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柑桔病蟲害有潰瘍病、黃龍病、瘡痂病、炭疽病、潛葉蛾、木虱、蚜蟲、介殼蟲、螨類、天牛等[1,2]。抓好病蟲害防治是柑桔豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵。現(xiàn)將其綜合防治技術(shù)介紹如下。
1農(nóng)業(yè)防治
1.1加強(qiáng)田間管理
苗木、接穗、種子是病害傳播的主要途徑。無(wú)病區(qū)或新柑桔區(qū)不得引入病區(qū)苗木、接穗、果實(shí)、種子,嚴(yán)防病菌傳入。如防治潰瘍病,苗圃應(yīng)選在無(wú)病區(qū),種子在播種前用5%高錳酸鉀溶液浸15min,浸后用清水洗凈再晾干播種,接穗、苗木可用700IU/mL鏈霉素加1%酒精浸30~60min。氮、磷、鉀合理搭配,多施有機(jī)肥。柑桔水分管理可概括為“春濕、夏排、秋灌、冬控”,即春季保持土壤濕潤(rùn),又不過(guò)濕;夏季注意排水,干旱時(shí)又要適當(dāng)灌水;秋季灌水防旱;冬季適當(dāng)控制水分,提高樹液濃度,促進(jìn)花芽分化。
1.2加強(qiáng)植株管理
幼年樹利用夏梢迅速形成豐產(chǎn)樹冠,增大結(jié)果面積;成年樹的夏梢就要人為抹除,直至放秋梢(約在8月上中旬),并在放秋梢前后加強(qiáng)肥水管理,使秋梢整齊健壯,減少潛葉蛾、蚜蟲、木虱等害蟲的危害。剪除病蟲枝、枯枝、蔭蔽枝、過(guò)密枝、病葉等,在生理落果停止后分2次(6月中旬和7月上旬各進(jìn)行1次)疏去病蟲果、畸形果、日灼果、過(guò)小的果,既可減少一些病蟲源,又可減少養(yǎng)分的消耗。及時(shí)(9~10月是黃龍病癥狀最明顯時(shí)期)挖除黃龍病的病樹,減少病源。冬季中耕,中耕深度以10~15cm為宜,以消滅越冬花蕾蛆、桔實(shí)雷癭蚊、蝸牛等地下害蟲。冬季結(jié)合修剪,把枯枝、落葉、落果等集中燒毀,減少翌年病蟲侵染源。
2生物防治
選用高效、低毒、低殘留農(nóng)藥,盡量避免殺死天敵。如用瓢蟲、寄生蜂防治蚜蟲,用赤眼蜂、小繭蜂防治卷葉蛾;用大紅瓢蟲、澳洲瓢蟲防治介殼蟲等;人工釋放捕食螨(如鈍綏螨),防治紅蜘蛛、銹蜘蛛。在柑桔旁邊種植藿香薊,幫助增加捕食螨的數(shù)量,穩(wěn)定種群。
3物理機(jī)械防治
一是人工捕殺成蟲。5~6月在白天中午捕殺星天牛,晚上捕殺褐天牛,9~11月晚上捕殺吸果夜蛾。二是利用害蟲趨光性、趨化性誘殺成蟲。如在4月中下旬和5月下旬至6月上旬用黑光燈或糖酒醋液(糖1份、酒2份、醋1份、水4份+0.2%敵百蟲結(jié)晶體)誘殺卷葉蛾[3,4]。三是用性引誘劑誘殺成蟲。在果園內(nèi)掛3~5個(gè)誘集瓶,用“誘蠅醚”誘殺桔小實(shí)蠅成蟲。四是果實(shí)套袋。宜在第2次生理落果后進(jìn)行,并選用單層半透明專業(yè)紙袋。套袋前視果園病蟲發(fā)生情況全面噴藥1~2次。五是樹干涂白。每份涂白劑一般由生石灰10kg、硫磺粉1kg、食鹽0.2kg、水30~40kg配成。用刷均勻地涂于主干及主枝上,可預(yù)防一些病蟲害。
4藥劑防治
冬季清園后用95%機(jī)油乳劑200~300倍液或0.6~0.8°Bé石硫合劑或10~15倍松脂合劑全園噴藥1~2次,減少翌年病蟲侵染源。
4.1病害防治
防治潰瘍病可用25%葉枯寧可濕性粉劑500倍液,或77%可殺得600倍液,或10%世高1 000倍液噴霧。防治黃龍病于新梢期噴藥防治柑桔木虱,是控制該病蔓延的關(guān)鍵措施。防治瘡痂病,第1次在春梢萌動(dòng)時(shí),用0.5%~0.8%波爾多液噴霧;第2次在花謝2/3時(shí),用50%多菌靈可濕性粉劑800倍液,或80%大生M-45可濕性粉劑500~600倍液,或40%滅病威500倍液噴霧。新梢期、幼果期、果實(shí)膨大期結(jié)合防治瘡痂病同時(shí)兼治炭疽病。
4.2蟲害防治
防治潛葉蛾于新梢萌發(fā)不超過(guò)1粒米時(shí)第1次用藥,以后每隔5~7d噴藥1次,直至停梢,可用20%速滅殺丁2 000~3 000倍液,或18%殺蟲雙800倍液,或98%巴丹原粉1 500~2 000倍液噴霧。新梢期防治木虱,黃龍病病區(qū)在秋梢老熟后至少部分冬梢抽出前再噴藥1次,可用80%敵敵畏乳油1 000倍液,或20%速滅殺丁乳油2 000~3 000倍液噴霧。防治蚜蟲可用80%敵敵畏乳油1 000倍液,或20%速滅殺丁乳油2 000~3 000倍液噴霧。介殼蟲在若蟲盛發(fā)期防治,可用40%速撲殺800~1 000倍液,或48%樂(lè)斯本1 000倍液噴霧。防治螨類重點(diǎn)抓好3月下旬至5月上旬和7~10月2個(gè)階段,可用1.8%阿維菌素4 000~5 000倍液,或20%好年冬乳油1 500倍液,或73%克螨特乳油2 000~2 500倍液噴霧。用藥時(shí)注意噴葉的正反兩面,以提高防治效果。重點(diǎn)在清明前后、秋分前后用藥防治天牛,可用棉花蘸少許80%敵敵畏乳油5~10倍液塞入蛀道,用泥封住洞口,毒殺幼蟲。
5參考文獻(xiàn)
[1] 黃金娟.柑橘主要病蟲害防治措施[J].農(nóng)家之友,2009(13):45,74.
[2] 陳春榮.柑橘病蟲害綜合防治技術(shù)[J].農(nóng)技服務(wù),2009(6):50,92.
[3] 徐順成.柑橘主要病蟲害防治措施[J].溫州農(nóng)業(yè)科技,2006(4):35,46.
【關(guān)鍵詞】高電子遷移率晶體管 二維電子氣 技術(shù)路線
1 引言
GaN基HEMT具有大電流密度、高功率密度、低噪聲、良好的頻率特性決定了GaN在軍用民用兩個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景,GaN基HEMT的單位功率密度是GaAs基HEMT的10倍,可以減小系統(tǒng)尺寸并降低阻抗匹配的難度。GaN基功率器件具有較高的工作電壓,一般民用通訊基站前端工作電壓為28V,使用Si和GaAs需要降低工作電壓,需要變壓器,并可能產(chǎn)生失真。GaN基功率器件可以工作于42V,可以減小系統(tǒng)體積和系統(tǒng)復(fù)雜程度,并且GaN基功率器件可以工作在Ka波段以及300℃的高溫環(huán)境,在武器應(yīng)用方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值。其覆蓋1-100GHz的工作頻率可以廣泛應(yīng)用于3G\4G通訊、衛(wèi)星通訊、相控陣?yán)走_(dá)、智能武器等方面。
2 專利技術(shù)發(fā)展路線
GaN是理想的耐高溫、高頻、大功率微波器件材料,1991年美國(guó)APA光學(xué)公司的Khan等人成功研制出世界上首支AlGaN/GaN HEMT,并在美國(guó)提出了專利申請(qǐng)(701,792; 26,528公開號(hào)分別為:US5192987A,US5296359A)分別為具有GaN/AlxGa1-xN異質(zhì)結(jié)的HEMT器件[1],以及制造方法的另一專利申請(qǐng),上述兩項(xiàng)專利申請(qǐng)還不能進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用,處于實(shí)驗(yàn)室階段,但是開啟了GaN基功率器件的研究。
2003年NEC公司通過(guò)引入場(chǎng)板技術(shù)增大器件的柵漏擊穿電壓,功率密度達(dá)到11.2W/mm@10GHz;克里(CREE)在具有InGaN背勢(shì)壘上的SiC襯底上制備的AlGaN/GaN材料上研制了150nm柵長(zhǎng)的HEMT,功率密度達(dá)到了13.7W/mm@30GHz;2008年HRL研制的AlGaN/GaN/Al0.04Ga0.96N的雙異質(zhì)結(jié)HEMT峰值頻率高達(dá)200GHz。
2.1 全球?qū)@麪顩r分析
美國(guó)引用量最多,然后是中國(guó)和歐洲,日本引用的很少,這與日本的撰寫習(xí)慣有關(guān),日本申請(qǐng)人通常只引用自己本國(guó)的專利申請(qǐng),從年代引用的情況來(lái)看,以美國(guó)的引用為例,其變化趨勢(shì)與GaN基HEMT在全球申請(qǐng)隨時(shí)間的變化一致。后繼申請(qǐng)的技術(shù)方案均是以該申請(qǐng)文件中的披露的技術(shù)方案為基礎(chǔ),并沒(méi)有對(duì)器件主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行突破,均是改善行發(fā)明,在提高材料質(zhì)量的大目標(biāo)下,通過(guò)改進(jìn)器件的局部結(jié)構(gòu),如:柵極和源漏極之間的隔離,柵極介質(zhì),柵極形狀,限制溝道區(qū)2DEG的材料等方面改善器件的性能。下邊以克里公司為例說(shuō)明通過(guò)場(chǎng)板技術(shù),提高器件性能。
克里公司在GaN基HEMT器件取得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),得益于期生長(zhǎng)的出其他公司不能比擬的高質(zhì)量的GaN,其場(chǎng)板技術(shù)提高器件的性能,公開號(hào)為CN1950945A的專利文獻(xiàn)[2]及其相應(yīng)的同族,公開了一種晶體管,包含多個(gè)位于一基片上的有源半導(dǎo)體層,并且其源極與漏極與這些半導(dǎo)體層接觸。在這些源極與漏極之間以及多個(gè)半導(dǎo)體層上形成一柵極。在這些半導(dǎo)體層上配置多個(gè)場(chǎng)板,每一場(chǎng)板從該柵極的邊緣朝該漏極延伸,并且每一場(chǎng)板與這些半導(dǎo)體層、以及與這些場(chǎng)板的其它場(chǎng)板隔離。這些場(chǎng)板的最高場(chǎng)板電連接至該源極,并且這些場(chǎng)板的其它場(chǎng)板電連接至柵極或源極,能夠解決場(chǎng)板至漏極電容的引起減小增益影響輸出穩(wěn)定性的技術(shù)問(wèn)題。
2.2 國(guó)內(nèi)專利狀況分析
從我國(guó)主要的申請(qǐng)人可以看出,主要的參與者包括中科院、中國(guó)電子集團(tuán),其中,最為活躍的是中科院半導(dǎo)體研究所,中科院微電子研究所,中國(guó)電子集團(tuán)13所,中國(guó)電子集團(tuán)55所。高校研究者為西安電子科技大學(xué)。主要的研究的企業(yè)為西安能訊半導(dǎo)體。
中科院半導(dǎo)體研究所的特長(zhǎng)在于提供高質(zhì)量的GaN材料,其處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,并實(shí)現(xiàn)了小量供片,國(guó)內(nèi)的西安電子科技大學(xué)的對(duì)GaN基微電子材料進(jìn)行了深入的研究。由國(guó)家牽頭,中科院半導(dǎo)體所和中國(guó)電子集團(tuán)合作,2000年制作出了國(guó)內(nèi)首支GaN基HEMT器件,并由半導(dǎo)體所提供材料,與中國(guó)電子集團(tuán)的13所和55所合作,在2003年制造出C波段大尺寸GaN基HEMT器件,在2004制造出輸出功率大于1W的國(guó)內(nèi)第一支X波段GaN基HEMT器件,2008年制造出X波段GaN基HEMT器件脈沖輸出功率為176W,連續(xù)輸出功率為130.32W,功率密度為17.8W/mm。
3 結(jié)語(yǔ)
本文主要以中文專利摘要數(shù)據(jù)庫(kù)、德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫(kù)和世界專利文摘庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的專利為樣本,通過(guò)分析了國(guó)內(nèi)外大功率GaN基HEMT器件的專利技術(shù)路線,以及主要申請(qǐng)人做了進(jìn)一步分析,總體上來(lái)說(shuō),GaN基HEMT器件結(jié)構(gòu)和已經(jīng)趨于穩(wěn)定,如何進(jìn)一步提高器件的性能成為主要的研究熱點(diǎn)。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:綜放面 遙感掃描聯(lián)動(dòng)噴霧技術(shù) 研究應(yīng)用
