遥感植被指数在农业生态环境监测中的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００４年ｌ１月　农机化研究　第６期　遥感植被指数在农业生态环境监测中的应用　邱庆伦　，赵鸿燕　，郭　剑　，宋福　，吴玉珍　（１．甘肃省第三地质矿产勘查院。甘肃兰州７３００５０；２．南京师范大学．江苏南京　２１００９７；３．甘肃省农　业勘测研究院．甘肃兰州　７３００４６；４．山东省临沭县水利局，山东临沭　２７６７００）　【摘　要】　遥感是现代环境监测的一个先进技术手段，植被指数是利用遥感图像进行植被、生物量等监测　重要指标。在总结相关研究的基础上，对植被指数的种类及在农业生态环境中的适用条件进行了总结和归　纳，并对此项研究今后在环境监测中的应用前景进行了展望。　【关键词】农业工程；农业生态环境监测；应用；遥感；植被指数　【中图分类号】　Ｓ１２７　【文献标识码１　Ａ　【文章编号１　１００３—１８８Ｘ（２００４）０５－－０２１５—０３　。一　围，田庆久“　对大部分植被指数做了归纳和分类。　遥感是指不接触物体本身而获得其信息的一种　３不同植被指数特点及其适用条件　现将一些常用的植被指数的适用环境简单概　述如下（计算详见文献［４］）：　技术。植被指数是用多光谱遥感数据，经分析运算　产生某些对植被长势、生物量等有一定指示意义的　数值。它是推导生物量、生产力以及评价生态系统　结构与功能特征等的重要指标∞　，但植被在遥感图　像上的光谱特性又受植被种类、土壤物化属性、大　气状况以及季节变化的影响。农业生态环境监测有　哪些植被指数，如何利用植被指数对农业生态环境　进行监测，这些问题的解决能够使遥感在环境监测　中发挥更大的作用。　（Ｉ）尺　。其特点是：基本上不受土壤含水量　的影响　，能增强植被与土壤背景之间的辐射差异，　并提供植被反射的重要信息，可用来估算和监测植　被覆盖，是植被长势、丰度的度量方法之一；但该　指数对大气影响敏感，最好运用经大气纠正的数据，　或将两波段的灰度值转换成反射率，消除大气对两　波段不同非线性衰减速的影响后再进行指数的计　算，而且当植被覆盖不够浓密时（／ｂ于５０％），其分　本文在总结相关研究的基础上，对植被指数在　环境监测中的适用条件做了初步总结，旨在推进遥　感在农业生态环境监测中的应用研究，并为相应研　究提供参考。　辨能力也很弱；在植物生长的整个阶段，能较好地　２　植被指数在农业环境遥感监测中的应用　２０世纪７０年代所用的图像基本是以陆地卫星　反映植被的覆盖度和生长状况的差异，特别适合于　植被生长高度旺盛并具有高覆盖度时的植被监测。　（２）ＮＤＶＩ。其特点是：对绿色植被表现敏感，　可以对农作物和半干旱地区降水量进行预测，常被　用来进行区域和全球的植被状态研究。但ＮＤＶＩ对　土壤背景的变化较为敏感，在农作物生长的初始季　１　３号的ＭＳＳ图像为主，植被指数大多从以图像波　段的比值或不同的波段组合来获取；到８Ｏ年代中　期，陆地卫星４号、５号的传感器除ＭＳＳ外，还增　加了ＴＭ传感器，之后图像基本上以ＴＭ图像为主。　随着对遥感机理研究的深入及计算机性能的改进，　有植被指数的研究中，大多数考虑了土壤背景因素　的影响，植被指数的种类基本以土壤植被指数以及　多种调节和转换的植被指数为主。８Ｏ年代末至９Ｏ　年代，随着陆地卫星６号、７号以及ＳＰＯＴ系列卫星　的发射，植被指数的提取有了更多的波段选择的范　节，将过高估计植被覆盖的百分比；在农作物生长　的结束季节，将产生估计低值，在植物生长还不旺盛　而覆盖度处于中一低等程度时，随覆盖度增加而迅速　增大，覆盖度增大到一定程度时就增加很缓慢。该　指数适合于植被早一中期生长阶段的监测。从　ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲ获取ＲＮＤＶＩ具有周期短的特点，再应　用ＧＩｓ进行林火监测，弥补了难以随时更新数据的　不足，提高了森林火灾监测的准确性、及时性和可　行性　。ＮＤＶＩ对火灾后木冠群盖度和长势的变化敏　ｆ收稿日期】２００３—１卜０２　［作者简介】邱庆伦（１　９７２－），男．山东莒南人，工程师．主要研究方向为区域地质调查与国土资源遥感。　２１５．　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００４年ｌ　１月　农机化研究　第６期　感，能增强植被与其非绿色背景之间的反差，所以　测。另外，当植被覆盖浓密≥８０％时，它对植被的灵　在一定程度上能消除（或土壤等）背景的影响　，　敏度下降，适用于植被发育早一中期，或低一中覆　对水灾后生态变化监测有重要意义。　盖度的植被检测。　（３）ＳＡＶＩ。Ｈｕｅｔｅ等（１９８８）为修正ＮＤＶＩ对土　ＳＡＶＩ与ＮＤＶＩ、ＭＳＡＶＩ两种相比，消除土壤背　壤背景的敏感提出了该指数。系数三是由实际区域　景影响和适应植被密度变化的能力更强，是植被信　条件所决定的常量，用来减小植被指数对不同土壤　息提取效果较好的植被指数。用ＳＡＶＩ，关键要确定　反射的敏感性。