1、遥感在灌区智慧管理中的应用前景 汇报内容一、遥感在灌区智慧管理中的作用二、遥感对土壤含水量的监测三、遥感对地下水变化的监测四、遥感对土壤肥力、污染和盐碱化的监测五、遥感对农作物长势和病虫害的监测1、遥感在灌区智慧管理中的作用 灌区智慧管理的基础是信息采集，遥感除了基础灌区智慧管理的基础是信息采集，遥感除了基础地理、地形、谁系和渠系、水利工程等基本信息外，地理、地形、谁系和渠系、水利工程等基本信息外，还可以采集管理决策有关的重要信息，本报告主要介还可以采集管理决策有关的重要信息，本报告主要介绍遥感在土壤含水量、地下水、土壤肥力、土壤污染绍遥感在土壤含水量、地下水、土壤肥力、土壤污染、盐碱化、病虫
2、害等监测中的作用，从而帮助确定要、盐碱化、病虫害等监测中的作用，从而帮助确定要馆多少水，要施什么肥，要施多少肥，如何控制地下馆多少水，要施什么肥，要施多少肥，如何控制地下水的用量，确定病虫害的范围和程度。水的用量，确定病虫害的范围和程度。遥感在上述应用中已有很多成功的实例，已有了遥感在上述应用中已有很多成功的实例，已有了一些示范区，必将为智慧灌区及现代化灌区的建设提一些示范区，必将为智慧灌区及现代化灌区的建设提供美好的前景。供美好的前景。1、遥感在灌区智慧管理中的作用当前我国卫星遥感发展迅猛，能够应用于灌区智能管理当前我国卫星遥感发展迅猛，能够应用于灌区智能管理的卫星数据源日渐增多，这些数据源
3、基本覆盖了低、中的卫星数据源日渐增多，这些数据源基本覆盖了低、中分辨率以及可见光、近红外、多光谱、高光谱及微波等分辨率以及可见光、近红外、多光谱、高光谱及微波等不同特性的遥感监测手段。不同特性的遥感监测手段。1、遥感在灌区智慧管理中的作用 光谱往往在很大程度上表征了地物的本征特性。光谱往往在很大程度上表征了地物的本征特性。光谱光谱分辨率是遥感器在接收目标辐射的光谱时能分辨的最小分辨率是遥感器在接收目标辐射的光谱时能分辨的最小的波长间隔，或是指对两个不同辐射源的光线波长的分的波长间隔，或是指对两个不同辐射源的光线波长的分辨能力，其辨能力，其提高有助于对地物的精确识别和分类提高有助于对地物的精确识
4、别和分类。高光。高光谱的最大特点就是光谱分辨率高，而遥感的基础就是地谱的最大特点就是光谱分辨率高，而遥感的基础就是地物光谱的唯一性，高光谱波段多，可以在更小的波长范物光谱的唯一性，高光谱波段多，可以在更小的波长范围内找到某一种地物。围内找到某一种地物。灌区智慧管理中的植被参数、土壤肥力、土壤污染、灌区智慧管理中的植被参数、土壤肥力、土壤污染、病虫害等的监测都有赖于高光谱来实现。病虫害等的监测都有赖于高光谱来实现。微波遥感，尤其是主、被动微波结合是目前监测土微波遥感，尤其是主、被动微波结合是目前监测土壤含水量最有效的方法。壤含水量最有效的方法。汇报内容一、遥感在灌区智慧管理中的作用二、遥感对土壤
5、含水量的监测三、遥感对地下水变化的监测四、遥感对土壤肥力、污染和盐碱化的监测五、遥感对农作物长势和病虫害的监测农业干旱，即作物体内水分亏缺，主要是由于土壤供水农业干旱，即作物体内水分亏缺，主要是由于土壤供水与作物需水不平衡造成，这取决于土壤的供水能力和作与作物需水不平衡造成，这取决于土壤的供水能力和作物的生理需求。判断是否发生农业干旱必须从供需两方物的生理需求。判断是否发生农业干旱必须从供需两方面考虑，传统的农业旱情监测主要基于地面站点的土壤面考虑，传统的农业旱情监测主要基于地面站点的土壤墒情数据，没有考虑作物需求，其代表性和完整性有限。墒情数据，没有考虑作物需求，其代表性和完整性有限。遥感技
6、术的发展为农业旱情监测提供了新的途径，其优遥感技术的发展为农业旱情监测提供了新的途径，其优势在于能够同时监测势在于能够同时监测土壤供水土壤供水和和作物需水作物需水状况，使其已状况，使其已成为区域旱情监测的重要手段。当前遥感方法对农业旱成为区域旱情监测的重要手段。当前遥感方法对农业旱情的监测，主要通过反演土壤湿度、作物形态、作物生情的监测，主要通过反演土壤湿度、作物形态、作物生理来指示农业旱情，供水侧主要是反演土壤含水量，需理来指示农业旱情，供水侧主要是反演土壤含水量，需水侧主要是作物长势，结合生态水文的途径正处于深入水侧主要是作物长势，结合生态水文的途径正处于深入研究的阶段。研究的阶段。2、遥