1綜放工作面隨機(jī)遙感掃描聯(lián)動(dòng)噴霧技術(shù)課題提出的背景
1、液壓支架放煤和移架是綜采工藝的重要組成部分,液壓支架在放煤和降架過(guò)程中產(chǎn)生的大量粉塵嚴(yán)重影響作業(yè)人員的身體健康,個(gè)別職工防塵意識(shí)薄弱,不考慮粉塵濃度過(guò)大給自己的身體帶來(lái)嚴(yán)重的后果,沒(méi)有安全防護(hù)的意識(shí),只能靠監(jiān)管人員的督促,不能從根本上預(yù)防呼吸性粉塵給職工身體帶來(lái)的危害,這是造成粉塵職業(yè)病的直接原因,因此要求液壓支架使用過(guò)程中必須具備降塵功能。
2、目前,國(guó)內(nèi)采用的降塵方法一般有兩種:一種是使用液壓支架噴霧閥組,這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是控制系統(tǒng)存在竄液、漏液現(xiàn)象,致使噴霧閥或噴霧管路在更換時(shí)容易引起支架千斤頂泄壓自降存在事故隱患,且管路壽命短、維修工作量大等問(wèn)題;另一種是使用光電式支架噴霧系統(tǒng),該系統(tǒng)的主要問(wèn)題是不能實(shí)現(xiàn)工作過(guò)程的全自動(dòng)控制,由于每組架間噴霧的開停需要人工控制,顯得十分繁瑣,在實(shí)際工作中,架間噴霧不能正常使用的情況經(jīng)常發(fā)生。給礦井的安全生產(chǎn)帶來(lái)了極大的隱患,并且此設(shè)備電磁閥故障率極高。
以上情況表明,怎樣減小工作面粉塵濃度是放在技術(shù)人員面前一個(gè)極為棘手的問(wèn)題,現(xiàn)代化礦井的發(fā)展迫切需要一種隨機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)連鎖噴霧。
2綜放工作面隨機(jī)遙感掃描聯(lián)動(dòng)噴霧技術(shù)的原理:
綜采工作面隨機(jī)自動(dòng)噴霧技術(shù)是以前從未實(shí)施的一項(xiàng)噴霧降塵技術(shù),新研制的綜采綜采工作面支架全自動(dòng)噴霧系統(tǒng),采用了先進(jìn)的傳感器程序控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了放頂、移架、綜采機(jī)組運(yùn)行全過(guò)程的自動(dòng)噴霧。
系統(tǒng)采用PLC程序控制器(如圖1)控制,每5套綜采支架設(shè)置一套可編程控制器,5支防塵功能傳感器,
1只紅外接受器及一套電動(dòng)球閥,各控
制器之間采用總線連接,在采煤機(jī)上安裝紅外發(fā)射器或無(wú)線點(diǎn)加密發(fā)射器組件,機(jī)組運(yùn)行時(shí)對(duì)支架噴霧實(shí)現(xiàn)往復(fù)掃描控制,該系統(tǒng)設(shè)有超時(shí)保護(hù)功能。
工作程序是放頂、移架、割煤時(shí),采煤機(jī)發(fā)射器運(yùn)行工作,附近支架上的接受器系統(tǒng)通過(guò)傳感器采集信號(hào),然后控制器根據(jù)接受到的信號(hào)控制噴霧系統(tǒng)開始工作,控制器發(fā)出指令后,降塵系統(tǒng)馬上開始工作,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防塵功能(示意圖如圖2)。
本系統(tǒng)在工作面跟隨采煤機(jī)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)噴霧從而實(shí)現(xiàn)粉塵治理,它利用采煤機(jī)上的光源信號(hào),控制按裝在支架上的主機(jī)、傳感器,利用單向連鎖控制的原理,實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)下行割煤時(shí),下風(fēng)側(cè)的噴霧全部打開,并隨著采煤機(jī)的移動(dòng)依次關(guān)閉,采煤
機(jī)上行割煤時(shí),下風(fēng)側(cè)的噴霧依次打開。確保了采煤機(jī)所在位置的風(fēng)流方向的下方各噴霧點(diǎn)自動(dòng)噴霧技術(shù),大大減少了煤塵對(duì)工作環(huán)境和人員的危害,起到了良好的降塵效果。
3綜放工作面隨機(jī)遙感掃描聯(lián)動(dòng)噴霧技術(shù)的特點(diǎn)。
1、實(shí)現(xiàn)了支架放煤移架時(shí)的全自動(dòng)噴霧功能,解除了人工降塵效果。
2、不改變?cè)幸嚎叵到y(tǒng),改造工作量小,易損件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化,更換容易。
3、可接入防塵濃度傳感器,實(shí)現(xiàn)粉塵濃度, 機(jī)組掃描,支架自動(dòng)控制,支架手動(dòng)控制,地面監(jiān)控三位一體的組合防塵。
4、系統(tǒng)通用性強(qiáng),各種支架均可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)防塵噴霧。
5、支架的移架、放煤、前探板收放,三者可任取兩種進(jìn)行組合防塵。
6、架與架之間的信號(hào)連接采用本安插片式連接,拆裝方便。
7、移動(dòng)或搬遷時(shí)自動(dòng)降塵系統(tǒng)可重復(fù)利用,只需要更換少許易損件,節(jié)省投資。
8、控制器設(shè)有顯示窗,可顯示電源、紅外、支架、工作等運(yùn)行狀態(tài)及故障提示功能,使維護(hù)和故障判斷更方便,快捷。
9、系統(tǒng)除電源箱以外整個(gè)工作面全部采用24v和12v直流電源供電,增強(qiáng)了產(chǎn)品的安全保障性能。
4綜放工作面隨機(jī)遙感掃描聯(lián)動(dòng)噴霧技術(shù)的應(yīng)用及效果。
許廠煤礦是淄礦集團(tuán)在濟(jì)(寧)北礦區(qū)建設(shè)的第一個(gè)現(xiàn)代化礦井,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為150萬(wàn)噸/年,實(shí)際生產(chǎn)能力300萬(wàn)噸/年以上,井田主要可采煤層為3下、16上、和17煤層,3下煤層為首采煤層,各煤層均有自然發(fā)火傾向,經(jīng)鑒定3下煤層自然發(fā)火期為3~6個(gè)月,最短自然發(fā)火期為20±3天,煤塵爆炸指數(shù)為41.27%,煤層具有強(qiáng)爆炸性,防塵工作壓力異常艱巨,此項(xiàng)工作歷來(lái)是“一通三防”的重中之重。
1、綜放工作面隨機(jī)遙感掃描聯(lián)動(dòng)噴霧技術(shù)的使用,有效的降低了工作面的粉塵濃度,粉塵濃度的降低,有效的減少了粉塵的堆積,減輕了礦井的防塵壓力。為礦井的安全生產(chǎn)提供了必要的保障。
2、圓滿解決了綜采工作面架間噴霧使用不正常的問(wèn)題,從根本上消除人的不可靠性;使噴霧系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連鎖,使系統(tǒng)更加更加穩(wěn)定。
3、隨著工作面及巷道粉塵濃度的降低,工作面的工作人員身體的受侵害程度減輕,避免了職工塵肺病的發(fā)生,保障了職工的生命安全和身體健康。
5綜放工作面隨機(jī)遙感掃描聯(lián)動(dòng)噴霧技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益:
綜放工作面遙感掃描聯(lián)動(dòng)噴霧技術(shù)的應(yīng)用,結(jié)束了長(zhǎng)期以來(lái)工作面噴霧靠人工的歷史,年節(jié)省人工費(fèi)約20.1萬(wàn)元; 同時(shí)使工作面粉塵得到了有效的治理,粉塵濃度(全塵)由原先的63mg/min左右降低到目前的20mg/min左右,凈化了工作環(huán)境中的風(fēng)流,減輕了礦井的防塵壓力,減少了用于治理礦井粉塵的費(fèi)用,年節(jié)省費(fèi)用約40萬(wàn)元;保障了職工的身體健康,杜絕了采煤工作面采煤噴霧過(guò)程中的人為主觀行為,使采煤噴霧實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng),減少巷道中的煤塵堆積現(xiàn)象,其社會(huì)效益日漸突顯,具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】遙感技術(shù);農(nóng)田水利;資源;研究
0.引言
近年來(lái),在人們的生產(chǎn)生活中,遙感技術(shù)被運(yùn)用得很廣泛。比較突出,也是比較有用的就是遙感技術(shù)在農(nóng)田水力資源中的利用。這項(xiàng)措舉,是真正意義上的科技興農(nóng)的實(shí)現(xiàn)。是我國(guó)農(nóng)田水利中的飛躍性的進(jìn)步。遙感技術(shù)在農(nóng)田水利資源中被廣泛的應(yīng)用,這樣就對(duì)農(nóng)田的情況進(jìn)行了一個(gè)科學(xué)而精準(zhǔn)的分析。這主要包括農(nóng)田的防洪抗旱、農(nóng)田的灌溉情況,以及農(nóng)田的水土流失治理動(dòng)態(tài)進(jìn)行一個(gè)科學(xué)的分析。遙感技術(shù)可以對(duì)農(nóng)田水利資源做一個(gè)系統(tǒng)的分析,以便提出合理的解決方案。
1.相關(guān)概念分析
遙感技術(shù)主要是在資源勘測(cè)和環(huán)境勘測(cè)中利用的一種技術(shù),這種技術(shù)的作用主要是反映資源的情況,以便相關(guān)部門作出科學(xué)合理的分析。目前來(lái)說(shuō),遙感技術(shù)運(yùn)用的領(lǐng)域非常的廣泛,農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋、水文和氣象都有充分的利用這種技術(shù)。所謂的遙感技術(shù)實(shí)際上就是指的是利用光學(xué)接受電磁波和地面反射而來(lái)的信號(hào)。這種技術(shù)主要是在高空和外層空間進(jìn)行。主要指的是遙感器和波探測(cè)儀器兩種儀器。遙感器將接收而來(lái)的的電磁波和反射信號(hào)記錄好之后再傳回地面的地方,然后進(jìn)行信息的處理、判斷和驗(yàn)證等步驟。實(shí)際上,具體來(lái)說(shuō),這種技術(shù)就是一個(gè)拍攝、掃描以及傳輸信息和信息處理的工作過(guò)程。
2.遙感技術(shù)在農(nóng)田水利資源中的利用
2.1在水土流失治理動(dòng)態(tài)中的應(yīng)用
我們生活的家園土地資源類型多樣,復(fù)雜且多變。由于許多人為因素和自然因素,水土流失嚴(yán)重。人為因素主要是過(guò)度開墾土地,在草原上過(guò)度放牧,以及一些過(guò)度開礦和修路導(dǎo)致的土層松動(dòng),水土流失情況。自然的原因主要是地貌地形、植被氣候、以及土壤和風(fēng)向發(fā)生的自然變化。人為的破壞,導(dǎo)致水土嚴(yán)重流失,是可以避免的,自然的因素是不可抗拒的,但是,也是可以經(jīng)過(guò)人為的努力,達(dá)到一定的改善。例如在一些水土流失嚴(yán)重的地方人工種植固土性很強(qiáng)的樹木和草,也可以在水土流失的地方修建固土的堤壩和成網(wǎng)格的壩子。實(shí)際上,認(rèn)人為的修建壩子只能夠保護(hù)水土不流失一段時(shí)間,只是一種治標(biāo)不治本的做法,而人工種樹一直都是一種比較好的方法,被廣泛的利用到保護(hù)水土流失工程中。