如在中等植被盖度区，￡一般接近　个合适的土壤调节参数￡，以最大限度地消除土　于０．５。　壤背景的影响　。　（４）ＴＳＡＶＩ。它是在ＳＡＶＩ基础上的进一步发展，　（１４）Ｇ　。原始图像中提取的４个新分量中的　在该指数的计算中，有关土壤背景值的参数直接参　第２分量，称为绿度，反映了绿色生物量的特征。　与了指数的计算。ＴＳＡＶＩ对低植被覆盖区有更好的　（１５）Ｍｉｓｒａ（绿色植被指数）。它是与穗帽变换　指示意义，适用于半干旱地区的植被监测与土地覆　相当的一种光谱植被指数（ＭＧＶＩ）。　被的制图。　由上可知，植被指数许多提取方法，并受到天　（５）ＡＶＩ。其特点是：对土壤背景的变化极为敏　气、环境背景等影响，各种植被指数都有各自适用　感，如水体一湖泊和较大的水库在植被指数图上明显　的条件。在利用植被指数进行各种分析时，要注意　区别于周围环境，随植被量增加而迅速增大。　选用合适的植被指数。　（６）ＶＣＩ（条件植被指数）。其计算式为　ＶＣＩ：：．（ＮＤＶＩｎｏＮＤＶ　Ｉｍｉｎ）ｘ１Ｏ０４结论与展望　（ⅣＤ　—ＮＤＶＩ￣　）　（１）利用植被指数对农业生态环境监测从理论　式中：分母反映了当地植物的生态环境条件，资料　上完全可行，在实际工作中得到了广泛的应用。　越多，年代越久，动态变化范围数值越准，ⅣＤ　。　（２）ＲＶＩ主要用于估算和监测植被覆盖，是植　和ＮＤＶＩ　之差所反映的当地生态环境条件就越客　被长势、丰度的度量；ＮＤＶＩ对绿色植被表现敏感，　观；分子部分在一定意义上表示了当地当时的气象　可用进行农作物长势监测，并对水灾、火灾等灾后　信息，ⅣＤ　～与ＮＤＶＩ　之差很小，表明当年该时段　的评估有重要作用；ＶＣＩ可用来监测当地干旱或洪　作物长势差。ＶＣＩ与降水或作物水份条件相互对应，　涝的严重程度。　其值大小可以反映出当地干旱或洪涝的严重程度以　（３）从现有的研究来看，获取的植被指数除用　及生态环境条件对作物的适宜程度　。　来进行农业生态环境监测，还用于土壤侵蚀特征分　（７）Ａ。针对作物生长阶段测量绿色植被。　析、蝗虫的灾害防治及流行病　、　、“、”　等领域。在　（８）ＭＴＶＩ。将两个不同日期的数值简单相减，　以后的发展中，还将在生态环境的建设与维护、区　是为了观测两个Ｅｌ期植被覆盖条件的变化和作物类　域规划方面有广泛的应用，并将进一步拓宽。　型的分类，并用来探测由于火灾和土地流失造成的　（４）当前，时空分辨率及波谱分辨率更高，提　森林覆盖变化。　取植被指数有更多的波段选择范围。利用植被指数　（９）ＮＤＧＩ。可用来对不同活力植被形式进行检　来实现农业生态环境遥感监测中的信息定量或半定　验。　量的描述指日可待，其应用前景也将更加广阔。　（１０）ＤＶＩ。应用在目前的高光谱遥感研究中，　尤其是在利用高光谱遥感提取植被化学成份信息方　【　参　考　文　献　】　面得到成功的应用。　［１］　吕国楷．遥感概论［Ｍ］．北京：高等教育出版　（１１）ＰＲＩ。针对高光谱遥感的特点，对植被生　社。１９９５．　化特性的短期变化（如一天的植被的光合作用）进行　［２］　陈述彭．世界森林的数字地球监测［Ｊ］．遥感学　探测。　报。２００Ｉ，（Ｉ５）：３２１－３２６．　（１２）ＰＶＩ。较好地滤除了土壤背景的影响，且　［３］　钱峻屏．利用遥感植被指数分析中国东部样带农业　对大气效应的敏感程度也小于其它植被指数。正因　生态系统的生产力格局［Ｊ］．生态学杂志，２００１，　为它减弱和消除了大气和土壤的干扰，所以被广泛　２０（６）：４６—４９．　应用于作物估产。　［４］　田庆久．植被指数研究进展［Ｊ］．地球科学进展，　（１３）Ｄ　。应用远不如ＲＶＩ、ＮＤＶＩ。它对土壤　１９９８。（１３）：３２７—３３３．　背景的变化极为敏感，有利于对植被生态环境的监　［５］　李　京．应用ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ遥感资料对大面积草场　２ｌ６．　维普资讯 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２００４年ｌ１月　农机化研究　第６期　进行产草量定量估算的方法研究［Ｊ］．自然资源学　报，１９９４，９（４）：３６５—３７４．　［９］　高志海．ＴＭ影像ＶＩ提取植被信息技术研究［Ｊ］．干　旱区资源与环境，１９９８，ｌ２（３）：９８一ｌ０４．　何筱萍．归一化差植被指数．（ＮＤＶＩ）在林火监测中的　应用［Ｊ］．林业科技通讯，１９９７，（８）：１８—２０．　高世忠．森林火灾后生态变化监测中植被指数提取　［１０］　杨存建．不同植被指数情况下的中国土壤侵蚀特　征分析［Ｊ］．水土保持通报，２００１，１２（１）：２６－２９．　［ＩＩ］　倪绍祥．遥感与ＧＩｓ在蝗虫灾害防治研究中的应　用进展［Ｊ］．地球科学进展，２００２，１２（１）：９７－１００．　方法的研究［Ｊ］．遥感信息，Ｉ９９７，（１）：Ｉ５－Ｉ９．　蔡　斌．气象卫星条件植被指数监测土壤状况［Ｊ］．　［Ｉ２］　林　涛．