遥感技术在农作物病虫害预警监测中的应用*

何 芳

（湖南财经工业职业技术学院，湖南 衡阳 421000）

1 遥感预警监测原理

遥感技术能够将传感器搭载在不同平台上，例如气球、飞机等，这些传感器具有照相、扫描等功能，能够接收电磁波，全面监测农作物的长势和发展状态，对数据信息进行全面检查，判别农作物受到的病虫害种类[1]。病害、虫害会破坏农作物的内部结构、生长状态，影响农作物叶绿素的产生，使农作物的外观形态发生变化，造成反射光谱发生改变。遥感技术可以对农作物进行摄影和扫描记录，这时技术人员就可以对不同区域农作物的生长状态进行判断，掌握病虫害的种类。在遥感技术的使用中，光谱特征是监测物质形状的重要依据，有些病虫害会导致农作物的叶片脱落，或者使叶片发生卷曲、缩小，这些也会造成光谱曲线的变化，技术人员只需对这些数据进行检测，就能了解农作物病虫害的严重程度，掌握病虫害对农作物造成的影响。在农作物生长过程中，昆虫雷达可以对昆虫进行监测，研究昆虫的行为活动，包括昆虫迁飞、扩散速度、蔓延方向等[2]。除此之外，遥感技术还能全方位监测农作物生长过程中的自然条件变化，有针对性地监测主要的环境因素，包括大气温度、降水情况、寄主植物的分布状况等，综合判断病虫害发生的可能性，增强监测效果。

2 国内外农作物病虫害遥感监测的进展

2.1 国内农作物病虫害遥感监测的进展

我国关于农作物病虫害遥感监测技术的研究起步较晚，绝大部分的研究内容都集中在水稻和小麦这两种农作物的病害监测方面。蔡成静等[3]对小麦病虫害进行研究，对比小麦植株的不同状态，将健康植株、病虫害潜伏期植株、发病植株进行对比，发现了不同植株在光谱反射率方面存在较大差别。除此之外，一些学者在农作物病虫害研究中还应用到了航空PHI高光谱数据，进一步加强了对农作物病害程度以及病害发生范围的研究，有效提高了研究成效。

2.2 国外农作物病虫害遥感监测的进展

国外关于遥感技术对病虫害监测作用的研究较早，并且以农作物受病虫害之后的光谱特征为研究重点，很多科学家对农作物受病虫害前后的光谱进行细致化对比，致力于依靠光谱分析病虫害的严重程度，探索光谱变化的规律。20世纪初，国外科学家就意识到遥感技术能够应用于农作物病虫害的识别，并开展实践研究，通过拍摄航空相片的方法监测农作物的病虫害。这种方法能够从高空中全面监测农作物，工作效率较高。部分科学家在这一时期采用航空相片探测出了农作物的病虫害类型，有效提高了病虫害防治效率，减轻了病虫害对农作物生长的影响。1983年，Blazquez对西红柿、马铃薯的病害开展研究；1989年，Lorenzen对大麦白粉病进行研究，发现近红外波段和白粉病的严重程度有直接关联。病虫害会导致农作物近红外波段出现明显的光谱特征，能够为研究人员提供判断依据。

3 农作物病虫害遥感预警监测现状

3.1 重研究，少应用

在农业生产中，遥感技术能够为生产人员提供准确信息，包括农作物的营养亏缺、地面生物量等，全面了解农作物的长势，对地面农作物进行长期监测，为农作物的生长奠定坚实基础。当前已经有部分国家开始应用先进的遥感技术监测病虫害，及时了解农作物病虫害的主要情况，采取有针对性的措施消灭病虫害，对病虫害进行防治[4]。我国在病虫害遥感方面存在重研究、少应用的情况，很多先进的遥感技术都没有真正应用于农作物病虫害防治中，只停留在理论研究和实验层面，遥感技术难以真正服务于农业发展，对农业生产工作的辅助作用十分有限。