我國(guó)的地理南北東西跨度都比較的大,地理位置復(fù)雜,地形也比較復(fù)雜過(guò)度明顯,氣候多變,冬夏溫差較大,一些南方地區(qū)時(shí)常發(fā)生洪災(zāi),北方地區(qū)時(shí)常發(fā)生旱災(zāi),且北方的風(fēng)沙較為嚴(yán)重。因而,我國(guó)的水土流失較為嚴(yán)重。我國(guó)人口眾多,土地資源總量雖然較多,但地形復(fù)雜,適合耕種的農(nóng)田比例較小,且人均占有量較少,但我國(guó)水土資源流失較為嚴(yán)重,為了緩解水土流失情況,我國(guó)政府投入大量的人力物力進(jìn)行整治。全國(guó)呼吁保護(hù)土地,防止水土資源流失。還大力退耕還林,請(qǐng)專人在水土流失嚴(yán)重地區(qū)種樹。政府能夠有這一系列的方案,還得益于遙感技術(shù)。遙感技術(shù)被廣泛的利用與農(nóng)田水利資源中,在防止水土流失工程中起著至關(guān)重要的作用。遙感技術(shù)將我國(guó)水土流失的情況清晰的傳給相關(guān)部門,為相關(guān)部門提出及時(shí)、科學(xué)合理的方案提供了科學(xué)的資料。一般來(lái)說(shuō),遙感技術(shù)的傳回的結(jié)果都是比較科學(xué)和宏觀的,對(duì)促進(jìn)農(nóng)田水利資源的保護(hù)有著至關(guān)重要的作用。
2.2在防洪抗旱中的應(yīng)用
前面筆者也提到,我國(guó)地理位置廣闊,國(guó)土南北東西跨度都比較大,國(guó)內(nèi)地形復(fù)雜氣候多樣。自然災(zāi)害頻繁發(fā)生。特別是洪災(zāi)和旱災(zāi)嚴(yán)重,古就有南澇北旱的說(shuō)法。但是我國(guó)在應(yīng)付自然災(zāi)害的能力還是比較突出的,這和遙感技術(shù)分不開。遙感技術(shù)對(duì)于防洪抗災(zāi)的影響力是巨大的。實(shí)際上,遙感技術(shù)洪災(zāi)旱災(zāi)的情況反映和緊急救援,以及災(zāi)后的重建工作都有著重要的作用。不止如此,我國(guó)還建立了農(nóng)田洪旱遙感系統(tǒng),這種系統(tǒng)反應(yīng)的是我國(guó)科技的進(jìn)步和對(duì)民眾的關(guān)心。一個(gè)國(guó)家應(yīng)付自然災(zāi)害的能力,往往凸顯的是國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。
洪旱遙感系統(tǒng)主要包括兩種主要的模式。一檢測(cè)災(zāi)區(qū)重點(diǎn)。通過(guò)雷達(dá)衛(wèi)星和地理信息監(jiān)測(cè)出重災(zāi)區(qū),并作出詳細(xì)的評(píng)估,以及對(duì)災(zāi)后的重建作出決策。二是災(zāi)區(qū)宏觀檢測(cè)。利用氣象衛(wèi)星每天讀災(zāi)情進(jìn)行速報(bào),對(duì)災(zāi)情地區(qū),持續(xù)時(shí)間,災(zāi)情損失作出評(píng)估。
實(shí)際上,事實(shí)已經(jīng)有力的證明了遙感技術(shù)在防洪抗災(zāi)等抗擊自然災(zāi)害中的作用是極其重要的。在緊急救援,災(zāi)情監(jiān)測(cè)、以及災(zāi)情評(píng)估和災(zāi)后重建工程中的作用都是極其重大的,可謂是貫穿整個(gè)始終。遙感技術(shù)為相關(guān)部門提供了客觀和全面清晰的信息,這些信息成為有關(guān)部門做出正確決策的有力支撐點(diǎn)。
2.3在河道檢測(cè)中的應(yīng)用
我國(guó)水資源豐富,河流眾多,河流成為我國(guó)大部分地區(qū)飲用灌溉的主要水源。水是生命之源,加之我國(guó)又極為容易發(fā)生洪災(zāi)和旱災(zāi)。因此這就需要我國(guó)多河流實(shí)行檢測(cè)。遙感技術(shù)對(duì)河流的水位情況,河道走勢(shì),河床變化,水質(zhì)變化都會(huì)有清晰的數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)將這些數(shù)據(jù)傳給相關(guān)部門,以便相關(guān)部門掌握詳細(xì)情況,當(dāng)發(fā)生災(zāi)情的時(shí)候,也好及時(shí)作出決策。遙感技術(shù)對(duì)我國(guó)的農(nóng)田水利灌溉和經(jīng)濟(jì)有著至關(guān)重要的作用。
3.結(jié)語(yǔ)
遙感技術(shù)傳送的信息可靠而詳細(xì)。遙感技術(shù)將詳細(xì)的信息資料傳給相關(guān)部門,以此來(lái)幫助相關(guān)部門及時(shí)正確的了解情況,并幫助他們做出正確及時(shí)的決策。在我國(guó)農(nóng)田的水利中廣泛的被利用,極大的促進(jìn)了我國(guó)農(nóng)田水利資源的管理。對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。目前,我國(guó)的遙感技術(shù)水平還是比較高的,但也還需要進(jìn)一步的提高。
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關(guān)鍵詞:羊草;生物量;植被指數(shù)
中圖分類號(hào):S 812;Q 948文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10095500(2013)06003605
遙感技術(shù)具有快速、及時(shí)、準(zhǔn)確、宏觀、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,包括軍事、 監(jiān)視[1]、氣象觀測(cè)[1]、植被分類[1-3]、植被監(jiān)測(cè)[4-7]、土地利用規(guī)劃[8,9]、農(nóng)作物病蟲害[10,11]、作物產(chǎn)量調(diào)查[12,13]等。植被指數(shù)(VI)作為遙感手段中的一種,主要通過(guò)兩個(gè)或兩個(gè)以上波長(zhǎng)范圍內(nèi)的地物反射率相互組合運(yùn)算,增強(qiáng)植被化學(xué)成分或生長(zhǎng)狀況的某一特性或者細(xì)節(jié)[10],從而反映植被特征。在草地科學(xué)領(lǐng)域中,利用遙感技術(shù)測(cè)定草地植被反射率并計(jì)算各種植被指數(shù)值,對(duì)草地生物量進(jìn)行估測(cè),可在不破壞草地的條件下對(duì)草地產(chǎn)量和長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)的監(jiān)測(cè),比傳統(tǒng)的刈割、稱重等方法更為快捷,可以減少人力和財(cái)力的投入,也為草地的科學(xué)管理和合理利用提供可靠依據(jù),對(duì)準(zhǔn)確掌握草地生產(chǎn)資料、計(jì)算草地載畜量、實(shí)現(xiàn)草畜平衡發(fā)展具有重要意義。
早在1974年,Rouse等[14]就發(fā)現(xiàn)植被反射率與植被產(chǎn)量之間具有良好的相關(guān)性,并發(fā)現(xiàn)了歸一化植被指數(shù)(NDVI)。田慶久等[15]將近20年在農(nóng)業(yè)、植被和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面發(fā)展的40多個(gè)植被指數(shù)做了分類和總結(jié),對(duì)各類指數(shù)做出了中肯的評(píng)價(jià)。鄧書斌等[16]總結(jié)了現(xiàn)有的植被指數(shù),并根據(jù)植物中影響植被波譜特征的主要化學(xué)成份,做出27種較為實(shí)用的植被指數(shù),從植物生理的尺度上可了解植被指數(shù)與植物的關(guān)系。但在草地植被遙感監(jiān)測(cè)領(lǐng)域,大多學(xué)者只是使用NDVI、EVI、RVI等指數(shù)估算草原的生物量。如王建偉等[17]就NDVI和RVI在草地地上生物量估測(cè)方面的應(yīng)用進(jìn)行初步探討,認(rèn)為NDVI的使用較RVI廣泛;張凱等[18]應(yīng)用遙感技術(shù)對(duì)甘南草地地上鮮生物量進(jìn)行估算研究,認(rèn)為對(duì)數(shù)模型在草原估產(chǎn)研究中較為準(zhǔn)確;趙冰茹等[19]利用MODISNDVI對(duì)內(nèi)蒙古錫林郭勒草原荒漠、沙地、典型和草甸草原進(jìn)行估產(chǎn)研究,結(jié)果表明草甸草原的擬合效果最好,其線性模型及指數(shù)模型的決定系數(shù)均達(dá)0.7以上。目前,利用遙感植被指數(shù)估算不同草地的生物量已取得一定的成就,但羊草草地作為我國(guó)分布范圍較廣的草原之一,應(yīng)用其他植被指數(shù)進(jìn)行估產(chǎn)方面的研究還鮮見報(bào)道。
基于以上分析,利用手持光譜儀ACS430獲取近地面羊草草地光譜反射率數(shù)據(jù),結(jié)合地上干生物量數(shù)據(jù),分析各種植被指數(shù)與羊草草地生物量之間的相關(guān)關(guān)系,選出較為合適的植被指數(shù)及生物量估產(chǎn)模型,以期為羊草草地地上干生物量的產(chǎn)量測(cè)定提供方法和理論依據(jù),促進(jìn)遙感技術(shù)在草地畜牧業(yè)中的監(jiān)測(cè)和估產(chǎn)應(yīng)用。
1材料和方法
1.1研究地點(diǎn)概況
試驗(yàn)地位于河北省沽源縣內(nèi)的壩上草原,地理位置E 115°39′48″,N 41°45′57″,地處內(nèi)蒙古高原南緣,位于河北省西北部。該區(qū)域地勢(shì)平坦,具有疏緩丘陵、波狀高原的地貌,年均日照2 223 h,平均海拔1 400 m,年均氣溫1.4 ℃,年均降水量400 mm,>10 ℃的年積溫為2 370 ℃。草原是以羊草(Leymus chinensis)為主的草甸草原,伴生種有克氏針茅(Stipa krylovii)、糙隱子草 (Cleistogenes squarrosa)、野古草屬(Arundinella)、拂子茅屬(Calamagrostis)、柴胡(Bupleurum chinensis)、菊葉委陵菜(Potentilla tanacetifolia)、扁蓿豆(Melissitus ruthenicus)、瓣蕊唐松草(Thalictrum petaloideum)、南牡蒿(Artemisia eriopoda)、冷蒿(A.frigida)等蒿類以及冰草(Agropyron cristatum)等。
該試驗(yàn)地為2005年建立的降水梯度和刈割強(qiáng)度為控制因素的18個(gè)試驗(yàn)小區(qū)[20],經(jīng)過(guò)7年的處理,植被生物量已經(jīng)呈現(xiàn)出一定的梯度變化,為此次研究的開展提供了基礎(chǔ)。
1.2研究方法
1.2.1生物量的確定
生物量的測(cè)量選用直接收割法。在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)選擇1 m×1 m的樣方,齊地刈割,裝入標(biāo)記好的樣方袋,帶回實(shí)驗(yàn)室,于烘箱中65 ℃烘干至恒重,稱重。
1.2.2光譜反射率數(shù)據(jù)采集
使用Holland Scientific公司生產(chǎn)的Crop Circle ACS430手持式植物冠層光譜儀測(cè)定光譜反射率。光譜檢測(cè)320~1 100 nm,探頭吸收波段為670,730和780 nm。橫向視角范圍30°,縱向14°。測(cè)量最大高度183 cm,最大范圍2 m,采樣輸出最大頻率20次s。儀器在測(cè)量過(guò)程中不受高度和外界光線的影響。測(cè)量時(shí)探頭垂直向下照射,輻射的區(qū)域在探測(cè)目標(biāo)之內(nèi),測(cè)量波長(zhǎng)為670 nm(ρ670)、730 nm(ρ730)及780 nm的光譜反射率(ρ780)。
1.2.3植被指數(shù)計(jì)算方法
各種指數(shù)的計(jì)算方法見表1。
所有數(shù)據(jù)采用SPSS15.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。
2結(jié)果與分析
2.1植被指數(shù)與生物量的相關(guān)性
對(duì)試驗(yàn)小區(qū)的干草產(chǎn)量與9種植被指數(shù)分別進(jìn)行相關(guān)性分析,各個(gè)植被指數(shù)與羊草的干草產(chǎn)量都呈正相關(guān),相關(guān)性都達(dá)到極顯著水平(P
2.2生物量監(jiān)測(cè)模型的選擇