植被指数及其在流行病学领域的应用［Ｊ］　国土资源遥感，Ｉ９９５，１２（４）：４５—５６．　中国公共卫生，２００２，Ｉ８（Ｉ）：１０４一１０７．　Ｔｈｅ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ＲＳ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｉｎｄｅｘｅｓ　ｉｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ＱＩＵ　Ｑｉｎｇ－ｌｕｎ１　ＺＨＡＯ　Ｈｏｎｇ－ｙａｎ　，ＧＵＯ　Ｊｉａｎ　，ＳＯＮＧ　Ｆｕ　，ＷＵ　Ｙｕ－ｚｈｅｎ　（１．Ｔｈｅ　Ｔｈｉｒｄ　Ａｃａｄｅｍｅ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００５０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００９，Ｃｈｉｎａ；３．Ｇａｎｓｕ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｕｒｖｅｙ　Ｐｌａｎ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００４６，　Ｃｈｉｎａ；４．Ｔｈｅ　Ｌｉｎｓｈｕ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｌｉｎｓｈｕ　２７６７００，Ｃｈｉｎａ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔｌ　Ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｉｓ　ａ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｗａｙ　ｆｏｒ　ｍｏｄｅｒｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ａｎｄ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｉｎｄｅｘ　ｉｓ　ａ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｎｄｅｘ　ｆｏｒ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｅｔｃ．．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｓｕｍｓ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｉｎｄｅｘ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｍａｋｅｓ　ａｎ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅｉｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓｌ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ｅｎｕｉｒｏｎｍｅｎｔ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　（ＲＳ）；ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｉｎｄｅｘ　（上接第２１２页）　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｅｘｈａｕｓｔ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｆｒｏｍ　１２５ｍＬ　ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅｓ　ＷＡＮＧ　ＷＵ．Ｌｉｎ　．ＨＵＡＮＧ　Ｙｕ－ｊｕｎ　（１．Ｔａｉｚｈｏｕ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔａｉｚｈｏｕ　２２５３００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｌｉｎｈａｉ　ＣＯ．，ＬＴＤ，Ｔａｉｚｈｏｕ　２２５３００，Ｃｈｉｎａ）　ＩＡｂｓｔｒａｃｔ１　Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｂｏｕｔ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｎ　１２５ｍＬ　ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅｓ　ａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．