產(chǎn)。8.5.1基于遙感的作物信息感知5.作物病蟲害監(jiān)測

作物病蟲害遙感監(jiān)測的基本原理如下：從葉片層面考慮，當(dāng)葉片受病害或蟲害侵襲時(shí)，會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)葉片細(xì)胞色素、水分、氮素含量、結(jié)構(gòu)細(xì)胞及外部形狀發(fā)生一定的變化，光譜反射對這些變化有一定的響應(yīng)。因此，光譜技術(shù)成為監(jiān)測作物生長的有效工具。從作物冠層層面考慮，病蟲害會(huì)引起作物葉面積指數(shù)、生物量覆蓋度的變化，因此，遙感技術(shù)也就成為用于大面積病蟲害監(jiān)測的有力方法8.5.2基于遙感的土壤信息感知1.土地覆蓋由于各種人類活動(dòng)、自然因素等原因，土地覆蓋會(huì)在多時(shí)空尺度上產(chǎn)生形態(tài)和狀態(tài)上變化，衍生了其特有的時(shí)間和空間屬性。其中，人類對土地資源的利用引起土地利用、土地覆蓋的變化也是全球環(huán)境變化的重要因素之一。將遙感技術(shù)與GIS技術(shù)相結(jié)合，將多光譜、多時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)、多種輔助數(shù)據(jù)輸入GIS中，將不同土地覆蓋類型的光譜特征、空間分布與土地覆蓋類型的生物學(xué)特征有機(jī)結(jié)合起來，建立"土地覆蓋數(shù)據(jù)庫"，是一種重要的趨勢。2.土地退化的遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測土地退化是指土地受到人為或自然因素或二者綜合因素的干擾、破壞，改變了土地原有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、理化性狀，土地環(huán)境日趨惡劣，逐步減少或失去該土地原先所具有的綜合生產(chǎn)潛力，致使土地貧瘠化、鹽堿化、沙漠化及水土流失等。在進(jìn)行土地退化檢測和動(dòng)態(tài)分析時(shí)，通常是將遙感與GIS結(jié)合，不僅可以對土地退化現(xiàn)狀及時(shí)定量分析，還能對土地退化狀況從不同時(shí)空不同尺度動(dòng)態(tài)監(jiān)測和快速評價(jià)。8.5.3基于遙感的水體信息感知1.水體的光譜特征一般來說，水本身的物質(zhì)組成和其各種不同狀態(tài)決定了水體的光譜特征。在波長0.6μm前的可見光波段，水體的光譜特征表現(xiàn)為吸收少、反射低、透射高。其中，水體反射率約5%，當(dāng)太陽高度角變化時(shí)，水體反射率在3%～10%變化。水體表面反射、底部物質(zhì)反射及懸浮物質(zhì)（浮游生物、葉綠素、泥沙、其他物質(zhì)等）反射是水體的可見光反射的三種方式。清水在藍(lán)綠波段的反射率為4%～5%。而在紅外部分（波長在0.6μm以下）清水的反射率降到2%～3%。在近紅外、短波紅外部分，清水幾乎吸收了全部的入射能量，也就是說水體在這兩個(gè)波段的反射能量兒乎為零。根據(jù)以上所述，在紅外波段識(shí)別水體相對較容易，主要是因?yàn)樗w的光譜特征與植被和土壤光譜特征形成十分明顯的差異。在太陽直射光和天空散射光的電磁波能量中，到達(dá)水面的約3.5%的電磁波能量被水面直接反射回大氣，形成水面散射光。這種水面反射帶有少許水體本身信息，水面性質(zhì)大大影響著其強(qiáng)度。其余的光經(jīng)折射與透射后進(jìn)入水中，水分子通過吸收和散射現(xiàn)象減弱了大部分光強(qiáng)，或被水中懸浮物、浮游生物等散射、反射、衍射形成水中散射光。水的渾濁度大大影響著光的強(qiáng)度。水體有較強(qiáng)渾濁度，水下散射光越強(qiáng)。當(dāng)衰減后的散射光部分到達(dá)水體底部時(shí)，會(huì)被底部物質(zhì)反射，形成反射光。此時(shí)，強(qiáng)度與水深呈負(fù)相關(guān)，且隨著水體渾濁度的增大而減小。在實(shí)際測量中，水面反射光、懸浮物反射光、水底反射光和天空反射光是遙感器所接收到的主要輻射。由于水體的水面性質(zhì)、懸浮物的性質(zhì)和含量、水深和水底特征等差異，傳感器上接收到的不同介質(zhì)的反射光譜特征也存在差異，這為遙感探測水體提供了基礎(chǔ)。8.5.3基于遙感的水體信息感知2.水深的探測

水深指的是水的穿深能力，或水體的透光性能，可由衰減長度來衡量。衰減長度用于表示水中能見度。一個(gè)衰減長度是指向下輻照度等于表面輻照度的37%的長度。水體本身的光譜特性與水深是相關(guān)的。由于水體對紅外波段光的有效吸收，近紅外波段的能量在水深20m處已兒乎不存在，僅保留了藍(lán)綠波段能量，所以可用藍(lán)綠波段研究水深和水底特征。波長和水體渾濁度是影響光對水的穿深能力的主要因素。隨著渾濁度的增加，透射率明顯下降，反射率明顯增強(qiáng)，衰減系數(shù)增大，光對水的穿深能力減弱，最大透射波長向長波方向移動(dòng)。對于清水，光的最大透射波長為0.45～0.55um，其峰值波長約0.48um，位于藍(lán)綠波長區(qū)。水體在此波段散射最弱、衰減系數(shù)最小、穿深能力最強(qiáng)，記錄水體底部特征的可能性最大。在紅光區(qū)，由于水的吸收作用較大，透射相應(yīng)減小，只能探測水體淺部特征。近紅外區(qū)，由于水的強(qiáng)吸收作用，只能反映水陸差異。正因?yàn)椴煌ㄩL的光對水體的透射作用和穿深能力不同，所以水體不同波段的光譜信息中，實(shí)際上反映了不同厚度水體的信息特