選取5個(gè)最具代表性的光譜指數(shù)NDRE、ChlI、NLI、WICI1、WICI2,其中,NLI為近紅外與紅邊波段的組合。NDRE、ChlI、WICI1、WICI2是具有紅邊波段的組合。分別擬合光譜指數(shù)與產(chǎn)量的曲線方程,建立以光譜指數(shù)為自變量,產(chǎn)量為應(yīng)變量的估產(chǎn)模型(表3,圖1)。
5種植被指數(shù)與產(chǎn)量建立的二次曲線模型效果都比較好(P
試驗(yàn)采用的所有的植被指數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)性都達(dá)到極顯著水平(P
3結(jié)論
通過(guò)手持光譜儀ACS430對(duì)羊草草地進(jìn)行野外觀測(cè)及草地地上干生物量的測(cè)定,利用光譜反射率計(jì)算所得的植被指數(shù)與羊草產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果表明上述植被指數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)性都達(dá)到極顯著水平,結(jié)合各個(gè)指數(shù)所反映的物理意義,我們選擇植被指數(shù)NDRE來(lái)擬合該草地干草產(chǎn)量,擬合方程為y=0.024+2.249x-7.136x2,R2=0.675。
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關(guān)鍵詞:地質(zhì)礦產(chǎn);勘察;遙感技術(shù);應(yīng)用
中圖分類號(hào): TD98 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
引言
隨著技術(shù)的快速發(fā)展,地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查技術(shù)也在不斷發(fā)展,新的勘查技術(shù)也在不斷應(yīng)用于。遙感技術(shù)方法作為一種新的地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查手段,在地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查難度日益增大的情況下,越來(lái)越為人們所重視。
一、地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查中遙感新技術(shù)的應(yīng)用
遙感技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查主要是在工作的初始階段,在地質(zhì)工作程度低 交通及地理?xiàng)l件較差的地區(qū)尤為重要。遙感影像的地質(zhì)信息去分析成礦地質(zhì)條件,確定地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查遠(yuǎn)景區(qū)和圈定成礦有利地段,為進(jìn)一步開展地質(zhì)評(píng)價(jià)工作提供遙感地質(zhì)依據(jù)。遙感技術(shù)在地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用包括間接應(yīng)用和直接應(yīng)用:間接應(yīng)用則包括地質(zhì)構(gòu)造信息、植被的光譜特征及礦床改造信息等方面,直接應(yīng)用是指遙感蝕變信息的提取。
1.1 遙感技術(shù)間接礦產(chǎn)勘查的應(yīng)用
(1)地質(zhì)構(gòu)造信息的提取
內(nèi)生礦產(chǎn)在空間上常產(chǎn)于各類地質(zhì)構(gòu)造的邊緣部位及變異部位,重要的礦產(chǎn)主要分布于板塊構(gòu)造不同塊體的結(jié)合部或者近邊界地帶,在時(shí)間上一般與地質(zhì)構(gòu)造事件相伴而生,礦床多成帶分布,成礦帶的規(guī)模和地質(zhì)構(gòu)造變異大致相當(dāng)。
遙感礦產(chǎn)勘查的地質(zhì)標(biāo)志主要反映在空問(wèn)信息上。從與區(qū)域成礦相關(guān)的線狀影像中提取信息(主要包括斷裂、節(jié)理、推覆體等類型),從中酸性巖體、火山盆地、火山機(jī)構(gòu)及深部巖漿、熱液活動(dòng)相關(guān)的環(huán)狀影像提取信息(包括與火山有關(guān)的盆地、構(gòu)造),從礦源層、賦礦巖層相關(guān)的帶狀影像提取信息(主要表現(xiàn)為巖層信息),從與控礦斷裂交切形成的塊狀影像及與成礦有關(guān)的色異常中提取信息 (如與蝕變、接觸帶有關(guān)的色環(huán)、色帶、色塊等)。當(dāng)斷裂是主要控礦構(gòu)造時(shí),對(duì)斷裂構(gòu)造遙感信息進(jìn)行重點(diǎn)提取會(huì)取得一定的成效。遙感系統(tǒng)在成像過(guò)程中可能產(chǎn)生“模糊作用”,常使用戶感興趣的線性形跡、紋理等信息顯示得不清晰、不易識(shí)別。人們通過(guò)目視解譯和人機(jī)交互式方法,對(duì)遙感影像進(jìn)行處理,如邊緣增強(qiáng)、灰度拉伸、方向?yàn)V波、比值分析、卷積運(yùn)算等,可以將這些構(gòu)造信息明顯地突現(xiàn)出來(lái)。除此之外,遙感還可通過(guò)地表巖性、構(gòu)造、地貌、水系分布、植被分布等特征來(lái)提取隱伏的構(gòu)造信息,如褶皺、斷裂等。提取線性信息的主要技術(shù)是邊緣增強(qiáng)。
(2)礦床改造信息標(biāo)志
礦床形成以后,由于所在環(huán)境、空問(wèn)位置的變化會(huì)引起礦床某些性狀的改變。利用不同時(shí)相遙感圖像的宏觀對(duì)比,可以研究礦床的剝蝕改造作用;結(jié)合礦床成礦深度的研究,可以對(duì)類礦床的產(chǎn)出部位進(jìn)行判斷。通過(guò)研究區(qū)域夷平面與礦床位置的關(guān)系,可以找尋不同礦床在不同夷平面的產(chǎn)出關(guān)系及分布規(guī)律,建立夷平面的礦產(chǎn)勘查標(biāo)志。另外,遙感圖像還可進(jìn)行巖性類型的區(qū)分應(yīng)用于地質(zhì)填圖,是區(qū)域地質(zhì)填圖的理想技術(shù)之一,有利于在區(qū)域范圍內(nèi)迅速圈定礦產(chǎn)勘查靶區(qū)。
(3)植被波譜特征的礦產(chǎn)勘查意義
在微生物以及地下水的參與下,礦區(qū)的某些金屬元素或礦物引起上方地層的結(jié)構(gòu)變化,進(jìn)而使土壤層的成分產(chǎn)生變化,地表的植物對(duì)金屬具有不同程度的吸收和聚集作用,影響植葉體內(nèi)葉綠素、含水量等的變化,導(dǎo)致植被的反射光譜特征有不同程度的差異。礦區(qū)的生物地球化學(xué)特征為在植被地區(qū)的遙感礦產(chǎn)勘查提供了可能,可以通過(guò)提取遙感資料中由生物地球化學(xué)效應(yīng)引起的植被光譜異常信息來(lái)指導(dǎo)植被密集覆蓋區(qū)的礦產(chǎn)勘查,不同植被以及同種植被的不同器官問(wèn)金屬含量的變化很大,因此需要在已知礦區(qū)采集不同植被樣品進(jìn)行光譜特征測(cè)試,統(tǒng)計(jì)對(duì)金屬最具吸收聚集作用的植被,把這種植被作為礦產(chǎn)勘探的特征植被,其他的植被作為輔助植被。
遙感圖像處理通常采用一些特殊的光譜特征增強(qiáng)處理技術(shù),采用主成分分析、穗帽變換、監(jiān)督分類(非監(jiān)督分類)等方法。植被的反射光譜異常信息在遙感圖像上呈現(xiàn)特殊的異常色調(diào),通過(guò)圖像處理,這些微弱的異??梢杂行У乇环蛛x和提取出來(lái),在遙感圖像上可用直觀的色調(diào)表現(xiàn)出來(lái),以這種色調(diào)的異同為依據(jù)來(lái)推測(cè)未知的礦產(chǎn)勘查靶區(qū)。植被內(nèi)某種金屬成分的含量微小,因此金屬含量變化的檢測(cè)受到譜測(cè)試技術(shù)靈敏度的限制,當(dāng)金屬含量變化微弱時(shí),現(xiàn)有的技術(shù)條件難以檢測(cè)出,檢測(cè)下限的定量化還需進(jìn)一步試驗(yàn)。
1.2 直接應(yīng)用———遙感蝕變信息的提取
巖漿熱液或汽水熱液使圍巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和成分發(fā)生改變的地質(zhì)作用稱為圍巖蝕變。圍巖蝕變是成礦作用的產(chǎn)物,圍巖蝕變的種類(組合)與圍巖成分、礦床類型有一定的內(nèi)在聯(lián)系,圍巖蝕變的范圍往往大于礦化的范圍,而且不同的蝕變類型與金屬礦化在空間分布上常具規(guī)律可循,因此,圍巖蝕變可作為有效的礦產(chǎn)勘查標(biāo)志。
(1)蝕變遙感異常礦產(chǎn)勘查標(biāo)志
圍巖蝕變是熱液與原巖相互作用的產(chǎn)物。常見的蝕變有絹云母化、硅化、綠泥石化、夕卡巖化、云英巖化等。
(2)信息提取的實(shí)現(xiàn)
與地物發(fā)生反射、透射等作用的電磁波是地物信息的載體,地物的光譜特性與其內(nèi)在的物理化學(xué)特性緊密相關(guān),物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)的差異造成物質(zhì)內(nèi)部對(duì)不同波長(zhǎng)光子的選擇性吸收和反射。具有穩(wěn)定化學(xué)組分和物理結(jié)構(gòu)的巖石礦物具有穩(wěn)定的本征光譜吸收特征,光譜特征的產(chǎn)生主要是由組成物質(zhì)的內(nèi)部離子、基團(tuán)的晶體場(chǎng)效應(yīng)或基團(tuán)的振動(dòng)效果引起的。各種礦物都有自己獨(dú)特的電磁輻射,利用波譜儀對(duì)野外采樣進(jìn)行光譜曲線測(cè)量,根據(jù)實(shí)測(cè)光譜與參考資料庫(kù)中的參考光譜進(jìn)行對(duì)比,可以確定出樣品的吸收谷,識(shí)別出礦物組合。根據(jù)曲線的吸收特征,選擇合適的圖像波段進(jìn)行信息提取。
二、地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作中的幾點(diǎn)建議
在地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查工作的發(fā)展過(guò)程中,國(guó)家必須根據(jù)實(shí)際情況建立以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向的宏觀調(diào)控機(jī)制,為地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查工作指明方向,促進(jìn)地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查工作的發(fā)展。
2.1 完善地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查管理機(jī)制,培養(yǎng)創(chuàng)新人才
地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查工作的發(fā)展,與完善的管理制度是密切聯(lián)系的,只有完善的管理制度,才能夠有效地約束地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查人員的工作行為,提高地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查工作單位的整體素質(zhì),進(jìn)而提高地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查工作的技術(shù)水平。同時(shí)還可以通過(guò)完善激勵(lì)制度與工資制度等,培養(yǎng)創(chuàng)新人才,進(jìn)而提高地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查工作的創(chuàng)新能力。另外,完善的管理制度,還有利于提高地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查工作的效率。