7、感对土壤含水量的监测农业干旱，即作物体内水分亏缺，主要是由于土壤供水农业干旱，即作物体内水分亏缺，主要是由于土壤供水与作物需水不平衡造成，这取决于土壤的供水能力和作与作物需水不平衡造成，这取决于土壤的供水能力和作物的生理需求。判断是否发生农业干旱必须从供需两方物的生理需求。判断是否发生农业干旱必须从供需两方面考虑，传统的农业旱情监测主要基于地面站点的土壤面考虑，传统的农业旱情监测主要基于地面站点的土壤墒情数据，没有考虑作物需求，其代表性和完整性有限。墒情数据，没有考虑作物需求，其代表性和完整性有限。遥感技术的发展为农业旱情监测提供了新的途径，其优遥感技术的发展为农业旱情监测提供了新的途径，其优
8、势在于能够同时监测势在于能够同时监测土壤供水土壤供水和和作物需水作物需水状况，使其已状况，使其已成为区域旱情监测的重要手段。当前遥感方法对农业旱成为区域旱情监测的重要手段。当前遥感方法对农业旱情的监测，主要通过反演土壤湿度、作物形态、作物生情的监测，主要通过反演土壤湿度、作物形态、作物生理来指示农业旱情，供水侧主要是反演土壤含水量，需理来指示农业旱情，供水侧主要是反演土壤含水量，需水侧主要是作物长势，结合生态水文的途径正处于深入水侧主要是作物长势，结合生态水文的途径正处于深入研究的阶段。研究的阶段。2、遥感对土壤含水量的监测农业干旱，即作物体内水分亏缺，主要是由于土壤供水农业干旱，即作物体内水
9、分亏缺，主要是由于土壤供水与作物需水不平衡造成，这取决于土壤的供水能力和作与作物需水不平衡造成，这取决于土壤的供水能力和作物的生理需求。判断是否发生农业干旱必须从供需两方物的生理需求。判断是否发生农业干旱必须从供需两方面考虑，传统的农业旱情监测主要基于地面站点的土壤面考虑，传统的农业旱情监测主要基于地面站点的土壤墒情数据，没有考虑作物需求，其代表性和完整性有限。墒情数据，没有考虑作物需求，其代表性和完整性有限。遥感技术的发展为农业旱情监测提供了新的途径，其优遥感技术的发展为农业旱情监测提供了新的途径，其优势在于能够同时监测势在于能够同时监测土壤供水土壤供水和和作物需水作物需水状况，使其已状况，
10、使其已成为区域旱情监测的重要手段。当前遥感方法对农业旱成为区域旱情监测的重要手段。当前遥感方法对农业旱情的监测，主要通过反演土壤湿度、作物形态、作物生情的监测，主要通过反演土壤湿度、作物形态、作物生理来指示农业旱情，供水侧主要是反演土壤含水量，需理来指示农业旱情，供水侧主要是反演土壤含水量，需水侧主要是作物长势，结合生态水文的途径正处于深入水侧主要是作物长势，结合生态水文的途径正处于深入研究的阶段。研究的阶段。2、遥感对土壤含水量的监测2、遥感对土壤含水量的监测 根据国家民用空间基础设施中长期发展规划根据国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年年)，我，我国将发射一颗陆地水资源
11、星，该卫星将搭载国将发射一颗陆地水资源星，该卫星将搭载主、被动微波传感器、多主、被动微波传感器、多光谱传感器、多角度热红外传感器以及高光谱传感器。光谱传感器、多角度热红外传感器以及高光谱传感器。为多源遥感数据融合实现为多源遥感数据融合实现土壤水分土壤水分反演及反演及冻融态冻融态监测监测提供了可能。提供了可能。为水资源管理、干旱监测、洪涝预警提供数据基础。为水资源管理、干旱监测、洪涝预警提供数据基础。主被动一体化微波探测仪：主被动一体化微波探测仪：L波段，主动波段，主动1.5km，被动，被动18km，幅宽幅宽1000km 多角度红外成像仪：多角度红外成像仪：分辨率分辨率100m，幅宽，幅宽100