ＣＯ　ａｎｄ　ＨＣ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｔｈｉｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｉｔ　ｃａｎ　ａｌｓｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｄｅｍａｎｄｓ　ｏｆ　Ｅｕｒｏ　ＩＩ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｂｅｉｎｇ　ｆｅｗ　ｉｎ　ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ　ｅｎｇｉｎｅ，ｌｏｗｅｒ　ｉｎ　ｃｏｓｔ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ｉｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｉｔｓ　ｆｅａｔｕｒｅ．　ＩＫｅｙ　ｗｏｒｄｓｌ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｓｃｉｅｎｃｅ；ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅｓ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｅｘｈａｕｓｔ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ；ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　（上接第２１　４页）　Ｎｅｗ．ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｉａｓｔｉｃ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ＣＨＥ　Ｙｕ．ｆａｎｇ　，ＮＡＮ　Ｘｉｕ．ｒｏｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｚｈａｏ．ｈａｎ　（１．Ｗｅｎｚｈｏｕ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｗｅｎｚｈｏｕ　３２５０３５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｉｖｉｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｊｉｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ　２５００２２，Ｃｈｉｎａ）　ＩＡｂａｔｒａｃｔ１　Ｎｅｗ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｗａｙｓ　ｉｎ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｈｏｔ　ｒｕｎｎｅｒ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｇａｓ　ａｓｓｉｓｔｅｄ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｌｄｉｎｇ，ｓｅａｌｉｎｇ　ｇａｔｅ　ｍｏｕｌｄｉｎｇ，ａｎｅｗ　ｍｅｌｔｅｄ　ｍｏｕｌｄｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｃｈａｒａｃｔ　ｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｄｉｆｆｉｃｌｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｔ　ｒｕｎｎｅｒｓ，ｇａｓ　ａｓｓｉｓｔｅｄ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｌｄｉｎｇ，ｓｅａｌｉｎｇ　ｇａｔｅ　ｍｏｕｌｄｉｎｇ，ａｎｅｗ　ｍｅｌｔｅｄ　ｍｏｕｌｄｉｎｇ，　ｗｅｒｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｓｔａｔｅｄ．　１Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓｌ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ；ｐｌａｓｔｉｃ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｈｏｔ　ｒｕｎｎｅｒ　２ｌ７．