2.2 各種地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查方法的綜合應(yīng)用
要從地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查手段綜合應(yīng)用的原則出發(fā),為了實(shí)現(xiàn)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作的發(fā)展,彌補(bǔ)各個(gè)地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查手段的不足,將各種手段綜合應(yīng)用起來(lái),從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的地質(zhì)礦產(chǎn)勘查。比如,在采用遙感技術(shù)地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查時(shí),同時(shí)可以物理探測(cè)手段。
此外,國(guó)家需要構(gòu)建公益性質(zhì)的地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查工作服務(wù)機(jī)制,以明確限定公益地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查與商業(yè)地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查的界限,嚴(yán)禁占有使用礦產(chǎn)權(quán),提高市場(chǎng)的監(jiān)督力度,規(guī)范礦產(chǎn)市場(chǎng)。
結(jié)束語(yǔ)
總之,在地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘中,運(yùn)用新的地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查方法(遙感技術(shù)),遙感技術(shù)具有很大的發(fā)展前景,新技術(shù)在地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘中的廣泛應(yīng)用,為地質(zhì)礦產(chǎn)勘查的發(fā)展起到一個(gè)良好的推動(dòng)作用。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞 遙感概論 教學(xué)策略 地理師范生
中圖分類號(hào):G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
0 引言
遙感概論是系統(tǒng)介紹遙感技術(shù)系統(tǒng)基本原理和方法的基礎(chǔ)課程,其融合理論性、技術(shù)性和實(shí)踐性的特點(diǎn),在我國(guó)高等教育中,不僅是地理科學(xué)、地理信息科學(xué)、測(cè)繪科學(xué)等學(xué)科專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程,同時(shí),在地理師范生教學(xué)體系中,尤其在推行免費(fèi)師范生教育政策的六所部屬高校的地理教學(xué)中,也是重要的基礎(chǔ)理論課程之一。
隨著我國(guó)對(duì)專業(yè)教師培養(yǎng)力度的加大,高等教育地理師范專業(yè)的培養(yǎng)方案趨于科學(xué)和規(guī)范。作為培養(yǎng)方案中的基礎(chǔ)課程,遙感概論課程成為越來(lái)越多的地理師范生要面對(duì)的課程,以筆者所在的陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院的地理免費(fèi)師范生為例,每年約有250個(gè)地理師范生要學(xué)習(xí)該課程,不僅要學(xué),還要學(xué)好。然而,在該課程的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中,由于地理師范專業(yè)的特殊性,筆者發(fā)現(xiàn)還存在諸多問(wèn)題,極大地困擾著地理師范專業(yè)學(xué)生對(duì)遙感概論課程核心知識(shí)的理解與掌握,成為提高地理師范學(xué)科教育質(zhì)量所亟待解決的問(wèn)題。
1 遙感概論課程的“教”與地理師范生在“學(xué)”中存在問(wèn)題
按照地理師范生教學(xué)大綱要求,該門課程需要學(xué)生掌握遙感的基本概念和基礎(chǔ)理論,能力培養(yǎng)方面則要求了解并掌握遙感信息處理的基本原理和方法。然而,該學(xué)科是一門學(xué)科融合和交叉很強(qiáng)的學(xué)科,涉及測(cè)繪科學(xué)、空間信息科學(xué)、電子科學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及其他學(xué)科的相關(guān)知識(shí)。在針對(duì)師范生授課時(shí),其教學(xué)內(nèi)容和授課方式有別于傳統(tǒng)的地理基礎(chǔ)課程,在實(shí)際課堂教學(xué)過(guò)程中,筆者發(fā)現(xiàn)在教與學(xué)之間,存在諸多矛盾,諸如:學(xué)科交叉融合所形成的知識(shí)點(diǎn)眾多與地理師范生基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備不足的矛盾、學(xué)科知識(shí)體系與學(xué)生興趣點(diǎn)不對(duì)接的矛盾、遵從科研實(shí)踐案例引導(dǎo)教學(xué)還是遵從模式化課程體系引導(dǎo)教學(xué)的矛盾、海量遙感影像信息與單一課堂呈現(xiàn)模式的矛盾以及教學(xué)內(nèi)容與師范生工作實(shí)踐脫節(jié)的矛盾。
針對(duì)以上問(wèn)題,筆者與學(xué)生積極互動(dòng)交流,并通過(guò)抽樣調(diào)查的方式,總結(jié)出針對(duì)以上矛盾的可行性較強(qiáng)的解決方案,以供參考。
2 解決方案探討
2.1 深入淺出,教學(xué)初期避免提及過(guò)多專業(yè)術(shù)語(yǔ)
對(duì)于地理信息系統(tǒng)(GIS)專業(yè)學(xué)生而言,遙感概論課程的學(xué)習(xí)是建立在已經(jīng)接受地圖學(xué)、地理信息系統(tǒng)基本原理等基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上的,教師使用專業(yè)術(shù)語(yǔ)有助于提高教學(xué)效率和增加專業(yè)素養(yǎng)培訓(xùn)。然而,在面對(duì)地理師范專業(yè)學(xué)生教授遙感概論課程時(shí),很多的GIS專業(yè)老師忽略了知識(shí)儲(chǔ)備層面上的差異,在教學(xué)初期,使用了大量的GIS行業(yè)術(shù)語(yǔ),諸如:柵格數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)格式、解譯等師范專業(yè)學(xué)生在日常所接觸不多的術(shù)語(yǔ),從而造成學(xué)生在知識(shí)理解上出現(xiàn)困難,產(chǎn)生學(xué)科交叉融合所形成的知識(shí)點(diǎn)眾多,與地理師范生基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備不足的矛盾。在與學(xué)生溝通時(shí),很多學(xué)生均提到這一矛盾。鑒于此,希望教師在該課程授課初期,盡量避免提及大量的GIS行業(yè)的專業(yè)術(shù)語(yǔ),在不可避免提到時(shí),應(yīng)盡量按照學(xué)生熟悉的理解方式,進(jìn)行詳盡深入的闡釋,加強(qiáng)教學(xué)初期學(xué)生對(duì)專業(yè)術(shù)語(yǔ)的理解。調(diào)研結(jié)果顯示超過(guò)95%的學(xué)生認(rèn)可該看法。
2.2 注重PBL(Problem Based Learning)教學(xué)模式的應(yīng)用,用實(shí)際問(wèn)題激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
即使是GIS專業(yè)學(xué)生,在初次接觸遙感概論課程時(shí),最渴望獲得解答的問(wèn)題是遙感技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)生活應(yīng)用和科學(xué)研究活動(dòng)中,能解決什么問(wèn)題。這一問(wèn)題在針對(duì)師范生授課時(shí),更加突出。如果教師不能合理地將解決問(wèn)題的方法和原理告知學(xué)生,學(xué)生會(huì)失去對(duì)該學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣,從而出現(xiàn)學(xué)科知識(shí)體系與學(xué)生興趣點(diǎn)不對(duì)接的矛盾。例如,對(duì)于地形起伏引起的像點(diǎn)位移問(wèn)題,雖然經(jīng)過(guò)原理解析和幾何結(jié)算,但很多學(xué)生仍然存在困惑。筆者引入了在拍大頭照和照鏡子發(fā)現(xiàn)影像存在誤差的生活小細(xì)節(jié)進(jìn)行類比,起到了很好的教學(xué)效果。調(diào)研結(jié)果顯示超過(guò)93%的學(xué)生認(rèn)可該方法。
2.3 注重多媒體教學(xué)方法的使用,利用現(xiàn)代信息技術(shù)展示直觀的數(shù)字遙感成果
遙感技術(shù)作為GIS學(xué)科中的數(shù)據(jù)采集模塊,在教學(xué)過(guò)程中涉及大量的遙感影像數(shù)據(jù),例如對(duì)于高光譜遙感原理的講解,文字的描述顯得極為乏力。因此,傳統(tǒng)的教學(xué)手段不能很好地展示教學(xué)內(nèi)容,這就要求教師必須熟練使用現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段,通過(guò)數(shù)字化、全方位、立體化的展示,增加學(xué)生對(duì)遙感技術(shù)的理解和掌握。調(diào)研結(jié)果顯示,幾乎全部學(xué)生認(rèn)可多媒體的使用。
2.4 注重科研反哺教學(xué)實(shí)踐,靈活使用科研項(xiàng)目引導(dǎo)課堂教學(xué)方法
教學(xué)實(shí)踐如若過(guò)分遵從模式化課程體系引導(dǎo),勢(shì)必會(huì)造成學(xué)生學(xué)習(xí)目的性喪失、盲從的結(jié)果。如果結(jié)合教師所從事的科研項(xiàng)目,按照科研項(xiàng)目引導(dǎo)教學(xué)的方式,在該課程教學(xué)中能收到很好的教學(xué)效果。筆者在實(shí)踐教學(xué)中,進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)。針對(duì)在對(duì)歸一化植被指數(shù)(NDVI)講解時(shí),結(jié)合自己的科研經(jīng)歷,向?qū)W生們?cè)敿?xì)講解了如何利用該指數(shù)進(jìn)行大規(guī)模的農(nóng)作物估產(chǎn),使學(xué)生認(rèn)識(shí)到原理在實(shí)踐中的應(yīng)用,調(diào)研結(jié)果顯示,超過(guò)85%的學(xué)生對(duì)該方式接受或認(rèn)可。
2.5 寓“教”于學(xué),注重學(xué)生教學(xué)技能的熏陶
地理師范生與GIS行業(yè)學(xué)生最大的不同,是大部分學(xué)生畢業(yè)后從事中小學(xué)的地理教學(xué)工作而非從事GIS工程或科研,從而產(chǎn)生教學(xué)內(nèi)容與師范生工作實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題,筆者在課堂上嘗試盡可能利用遙感原理去解釋中學(xué)地理教材中的基本理論。例如,通過(guò)動(dòng)態(tài)氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)洋流變化、通過(guò)熱紅外影像解釋城市的熱島效應(yīng)等,盡可能地顧及師范生的工作實(shí)踐需求。調(diào)研結(jié)果顯示,超過(guò)90%的學(xué)生對(duì)該方式接受或認(rèn)可。