12、0km 宽幅多光谱相机：宽幅多光谱相机：分辨率分辨率16m，幅宽幅宽1000km 宽幅高光谱相机：宽幅高光谱相机：分辨率分辨率25m，幅宽，幅宽150km2、遥感对土壤含水量的监测卫星对比卫星对比水资源卫星水资源卫星SMAP卫星卫星参数参数空间分空间分辨率辨率（km）时间分辨时间分辨率率（天）（天）精度精度空间分辨空间分辨率率（km）时间分辨率时间分辨率（天）（天）精度精度辐射计辐射计183363散射计散射计1.5333土壤水分土壤水分18（被）（被）4.5（主（主+被）被）3（被）（被）3（主（主+被）被）ubRMSE0.04 cm3/cm336（被）（被）9（主（主+被）被）3（被）（被）
13、3（主（主+被）被）ubRMSE0.04 cm3/cm3土壤冻融土壤冻融1.5380%3380%土壤水分及冻融态数据产品目标土壤水分及冻融态数据产品目标2、遥感对土壤含水量的监测另外，也可以由多光谱或高光谱卫星直接计算NDVI或NDWI等植被指数，分植被类型建立拟合公式。植被含水量植被含水量通导遥一体化，同时提供定位、导航、授时、遥感、通通导遥一体化，同时提供定位、导航、授时、遥感、通信服务，全天时、全天候、全地域服务于每个人的目标，信服务，全天时、全天候、全地域服务于每个人的目标，建成空天信息实时智能服务系统。建成空天信息实时智能服务系统。遥感信息空间分辨率达到分米级，时间分辨率达到分钟遥感
14、信息空间分辨率达到分米级，时间分辨率达到分钟级。级。PNTRCPNTRC：P P是定位，是定位，N N是导航，是导航，T T是时间，是时间，R R是遥感，是遥感，C C是通是通信。信。第一步提供多星协同观测与传输，提升天基信息对应急第一步提供多星协同观测与传输，提升天基信息对应急响应的服务能力；第二步是多网融合、智能服务，满足响应的服务能力；第二步是多网融合、智能服务，满足天地网络的融合与一体化的协同传输。天地网络的融合与一体化的协同传输。2、遥感对土壤含水量的监测典型根系吸水规律典型根系吸水规律土壤墒情监测仪-“智墒”发现植物需水规律地点：内蒙古-通辽-扎鲁特旗作物：苜蓿草灌溉：喷灌机时间：
15、2015年5月13日-2015年7月1日受旱点受旱点水分曲线变化平缓，在此点以前应该开始灌溉受涝点受涝点地点：广西-来宾作物：沃柑灌溉：滴灌时间：2018年6月12日-2018年6月18日这个关键点出现在灌溉或较好的降雨之后。如果降雨或灌溉后曲线保持2-3天或更长一些，说明这些天土壤发生水涝北京成像技术高精尖创新中心 基于高光谱遥感的植被参数反演基于高光谱遥感的植被参数反演针对不同植被，基于辐射传输模型，开展其在不同光谱下的针对不同植被，基于辐射传输模型，开展其在不同光谱下的反射特征研究，并系统分析了不同参数的敏感度。应用机载反射特征研究，并系统分析了不同参数的敏感度。应用机载SASI和星载和
16、星载Hyperion高光谱数据，提出了新的光谱指数，高光谱数据，提出了新的光谱指数，实现了黑河中游地区的植被含水量的高精度反演。实现了黑河中游地区的植被含水量的高精度反演。不同植被参数在不同植被参数在4002500nm范围内的总敏感度范围内的总敏感度不同植被参数在不同植被参数在4002500nm范围内的总敏感度范围内的总敏感度 汇报内容一、遥感在灌区智慧管理中的作用二、遥感对土壤含水量的监测三、遥感对地下水变化的监测四、遥感对土壤肥力、污染和盐碱化的监测五、遥感对农作物长势和病虫害的监测3、遥感对地下水变化的监测19l 遥感技术在地下水中的应用研究已有半个世纪的历史了，遥感技术在地下水中的应用