3.2 “异谱同物”和“同谱异物”现象

“异谱同物”现象在农作物病虫害监测方面比较常见，同一农作物受相同病虫害的影响，有可能形成截然不同的光谱曲线特征。另外，农作物在生长过程中不但会受到病虫害的影响，还有可能受到土壤环境、气候变化、放射性物质的影响，这些都会造成光谱曲线的变化，形成“异谱同物”现象。“同谱异物”是指不同的物体在光谱曲线上相同。光谱曲线是技术人员判别农作物受病虫害影响的重要依据，当农作物受到不同病虫害影响时，可能会产生相同或者相似的光谱曲线，难以区分开，造成工作人员判断失误。无论是“异谱同物”还是“同谱异物”，都会影响遥感技术监测的准确性，不利于技术人员对农作物病虫害种类进行判断。针对这一类问题，技术人员可以采用多元遥感数据，进一步加强对农作物病虫害的研究，提高遥感监测的准确性[5]。

3.3 病情指标监测预报模型缺乏适应性

虽然遥感影像能够实时记录农作物在不同阶段的生长情况，帮助农业生产者分析农作物长势，判断病虫害类型，但是病情指标监测预报模型与农作物病虫害防治工作缺乏适应性。一般情况下，农作物从产生病虫害到展现严重的外观变化，会经历一个周期，很多病虫害还会经历潜伏期，等到农作物出现了叶片脱落、颜色变化之后，症状已经十分严重，难以进行补救。只有尽早发现农作物出现的问题，全面优化农作物病情指标监测预报模型，增强病情指标监测预报模型的适应性，才能对农作物出现的病虫害及时进行处理。

4 农作物病虫害遥感预警监测措施

4.1 构建农作物病虫害综合防治信息平台

针对农作物病虫害监测而言，遥感技术、GIS技术和GPS定位技术可以实现综合利用，充分发挥信息技术的作用，实现对农作物的全方位监测、动态监测。针对农作物病虫害防治问题，有关部门可以构建农作物病虫害综合防治信息平台，将3S技术与病虫害监测技术、组件化技术、数据库技术融合起来，充分发挥信息平台的作用，全面加强监测效果，发挥信息技术在农作物病虫害监测方面的价值。在综合防治信息平台中，技术人员可以组建植保专家知识库，与农业植保部门合作，进一步加强对病虫害综合防治信息平台的管理[6]。

4.2 有效应用多源遥感信息数据

针对农作物病虫害监测工作，遥感数据的获取需要实现多平台、多角度、多传感器，这样才能对农作物病虫害进行全面监测，增强数据的全面性。遥感数据需要采用高时相分辨率，增强数据的真实性，提高数据的可用性，实现高空间、高光谱，让农作物病虫害的监测更加精确，提高遥感数据的准确性。除此之外，技术人员还可以针对农作物开展地面调查，将地面调查数据和遥感数据综合起来，加强对遥感数据的对比和分析，避免出现“异谱同物”和“同谱异物”现象，增强监测数据的详细性[7]。

4.3 优化农作物病虫害遥感监测预报模型

当前遥感技术已经得到快速发展，监测效果日趋完善，很多先进的遥感技术已经应用于农业生产发展中，农业科研人员不但能够应用遥感技术全方位判断农作物的生长状态、病虫害严重程度，还能对一定区域内的农作物进行估产，促进农作物增产增收，提高监测效率，加强对农作物的精细化管理。由于农作物病虫害的发生过程复杂，作物会在病虫害的影响下发生内部结构变化，并且还会受到环境因素的影响，所以病虫害的遥感监测手段还不够成熟，具体的应用策略还在不断摸索中。针对这种情况，遥感技术需要实现创新化应用，全面增强病虫害监测的有效性，改进监测预报模型。监测预报模型需要对农作物出现的病虫害进行预警，融合当地的气候环境因素、农作物品种，丰富病虫害波谱特征数据库，让监测预报模型更好地发挥作用[8]。