項(xiàng)目來(lái)源:中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(GK 201102012);江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目
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關(guān)鍵詞 旱情;遙感;監(jiān)測(cè)方法;遼寧省
中圖分類號(hào) TP79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739(2013)10-0201-01
遼寧省旱災(zāi)頻繁發(fā)生,且呈現(xiàn)出發(fā)生頻率高、波及范圍廣、危害程度重等特點(diǎn)[1]。遼寧省受旱地區(qū)主要集中在遼西的朝陽(yáng)、阜新、錦州和葫蘆島4市,而近些年來(lái)遼寧的北部、中部以及南部的部分地區(qū)也時(shí)常受到旱災(zāi)的影響,旱災(zāi)的波及范圍明顯擴(kuò)大。旱災(zāi)造成了糧食的減產(chǎn)以至絕收,嚴(yán)重地威脅著糧食安全,對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展也造成了嚴(yán)重的影響。
目前,旱情監(jiān)測(cè)主要是氣象和水利部門通過(guò)建設(shè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn),進(jìn)而獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)旱情監(jiān)測(cè)。用于監(jiān)測(cè)的方法主要有土壤墑情法、降水距平法、連續(xù)無(wú)雨日數(shù)法、Z指數(shù)法等?,F(xiàn)有方法強(qiáng)調(diào)了誘發(fā)干旱發(fā)生的主導(dǎo)因子(土壤水分和降水量)在旱情監(jiān)測(cè)中的重要作用,在一定時(shí)間尺度(旬、月、年)和局部小區(qū)域(監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍)的旱情監(jiān)測(cè)上具有較大的優(yōu)勢(shì)。然而,在抗旱減災(zāi)的實(shí)際工作中,決策者更需要掌握旱情的發(fā)展變化趨勢(shì)以及旱情的區(qū)域分布情況。遙感技術(shù)出現(xiàn)至今,在解決時(shí)空二維尺度問(wèn)題上具有顯著的優(yōu)勢(shì)。目前,已經(jīng)建立了各種旱情監(jiān)測(cè)方法,如熱慣量法、蒸散法、植被指數(shù)法、微波法等[2],并結(jié)合實(shí)際推動(dòng)了這些方法在不同尺度上(全球、區(qū)域等)的應(yīng)用。因此,依托遙感技術(shù)建立適合遼寧省實(shí)際情況的旱情監(jiān)測(cè)方法具有重要的意義。
1 研究?jī)?nèi)容
以遼寧省抗旱規(guī)劃為指導(dǎo)依據(jù),以旱情等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(SL424-2008)為指導(dǎo)規(guī)范[3],充分挖掘現(xiàn)有遙感數(shù)據(jù)和遙感方法的優(yōu)勢(shì),并結(jié)合遼寧省實(shí)際情況,確定一套針對(duì)遼寧省實(shí)際情況的旱情監(jiān)測(cè)方法,為今后遼寧省抗旱減災(zāi)策略的制定提供科學(xué)依據(jù)。
1.1 確定遙感數(shù)據(jù)源
遙感數(shù)據(jù)具有在時(shí)空二維空間揭示旱情發(fā)展變化的重要作用,然而遙感數(shù)據(jù)類型多樣,有不同空間分辨率的影像,有高光譜影像、雷達(dá)影像等,選取合適的遙感數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)遼寧省旱情遙感監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。結(jié)合遼寧省旱情實(shí)際情況,選取遙感數(shù)據(jù)需要考慮以下幾個(gè)方面因素:一是為了實(shí)現(xiàn)遼寧省的旱情遙感監(jiān)測(cè),所選取的數(shù)據(jù)需要覆蓋遼寧省全境;二是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)旱情發(fā)生以及發(fā)展變化的監(jiān)測(cè),所選取的數(shù)據(jù)需要具有較高的時(shí)間分辨率;三是土壤墑情的充沛與否是引發(fā)旱情的主要原因,為了反演土壤墑情,所選取的數(shù)據(jù)需要具有較高的光譜分辨率。由此可見,對(duì)比分析滿足上述條件的遙感數(shù)據(jù)成為旱情遙感監(jiān)測(cè)的重要研究?jī)?nèi)容之一。
1.2 確定旱情監(jiān)測(cè)時(shí)間
確定旱情監(jiān)測(cè)時(shí)間既可以快速有效地?fù)渥降胶登榈陌l(fā)生,又可以盡最大可能地降低工作量。旱情監(jiān)測(cè)時(shí)間的確定主要需要考慮旱情發(fā)生的季節(jié)性。這是確定數(shù)據(jù)源后亟待解決的又一研究?jī)?nèi)容。
1.3 確定旱情監(jiān)測(cè)方法
目前,常用于旱情遙感監(jiān)測(cè)的方法包括熱慣量法、植被指數(shù)法、蒸散法、微波法等,各方法有不同的條件限制和適用性,不同區(qū)域應(yīng)該根據(jù)自身特點(diǎn)選擇上述不同方法。由此可見,確定監(jiān)測(cè)方法需要以下內(nèi)容:一是現(xiàn)有方法的適用條件;二是監(jiān)測(cè)對(duì)象;三是監(jiān)測(cè)對(duì)象的特性。據(jù)旱情監(jiān)測(cè)方法的適應(yīng)性和特點(diǎn),結(jié)合全省旱情實(shí)際,依托遙感技術(shù),探索適合當(dāng)?shù)氐暮登榈燃?jí)監(jiān)測(cè)方法是旱情監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容。
2 研究方法
MODIS是當(dāng)前世界上新一代“圖譜合一”的光學(xué)遙感儀器,具有較高的光譜分辨率、時(shí)間分辨率和多空間分辨率。該數(shù)據(jù)具有36個(gè)光譜通道,分布在0.4~1.4 μm的電磁波譜范圍內(nèi)??臻g分辨率分別為250、500、1 000 m,掃描寬度為2 330 km。在對(duì)地觀測(cè)過(guò)程中,每日或每?jī)扇湛梢垣@取一次全球觀測(cè)數(shù)據(jù),具有較高的時(shí)間分辨率[4]。該數(shù)據(jù)三幅(H26V04、H27V04、H27V05)即可以覆蓋遼寧省全境,每天最多可以獲取4次數(shù)據(jù),其相關(guān)波段可以反演土壤墑情。因此,選取MODIS數(shù)據(jù)作為遼寧省旱情遙感監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)源。
受降水量年內(nèi)分布不均衡的影響,遼寧省干旱的發(fā)生呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性。春旱發(fā)生頻率最高,占干旱總年數(shù)的50%~60%;夏旱發(fā)生頻率次之,占干旱總年數(shù)的20%~30%;秋旱發(fā)生頻率最低,占干旱總年數(shù)的15%~20%;有時(shí)還有春夏旱、夏秋旱乃至春夏秋連旱的現(xiàn)象。由此可見,系統(tǒng)分析以往旱情發(fā)生的時(shí)間,將春、夏、秋3季(即3—10月)作為旱情監(jiān)測(cè)時(shí)間。
遼寧省旱情監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象為地表植被,尤其以農(nóng)作物為主。在監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)(3—10月),作物隨著物候期的變化地表植被覆蓋度呈現(xiàn)出規(guī)律性變化。在3—5月內(nèi),農(nóng)作物以播種、苗期為主,植被覆蓋度較低;在6—10月內(nèi),農(nóng)作物以拔節(jié)、抽穗等為主,植被覆蓋度較高。針對(duì)此種情況,不同時(shí)期選取了不同的研究方法(表1)[5]。
表觀熱慣量模型(ATI):熱慣量是物質(zhì)對(duì)溫度變化熱反應(yīng)的一種度量,反映了物質(zhì)與周圍環(huán)境能量交換的能力,能夠反映物質(zhì)阻止熱變化能力的大小。不同物質(zhì)熱慣量存在較大的差異,通常熱慣量高的物體比熱慣量低的物體,其溫度變化的幅度相對(duì)較小。這就是運(yùn)用熱慣量監(jiān)測(cè)土壤濕度的理論基礎(chǔ)[6]。在實(shí)際應(yīng)用時(shí),常用表觀熱慣量模型(ATI)來(lái)代替熱慣量模型,具體換算公式為:
ATI=■
式中,Td—白天地表溫度;Tn—夜晚地表溫度;A—全波段反照率。
地表溫度植被指數(shù)斜率法(LST/NDVI):植被指數(shù)(NDVI)與地表溫度(LST)之間存在著顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,LST/NDVI直線斜率反映了土壤濕度狀況,LST/NDVI直線斜率越小表征土壤濕度越大,LST/NDVI直線斜率越大表征土壤濕度越小,這就是運(yùn)用地表溫度植被指數(shù)斜率法監(jiān)測(cè)土壤濕度的理論基礎(chǔ)。植被指數(shù)與地表溫度特征空間是由一組LST/NDVI直線構(gòu)成的,這些LST/NDVI直線表示土壤濕度的有效性等值線,即直線上每個(gè)像元的土壤濕度相等。水平的直線為濕邊,斜率最大的直線為干邊。當(dāng)LST/NDVI特征空間達(dá)到理想情況時(shí),即研究區(qū)域足夠大,包括裸土到密閉冠層、干旱到濕潤(rùn)的各種土壤水分狀況,濕邊上的土壤濕度為田間持水量,干邊的土壤濕度理論極限值為零。當(dāng)LST/NDVI特征空間達(dá)不到理想情況時(shí),濕邊上的土壤濕度小于田間持水量,僅表示當(dāng)前情況下土壤濕度的最大值;干邊的土壤濕度大于零,僅表示當(dāng)前情況下土壤濕度的最小值[7]。
LST/NDVI直線斜率的計(jì)算公式為:
σ=LST/NDVI
式中,σ—LST/NDVI直線斜率;LST—陸地表面溫度;NDVI—?dú)w一化植被指數(shù)。依此設(shè)計(jì)的技術(shù)路線如圖1所示。
3 結(jié)果與分析
將上述技術(shù)路線用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)旱情遙感監(jiān)測(cè)功能,旱情遙感監(jiān)測(cè)模塊如圖2所示。其中,數(shù)據(jù)下載工具用于從美國(guó)宇航局(NASA)下載MODIS數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)拼接與投影轉(zhuǎn)換工具利用MODIS TOOL工具對(duì)下載的MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接及投影轉(zhuǎn)換,預(yù)處理工具用于對(duì)拼接轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行定標(biāo)、剪切等處理,表觀熱慣量工具用于反演3—5月的土壤墑情信息,地表溫度植被指數(shù)斜率法工具用于反演3—5月的土壤濕度信息,旱情等級(jí)監(jiān)測(cè)結(jié)果工具用于將土壤濕度信息按照旱情等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)獲取旱情等級(jí)結(jié)果。