17、研究已有半个世纪的历史了，但很长时间来一直应用在通过地质、地貌、植被找寻地但很长时间来一直应用在通过地质、地貌、植被找寻地下水方面。下水方面。l GRACEGRACE重力卫星可以提供全球尺度上阶次数达到重力卫星可以提供全球尺度上阶次数达到120120、时间分辨率为时间分辨率为1 1个月或个月或1 1周的地球重力场模型时变序，基周的地球重力场模型时变序，基于时变序列可以反演得到陆地水储量变化值，特别是对于时变序列可以反演得到陆地水储量变化值，特别是对于数百于数百kmkm2 2和更大空间尺度，可以反演到平均小于和更大空间尺度，可以反演到平均小于1cm1cm的陆地水储量变化。的陆地水储量变化。20l
18、 土壤含水量和地下水储量的变化是引起陆地水土壤含水量和地下水储量的变化是引起陆地水储量变化的主要原因储量变化的主要原因,而地表水、雨雪的变化而地表水、雨雪的变化对陆地水储量的变化影响较小。结合全球陆面对陆地水储量的变化影响较小。结合全球陆面数据同化系统数据同化系统GLDAS GLDAS 数据，就可以估算出地下数据，就可以估算出地下水储量的变化。我国在长江、黄河、海河、黑水储量的变化。我国在长江、黄河、海河、黑河等流域的应用研究表明，利用河等流域的应用研究表明，利用GRACEGRACE卫星数卫星数据对地下水储量的变化、地下水年开采量进行据对地下水储量的变化、地下水年开采量进行估算是可行的，甚至可
19、以与地下水位建立很好估算是可行的，甚至可以与地下水位建立很好的关系。的关系。l 原重力卫星失效后，新卫星可在更小的空间范原重力卫星失效后，新卫星可在更小的空间范围内实现对地下水储量变化的监测。围内实现对地下水储量变化的监测。汇报内容一、遥感在灌区智慧管理中的作用二、遥感对土壤含水量的监测三、遥感对地下水变化的监测四、遥感对土壤肥力、污染和盐碱化的监测五、遥感对农作物长势和病虫害的监测4、遥感对土壤肥力、污染和盐碱化的监测22土壤肥力土壤肥力氮、磷、钾的含量氮、磷、钾的含量 变量施肥处方图变量施肥处方图 kgN/ha(kgN/ha(左为左为 4 4 月月 1111 日，右为日，右为 2626 日
20、日)重金属污染的空间分布重金属污染的空间分布重金属污染重金属污染 盐碱化盐碱化是干旱和半干旱地区典型的生态现象，是干旱和半干旱地区典型的生态现象，次生盐碱化大都由灌溉不当引起。盐碱次生盐碱化大都由灌溉不当引起。盐碱化区域在遥感影像上有较明显的解译特化区域在遥感影像上有较明显的解译特征。征。于阗于阗2001年盐渍化监测年盐渍化监测05101520253035404550409449489529569609649689729769809849波长(nm)反射率(%)于田盐渍地库-新-沙盐渍地 汇报内容一、遥感在灌区智慧管理中的作用二、遥感对土壤含水量的监测三、遥感对地下水变化的监测四、遥感对土壤肥
21、力、污染和盐碱化的监测五、遥感对农作物长势和病虫害的监测5、遥感对农作物长势和病虫害的监测33 病虫害病虫害国内外在作物病虫害遥感监测研究中，主要是针对受国内外在作物病虫害遥感监测研究中，主要是针对受病虫害胁迫作物的光谱特征，开展病虫害胁迫的特征病虫害胁迫作物的光谱特征，开展病虫害胁迫的特征提取。常用的特征提取方法包括基本的光谱运算及变提取。常用的特征提取方法包括基本的光谱运算及变换方法，如敏感波段提取法，光谱植被指数法，微分换方法，如敏感波段提取法，光谱植被指数法，微分光谱分析法，吸收谷光谱分析法，吸收谷/反射峰等光谱位置参数提取法反射峰等光谱位置参数提取法等等)和光谱数据知识挖掘方法，如主
22、成分分析法，小和光谱数据知识挖掘方法，如主成分分析法，小波分析法，神经网络法，支持向量机，偏最小二乘回波分析法，神经网络法，支持向量机，偏最小二乘回归等。归等。条锈病刚发生时光谱曲线与正常光谱曲线对比（拔节期）条锈病刚发生时光谱曲线与正常光谱曲线对比（拔节期）（刘良云等）（刘良云等）条锈病严重时光谱曲线与正常光谱曲线对比（灌浆期）条锈病严重时光谱曲线与正常光谱曲线对比（灌浆期）（刘良云等）（刘良云等）乳熟期条锈病点光谱曲线与正常光谱曲线对比（灌浆期）乳熟期条锈病点光谱曲线与正常光谱曲线对比（灌浆期）（刘良云等）（刘良云等）拔节、灌浆、乳熟期病情指数拔节、灌浆、乳熟期病情指数 （刘良云等）（刘良云等）