5 遥感预警监测的具体应用分析

5.1 针对昆虫的遥感技术应用

昆虫是病虫害监测的重要对象，在农作物生产实践中，对害虫的监测主要依靠雷达技术来开展，该技术可以通过电磁波对目标进行探测，如果电磁波在传播中遇到昆虫，就会反射回来，最终确定出昆虫位置。雷达探测技术不会干扰到生物体的行为，能够应用于农作物害虫监测中，使技术人员监测到昆虫的生物行为，加强对农作物病虫害的预警。脉冲雷达是应用于农作物监测方面的雷达，在农作物昆虫的监测中，脉冲雷达又可以细分为扫描雷达、机载雷达、谐波雷达、跟踪雷达等，这些雷达技术可以加强农作物的害虫监测和管理，全面监测害虫的迁飞，包括多种害虫种类，例如草地螟、蚜虫、棉铃虫等。当农作物发生病虫害时，昆虫的数量通常会比较庞大，所以昆虫雷达技术在使用的过程中必然会涉及大量的回波信号，在初期阶段，这些回波信号都需要技术人员进行记录和人工分析，需要对雷达屏幕进行照相，处理方法比较落后，数据结论不够精确，人工分析的工作效率有限。现在昆虫雷达数据已经有了采集分析系统，这种系统可以进行自动化的图像处理，对参数进行自动识别，经过计算就可以判断昆虫的具体方位、距离、密度等信息，掌握昆虫的迁飞活动数据。数据采集和分析系统能够实现对害虫迁飞的长期观测，增强对迁飞昆虫活动的监测实效，进一步加强害虫监测的准确性[9]。

5.2 针对病虫害产生危害的遥感技术应用

在病虫害的影响下，农作物会产生为害状，在外观上发生改变。例如，麦蚜会吸食农作物叶片汁液，造成农作物的叶片出现一些黄褐色的斑点，甚至是发生叶黄化现象。还有一些病虫害会导致农作物叶片表面形成霉层。在遥感技术的应用中，农作物的为害状会直接体现在波谱特征上，技术人员通过分析波谱特征，就可以掌握害虫对农作物的影响，全面了解农作物的危害情况。农作物在生长过程中会受到自然环境的影响，很多环境因素也会造成农作物出现危害特征，因此，技术人员需要开展地面调查，将害虫造成的危害特征和其他因素产生的危害特征区分开，把遥感数据和地面调查数据综合起来，加强对农作物病虫害的分析。对病虫害产生危害的监测是遥感监测的重要应用途径，病虫害的严重程度会直接影响到农作物危害特征的严重程度，技术人员可以通过遥感技术，科学判定农作物受病虫害的危害症状，从而判断出重灾区、中灾区、轻灾区以及健康区，对病虫害进行早期探测[10]。

5.3 针对病虫害发生条件的遥感技术应用

在农作物生产和发展的过程中，技术人员还需要针对病虫害发生的条件进行遥感监测，针对不同的农作物种植区域进行精准探测，提前判断出可能发生病虫害的区域，做到尽早预防，增强农业生产的科学性，提高农产品质量。农作物发生病虫害是有规律可循的，与当地的自然环境、农作物品种、降水量、温度等有着直接关系，如果外在环境达到标准，很多病虫害就会产生。遥感技术可以通过全方位监测，找出农作物病虫害产生的特定环境，发现病虫害出现的规律，检测病虫害的特征，对发生条件进行监测。通过对病虫害发生条件进行遥感监测，技术人员能够提前判断，提前预防，防患于未然。例如，在我国的青海湖地区，草地蝗虫是一种常见的病虫害，科学技术研究人员通过运用遥感技术、GIS技术、GPS技术，对青海湖地区进行全方位监测，判断出了草地蝗虫多发地区在自然环境方面的特征，建立了遥感监测系统、草地蝗虫病害预警系统，有效减少了病虫害。在未来农业科技的发展过程中，对病虫害发生条件的监测必然能够获得广泛应用，农作物病虫害能够得到有效防治，也将有助于农业生产走向数字化和信息化。

6 结束语

我国是农业大国，病虫害是农作物生产的巨大阻力，会给农业生产带来十分严重的损失，必须要加强对农作物病虫害的防治，提高监测效率，保障农业可持续发展。遥感技术能够为农业生产者提供科学有效的数据支持，辅助工作人员制定科学合理的病虫害防治计划，减少病虫害对农业生产的影响。当前我国需要进一步构建农作物病虫害综合防治信息平台，优化监测预报模型，提高农作物病虫害预警系统的应用价值。在未来的农业生产和发展中，有关部门需要开发出更加先进的软硬件，培养专业化的遥感技术人才，充分发挥遥感技术在农业病虫害监测中的应用价值，推动农业发展走向数字化和现代化，提高农业的防灾和减灾能力。