2009年遼寧省發(fā)生了嚴(yán)重的旱災(zāi),利用上述模塊對(duì)此旱災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測(cè),反演結(jié)果表明,該文建立的遼寧省旱情遙感監(jiān)測(cè)方法可以應(yīng)用于旱情監(jiān)測(cè)工作中,并能真實(shí)地在時(shí)空尺度上反映旱情的發(fā)生以及發(fā)展變化規(guī)律。
4 參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:3S技術(shù);遙感估產(chǎn);小麥;估產(chǎn)精度;估產(chǎn)模型;NDVI
中圖分類號(hào): F061.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI 編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2014.11.016
農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ),這決定了農(nóng)業(yè)是糧食安全和經(jīng)濟(jì)安全的基礎(chǔ)。利用農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)可以建立城市糧食安全系統(tǒng),科學(xué)地指導(dǎo)糧食生產(chǎn),估測(cè)糧食產(chǎn)量,對(duì)可能發(fā)生的問(wèn)題及時(shí)提供解決方案,能夠有效地提高城市可持續(xù)發(fā)展水平。張家港市是一個(gè)以農(nóng)業(yè)為主的新興城市,在進(jìn)入21世紀(jì)的前10年,張家港市處于快速的農(nóng)村城市化階段[1]。隨著城市化發(fā)展,人民生活水平有了較大幅度改善,但也帶來(lái)了諸多生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。農(nóng)業(yè)用地不斷萎縮,糧食安全問(wèn)題直接影響著張家港市的可持續(xù)發(fā)展。因此動(dòng)態(tài)地大面積監(jiān)測(cè)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)和種植面積,科學(xué)準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)農(nóng)作物的產(chǎn)量等活動(dòng),對(duì)張家港市合理利用耕地資源、控制耕地面積進(jìn)一步減少,對(duì)張家港市各部門制定糧食調(diào)配計(jì)劃,對(duì)確保張家港市糧食安全可持續(xù)發(fā)展,為張家港市進(jìn)行農(nóng)業(yè)決策提供及時(shí)、準(zhǔn)確直觀的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)信息管理平臺(tái)都具有重大意義。
近幾十年來(lái),遙感技術(shù)快速發(fā)展,尤其是近年來(lái)基于3S技術(shù)的估產(chǎn)方法,為農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)的大面積動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、準(zhǔn)確定位種植面積、預(yù)報(bào)農(nóng)作物產(chǎn)量,提供了一個(gè)全新的研究手段和創(chuàng)新平臺(tái)[2-14]。利用3S技術(shù)進(jìn)行農(nóng)作物估產(chǎn)與利用非遙感的傳統(tǒng)估產(chǎn)模式相比,如農(nóng)學(xué)估產(chǎn)模式、氣象估產(chǎn)模式、統(tǒng)計(jì)估產(chǎn)模式[15],能避開很多復(fù)雜的中間過(guò)程,如影響產(chǎn)量的氣候條件[16]、病蟲害、水肥等,以及農(nóng)學(xué)參數(shù)與產(chǎn)量的大量抽樣和統(tǒng)計(jì)計(jì)算,從而用遙感資料與農(nóng)作物產(chǎn)量建立直接的關(guān)系模型。遙感技術(shù)能夠準(zhǔn)確、定量、高效、宏觀地評(píng)價(jià)農(nóng)作物產(chǎn)量變化情況[17]。因此,3S估產(chǎn)技術(shù)與其它估產(chǎn)技術(shù)相比,有著更為廣闊的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。為此,得到了各國(guó)、各地區(qū)的廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展。
國(guó)際上,農(nóng)作物產(chǎn)量的估測(cè)始于20世紀(jì)初,首先從小麥開始。20世紀(jì)70年代,美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)、農(nóng)業(yè)部(USDA) 、國(guó)家海洋大氣局(NOAA)利用遙感技術(shù)聯(lián)合制定并開展“大面積作物調(diào)查試驗(yàn)”計(jì)劃(LACIE),對(duì)世界主要小麥產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)力進(jìn)行估算試驗(yàn),精度達(dá)90%以上。歐盟利用NDVI與土地覆蓋集成和小樣方方法,建立了農(nóng)作物估測(cè)系統(tǒng),用于實(shí)施歐盟區(qū)的共同農(nóng)業(yè)政策。前蘇聯(lián)、法國(guó)、德國(guó)、澳大利亞、加拿大、巴西、阿根毛廷、印度、日本、泰國(guó)等也開展了對(duì)一些主要農(nóng)作物的遙感估產(chǎn)研究[18-20]。我國(guó)從20世紀(jì)80年代開始,首先以小麥為研究對(duì)象,進(jìn)行糧食作物遙感估產(chǎn)的研究?!捌呶濉逼陂g,國(guó)家氣象局開展了北方11省市冬小麥長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)和產(chǎn)量預(yù)測(cè)研究,江蘇省農(nóng)科院、福建省氣象科學(xué)研究所等對(duì)相關(guān)地區(qū)進(jìn)行了水稻監(jiān)測(cè)和估產(chǎn)。此后數(shù)十年,我國(guó)農(nóng)作物遙感估產(chǎn)研究快速發(fā)展,全國(guó)不同研究院所對(duì)不同農(nóng)作物進(jìn)行了大面積動(dòng)態(tài)地長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)和估產(chǎn),陸續(xù)建立了一系列農(nóng)作物估產(chǎn)模型,精度不斷提高[21],主要可以歸納為3類遙感估產(chǎn)模式[22]:“光譜信息―植被指數(shù)―長(zhǎng)勢(shì)信息―產(chǎn)量”模式[23];“光譜―水分與氮素―產(chǎn)量”模式[24];“光譜信息―植被指數(shù)―長(zhǎng)勢(shì)信息―生長(zhǎng)模型―產(chǎn)量”模式[25]。此外,農(nóng)作物遙感估產(chǎn)中引入了一些新技術(shù)和方法,如楊小喚[26]將灰色理論方法用于小麥的遙感估產(chǎn)中;白銳崢[27]、劉婷等[28]研究了基于3S技術(shù)的小麥估產(chǎn)方法。
筆者基于張家港市2005―2008年的TM5影像和IRS-P6影像資料,采用NDVI值比較區(qū)分法,利用3S技術(shù)定量估測(cè)了張家港市8鎮(zhèn)1區(qū)2005―2008年的小麥生產(chǎn)力,建立小麥單產(chǎn)估產(chǎn)模型,同時(shí)進(jìn)行地面小麥生產(chǎn)力統(tǒng)計(jì),并做了精度分析與校正。實(shí)現(xiàn)了利用3S技術(shù)快速、準(zhǔn)確、客觀估測(cè)張家港市小麥生產(chǎn)力的目標(biāo),可為張家港市將來(lái)發(fā)展精細(xì)農(nóng)業(yè)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)管理科學(xué)化、定量化,提供理論依據(jù)和新技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)。
1 材料和方法
1.1 研究地概況
江蘇省張家港市地處北緯31°43′~32°02′,東經(jīng)120°21′~120°52′,位于長(zhǎng)江下游南岸,江蘇省東南部,為蘇州市下轄縣級(jí)市,也是長(zhǎng)江和沿海兩大經(jīng)濟(jì)帶交匯處的新興港口工業(yè)城市,2012年戶籍總?cè)丝?1.02萬(wàn)。全市總面積998.48 km2,其中,陸地面積785.55 km2。陸地東西最大直線距離44.58 km,南北最大直線距離為33.71 km。北寬南窄,呈倒三角形。地勢(shì)低平,土地肥沃。全年平均氣溫16.5 ℃,歷年平均降水量1 050.5 mm,屬亞熱帶季風(fēng)氣候。張家港市是蘇州稻麥一年三熟和晚稻、小麥、油菜一年兩熟、小麥、油菜一年兩熟并重的栽培區(qū),其中主要種植的作物包括小麥、水稻、油菜和棉花等[29]。張家港市下轄8鎮(zhèn)1區(qū),其縣政府位于楊舍鎮(zhèn),同時(shí)該鎮(zhèn)也是張家港市區(qū)所在地。
1.2 主要技術(shù)路線
利用3S技術(shù),以農(nóng)業(yè)系統(tǒng)管理工程理論為指導(dǎo),實(shí)現(xiàn)ETM信息與MODIS信息及不同時(shí)相“天地”資料的疊加分析。基于農(nóng)作物遙感綠度值,即歸一化植被指數(shù)NDVI(Normalized difference vegetation index)、垂直植被指數(shù)PVI(Perpendicular vegetation index)和比值植被指數(shù)RVI(Ratio vegetation index),不同生育期產(chǎn)量資料與植被蓋度的相關(guān)性,通過(guò)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的產(chǎn)量趨勢(shì)分析,和不同種類的農(nóng)作物識(shí)別、分層、播種面積提取方法研究,分析農(nóng)作物生長(zhǎng)、遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)。加工與處理空間數(shù)據(jù)和制作圖件,進(jìn)而在地面調(diào)查統(tǒng)計(jì)和遙感資料數(shù)據(jù)信息處理的交互方式下,構(gòu)建可運(yùn)行決策支持系統(tǒng)及各類農(nóng)作物單產(chǎn)估測(cè)模型,科學(xué)準(zhǔn)確地、動(dòng)態(tài)地大面積估測(cè)江蘇省張家港市小麥的生產(chǎn)力[2-8]。
1.3 遙感資料數(shù)據(jù)處理
購(gòu)買張家港市2005年3月23日TM5影像,2005年9月29日IRS-P6影像,2006年5月3日IRS-P6影像,2006年9月18日TM5影像,2007年1月24日TM5影像,2008年5月2日TM5影像和2008年7月5日TM5影像(購(gòu)買于中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)中心)。時(shí)間分辨率小于20 d,空間分辨率小于30 m。用ERDAS8.7軟件將這些遙感信息源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成IMAGE格式,以便于ERDAS識(shí)別。為了對(duì)遙感影像進(jìn)行地理校正和投影坐標(biāo)類型的轉(zhuǎn)換,我們從張家港市國(guó)土資源局獲取2004年、2005年、2006年和2007年的土地利用圖。所有遙感影像及土地利用圖均采用UTM-WGS84坐標(biāo)系。利用了國(guó)際上使用較多,發(fā)展較為成熟的6S模型(Second simulation of the satellite signal in the solar spectrum)對(duì)各時(shí)期遙感圖片進(jìn)行大氣輻射校正。
1.4 利用3S技術(shù)估測(cè)小麥種植面積
1.4.1 小麥種植面積提取 本研究基于兩景衛(wèi)星圖片資料逐步疊加,逐步限制,利用監(jiān)督分類法提取小麥種植面積。本研究將土地利用圖和遙感影像圖進(jìn)行疊加分析,首先除去非農(nóng)業(yè)用地,然后再進(jìn)行非監(jiān)督分類[30],最后根據(jù)實(shí)際地面樣帶調(diào)查的解譯標(biāo)志進(jìn)行目視解譯,基本可以去除小麥農(nóng)田中的非植被用地。
1.4.2 精度驗(yàn)證 為了確定實(shí)際的土地利用狀況,以便驗(yàn)證遙感估測(cè)小麥面積的精度,在小麥的生長(zhǎng)期內(nèi),利用張家港市土地利用圖和GPS,合理布設(shè)若干條樣條,調(diào)查土地利用圖上的農(nóng)田地區(qū),準(zhǔn)確地對(duì)較大面積的農(nóng)田地塊進(jìn)行定位,以用作監(jiān)督分類中的訓(xùn)練樣本、檢測(cè)樣本和非監(jiān)督分類中的檢測(cè)樣本。
1.5 利用3S技術(shù)建立小麥單產(chǎn)估測(cè)模型
1.5.1 小麥單產(chǎn)監(jiān)測(cè)樣區(qū)布置 依據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)小麥種植條件、生態(tài)環(huán)境和隨機(jī)均勻性,選取面積大小1 hm2的小麥監(jiān)測(cè)樣區(qū)22個(gè)。利用土地利用圖和GPS對(duì)樣區(qū)進(jìn)行準(zhǔn)確定位,在小麥成熟時(shí),每個(gè)樣區(qū)隨機(jī)采集2~5個(gè)采樣點(diǎn)(每點(diǎn)1 m2)對(duì)樣地進(jìn)行單產(chǎn)調(diào)查。當(dāng)小麥?zhǔn)崭詈?,調(diào)查每塊樣地的實(shí)際總產(chǎn)量數(shù)據(jù),用于對(duì)實(shí)際產(chǎn)量的校正和精度驗(yàn)證。
1.5.2 小麥單產(chǎn)估測(cè)模型建立 筆者主要以與小麥產(chǎn)量相關(guān)性較好的生長(zhǎng)期[30]的衛(wèi)片資料為基礎(chǔ),建立關(guān)鍵生育期的小麥單產(chǎn)的遙感(植被指數(shù)形式)估測(cè)模型。因?yàn)槔眯←湷樗肫谇昂蟮倪b感資料建立產(chǎn)量模型精度最高,綜合考慮實(shí)際天氣狀況、遙感影像接收情況和張家港市小麥的物候期,本試驗(yàn)選取最佳的小麥產(chǎn)量估測(cè)的時(shí)相為3月底―5月初。分析遙感資料,提取小麥相應(yīng)生育期的NDVI和地面實(shí)際統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量,建立地面產(chǎn)量與NDVI間的相關(guān)模型。
1.5.3 精度分析與校正 對(duì)張家港市2005―2008年小麥單產(chǎn)與NDVI進(jìn)行相關(guān)性分析,進(jìn)而建立各時(shí)期小麥的單產(chǎn)估測(cè)模型。將不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)的布點(diǎn)數(shù)據(jù)分為兩組,一組用于建立單產(chǎn)估產(chǎn)模型,另一組用于對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。
1.6 數(shù)據(jù)處理與分析
本試驗(yàn)遙感資料數(shù)據(jù)用ERDAS8.7軟件和ArcGIS9.0軟件提取處理和分析,試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel2007軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理和圖表制作、SPSS Statistics 17軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理后進(jìn)行ANOVA單因素多重差異分析,均值差的顯著性水平為0.05。
2 結(jié)果與分析
2.1 利用3S技術(shù)估測(cè)小麥實(shí)際種植面積的結(jié)果與分析
根據(jù)地面樣線調(diào)查所選定的檢測(cè)樣本對(duì)最終分類結(jié)果精度作進(jìn)一步分析,結(jié)果表明,張家港市2005年小麥耕種面積為1.43萬(wàn)hm2;2006年小麥耕種面積為1.63萬(wàn)hm2;2007年小麥耕種面積為2.06萬(wàn)hm2;2008年小麥耕種面積為2.07萬(wàn)hm2??傮w上小麥平均分類精度為94%。
總體上,張家港地區(qū)小麥遙感估測(cè)面積和地面調(diào)查面積的差異為3.51%,即小麥遙感估測(cè)面積與地面統(tǒng)計(jì)面積相比為97.6%。對(duì)于不同的鄉(xiāng)鎮(zhèn),遙感估測(cè)面積和地面調(diào)查面積間的差異性表現(xiàn)出了較大的變動(dòng),差異較大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到了30%,如就平均結(jié)果來(lái)看,面積比率最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為大興鎮(zhèn)和常陰沙,其面積比率分別為34.08%和26.68%。
2.2 利用3S技術(shù)估測(cè)小麥單產(chǎn)的結(jié)果與分析
其中,估測(cè)2005年小麥平均單產(chǎn)為20.5 kg?hm-2;估測(cè)2006年小麥平均單產(chǎn)為24.03 kg?hm-2;估測(cè)2007年小麥平均單產(chǎn)為20.32 kg?hm-2;估測(cè)2008年小麥平均單產(chǎn)為22.81 kg?hm-2。從整個(gè)張家港地區(qū)來(lái)看,遙感估測(cè)單產(chǎn)和地面調(diào)查單產(chǎn)差異小于10%,即估產(chǎn)精度大于90%,其中,2007與2008年小麥差異分別為-7.72%和5.19%。遙感估產(chǎn)小麥平均精度為93.55%,能夠滿足估測(cè)所需要的精度。
2.3 小麥總產(chǎn)量遙感估測(cè)的結(jié)果與分析
根據(jù)單產(chǎn)估測(cè)模型與估測(cè)的小麥的種植面積,可以計(jì)算出張家港市不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)的總產(chǎn)情況。表中:A為土地總面積,AY為遙測(cè)小麥面積,AD為地面統(tǒng)計(jì)小麥面積,MYd為遙測(cè)小麥單產(chǎn),MDd為地面統(tǒng)計(jì)小麥平均單產(chǎn),MYz為遙測(cè)小麥總產(chǎn),MDz為地面統(tǒng)計(jì)小麥總產(chǎn),AR為面積比率,MdR為單產(chǎn)比率,MzR為總產(chǎn)比率。部分計(jì)算公式為:面積比率=(遙測(cè)面積-地面統(tǒng)計(jì)面積)/地面統(tǒng)計(jì)面積×100%,單產(chǎn)比率=(遙測(cè)單產(chǎn)-地面統(tǒng)計(jì)單產(chǎn))/地面統(tǒng)計(jì)單產(chǎn)×100%,總產(chǎn)比率=(遙測(cè)總產(chǎn)-地面統(tǒng)計(jì)總產(chǎn))/地面統(tǒng)計(jì)總產(chǎn)×100%。
筆者對(duì)利用3S技術(shù)估測(cè)的小麥總產(chǎn)數(shù)據(jù)和張家港市統(tǒng)計(jì)局的官方統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù)作對(duì)比與分析研究。2005年遙感估測(cè)小麥張家港市總產(chǎn)為65 463 t,差異為1.11%;2006年遙感估測(cè)小麥張家港市總產(chǎn)為88 012 t,差異為1.74%;2007年遙感估測(cè)小麥張家港市總產(chǎn)為94 334 t,差異為-6.57%。2008年遙感估測(cè)小麥張家港市總產(chǎn)為105 881 t,差異為7.66%。但對(duì)于不同的鄉(xiāng)鎮(zhèn),變異較大,如大興鎮(zhèn),2008年小麥總產(chǎn)比率為49.26%。這表明,利用3S技術(shù)進(jìn)行遙感估測(cè)值與地面統(tǒng)計(jì)值間差異不大。
小麥的估產(chǎn)存在一定誤差的可能原因是,本研究的小麥單產(chǎn)模型是基于小麥生育期內(nèi)遙感資料信息和地面實(shí)際調(diào)查指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)性實(shí)現(xiàn)的,模型的經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng),在張家港市不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)和不同年份的適用性不同。此外,經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),原標(biāo)記為農(nóng)田的地塊,當(dāng)前的可能利用類型有多種,如上半年可能為小麥、油菜、菜地、林地、塑料大棚,甚至是建筑用地,而下半年可能為小麥、棉花、菜地、玉米、大豆、林地、塑料大棚等。
2.4 小麥總產(chǎn)量多年變化的趨勢(shì)分析
3 結(jié) 論
(1)小麥種植面積的精確估算,會(huì)直接影響到小麥產(chǎn)量估測(cè)的精度。在研究中,為了區(qū)分不同作物,筆者使用小麥不同時(shí)相的遙感圖像,利用反射光譜明顯差異的特點(diǎn)對(duì)遙感圖像進(jìn)行處理。此外,利用了NDVI值比較區(qū)分法將與小麥生育期相近的作物,如油菜等作物類型有效地區(qū)分開來(lái)。
(2)2005年小麥耕種面積為1.43萬(wàn)hm2,2006年小麥耕種面積為1.63萬(wàn)hm2,2007年小麥耕種面積為2.06萬(wàn)hm2;2008年小麥耕種面積為2.07萬(wàn)hm2。從整個(gè)張家港地區(qū)來(lái)看,估測(cè)小麥種植面積的精度為97.6%。
(3)遙測(cè)小麥平均單產(chǎn)2005年為4 612.5 kg?hm-2,2006年為5 407.5 kg?hm-2,2007為4 572 kg?hm-2,2008年為5 116.5 kg?hm-2,從整個(gè)張家港地區(qū)來(lái)看,遙感估測(cè)單產(chǎn)和地面調(diào)查單產(chǎn)差異小于10%,即估產(chǎn)精度大于90%;其中,2007與2008年小麥差異分別為-7.72%和5.19%;遙感估產(chǎn)小麥平均精度為93.55%。
(4)基于4年遙感數(shù)據(jù)所獲取的張家港市小麥總產(chǎn)量的變化情況建立模型,可以估測(cè)出張家港市城市化發(fā)展對(duì)當(dāng)?shù)匦←湽┬杵胶獾挠绊懖淮螅←溈偖a(chǎn)量仍然呈現(xiàn)上升趨勢(shì),而耕作面積相對(duì)比較穩(wěn)定。
本研究采用高分辨率影像遙感資料,結(jié)合GPS輔以土地利用圖對(duì)樣區(qū)進(jìn)行準(zhǔn)確定位,并進(jìn)行估產(chǎn)研究,大大提高小麥生產(chǎn)力遙感估測(cè)的精度??傊?,做好農(nóng)作物遙感估產(chǎn)的研究,進(jìn)一步提高估產(chǎn)精度,對(duì)張家港市農(nóng)業(yè)部門制定生產(chǎn)管理決策和糧食的宏觀調(diào)控都具有重要意義。
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