反演地表参数时必需尽量消除大气的影响，即进行大气订正可用作ET监测的卫星包括地球同步气象卫星(如GMSFY.2系列等)极轨气象卫星(NOA A 系列，FY-1列等)陆地资源卫星(Landsa5和7等)以及近年上天的EOS系列卫星(TerraAqua等)不同的卫星，其探波段的数量、位置和波谱分辨率不同，过境的时间频度、地面分辨率也不同。由地球同步气象卫星(如GMS可获得每小时甚至每半小时的遥感图像，图像的地面覆盖范围也大，利于作日变化等快速监测;但其探测波较少，特别是地面分辨率太低(地面象元 km难以作较为精细的业务化应用。Landsat卫星的VIS/NIR各波的地面分辨率为3mTIR波段的地面分辨率也可达12mTM或6mETM+利于用作精细的研究和监测验等，但其过境时间每1d才有一次，难以作日常的业务化应用。较为折中的NOA A /A VHRR资料或近年天的Terra以及AquaMODIS资料。利用这些卫星，同一地区每天都可收到不少于两次遥感图象。AVHRR面分辨率为1.kmMODIS地面分辨率对不同波段分别为25m50m和 km0.414.4/.tm共有36个段，MODIS资料不只地面分辨率高，波段数也远比AVHRR多，有的波段的波长选择可使之用于特殊的探测的如反演大气可降水量和气溶胶);各波段波长范围窄(如反演植被指数的MODIS波段1和2与AVHRR波段1和2比拟)因而更有利于避开大气吸收带的影响，提高探测相应参数的灵敏度.

　　1研究意义

　　1.1遥感技术在农业上的应用。

　　控制水肥合理投入，减少环境污染，提高生产效率，遥感技术作为一个新兴技术手段已经广泛的应用于棉花的精准管理当中，随着技术的不时进步，遥感技术在棉田长势监测和营养诊断上已经得到举足轻重的作用 [1]自20世纪60年代空间遥感技术发展以来,遥感技术在各领域得到广泛应用,特别是农业方面,实现了快速准确对农作物产量的估算和作物长势的监测,如美国1974年到1977年的大面积农作物估产实验。1980年到1986年的农业和资源的空间遥感调查计划。其主要目的研制美国所需要的监测全球粮食生产的技术方法,满足美国进行资源管理和了解全球作物产量状况对有关信息的需要,估产精度达到90%以上。遥感技术的发展和应用为作物的种植面积调查、长势监测和产量估算提供了一个新的科学手段。为了提高棉花产量和品质。

　　1.2利用遥感技术进行作物水分管理的研究意义。

　　对于作物干旱的估测和及时的防旱抗旱具有重要的研究价值。因此实时准确地监测作物水分,水分是影响作物光合作用的重要因素之一,水分胁迫对作物长势和产量的影响比任何其它胁迫都要大作物水分含量的定量遥感研究。实施精量控制灌溉既是提高作物产量也是提高水分利用率及水分生产效率的重要途径,尤其在西北干旱区更为重要。

　　1.3利用遥感技术进行作物营养管理的研究意义。

　　氮素是影响作物的产量和收益的关键因素之一。而氮素污染对生态系统和人类健康的危害日益严重[2]温室气体排放、地下水污染和蔬菜硝酸盐超标等都与氮素不适当管理有关。作物氮素利用效率世界平均仅约33%[3]同时均匀单一的激进施肥模式也造成局部地区过量施氮而影响到农作物品质和地下水水质。因此,作物氮素管理是作物管理*重要的环节之一.采取有效的氮素管理措施,合理施用氮肥,有重大的经济和生态意义。近十余年来,国外推荐施肥的一个重要方向是通过施肥调控将土壤中有效养分的含量控制在一个适量水平,既保证产量又不至于引起环境污染的风险[4]土壤、植株快速测试推荐施肥技术体系中,氮肥推荐是核心[5]改进氮素管理,*终取决于对土壤或作物的氮素状况的**评价[6]而借助营养诊断可以指导经济合理地施肥,对已经发生的营养失调,可通过营养诊断查找原因。

　　1.4利用遥感技术进行土壤盐分监测的研究意义。

　　越来越受到资源与环境领域的重视。遥感技术也为土壤盐分监测提供了重要和有效的技术手段。与传统的野外观测的方法相比，现代遥感技术以其可进行多波段、多时相、大面积实时或准实时动态对地监测的特点。不只可及时掌握土壤盐分的时空变化规律，而且可以大大节省人力、物力和时间，从而为大面积实时动态监测土壤盐分含量提供了可能。

　　1.5利用遥感技术进行棉花精准管理的研究意义。

　　世界农业经济中具有举足轻重的地位。新疆是中国棉花的主产区之一，棉花是世界上*主要的天然纺织原料。棉花收入占新疆棉花主产区农民收入的二分之一以上，已经成为新疆农村经济的主要来源。然而新疆棉花高产的面前是人力资源和农业物资的大量投入，化肥的不合理投入不但造成了资源浪费也对生态环境造成了很大威胁。因此，利用现代化的精准农业手段代替局部的人力资源对棉花进行精准管理，提高效率节省利息显得尤为重要。新疆今后的临时发展当中，应该充分利用优越的环境地理资源，突破栽培管理水平的瓶颈，借助现代化高科技管理技术的助推作用，完善棉花产业链，提高经济社会效益，巩固新疆棉花在中国乃至世界上的重要地位。

　　例如遥感监测棉花生长过程中植株水分丰缺状态的研究等等)2国内外研究现状(主要整理国内外目前都做了哪些方面的研究。

　　2.1利用遥感技术进行作物水分监测的研究现状

　　水分亏缺条件下,利用棉花叶片反射率可监测棉株的含水量。Jackson和Ezra认为棉叶的生理、形态特征以及冠层结构决定棉花的光谱反映.由于叶绿体对红光的吸收减弱,棉花叶片红光反射上升,可见光和热红外波段是棉花的敏感波段[7]Willian认为,由于叶片含水量相对小的变化引起细胞膨胀压、气孔导率以及光合作用很大的变化,因此,用近红外(NIR波段估算棉花叶片含水量变化,特别是用NIR反射率估算叶片缺水的生理特征时有缺陷[8]研究结果标明:棉花叶片的光谱反射率随着含水量的下降,可见光和近红外波段都有所增加,中红外波段叶片的一阶导数反射光谱与叶片含水量高度相关,可以用来预测棉株的水分状况;棉花冠层光谱反射率在近红外波段随叶片含水量的降低而降低,而中红外波段的反射率随叶片含水量的降低不呈现规律变化,可能与中红外波段存在着强烈的大气吸收有关。这与田庆久、王纪华在小麦上得到中红外波段1450nm16501850nm波段是地物、航空或卫星遥感敏感波段的研究结果不尽相同[9-11]

　　2.2利用遥感技术进行作物营养诊断的研究现状。遥感技术在棉花氮素营养诊断上的应用)

　　可见光遥感

　　光合作用与400~700nm范围内光合有效辐射的吸收有关,棉花的生长、发育依赖于光合产物的积累.该波段棉花对光以吸收为主,其反射率较低,透射率也较低。叶色、叶片结构及水分状况、长势长相不同,对白光中不同光质的吸收和反射情况也不同。纤维素含量与红边波长、红谷反射率相关性检测达极显著水平,与绿峰反射率相关性检测达显著水平[14]可以利用数码相机或航空像片获取棉花的冠层图像。雷咏雯等用数码相机摄影获得棉花冠层影像,采用计算机辅助研究了棉花冠层影像光谱特征与棉花施氮量间的关系,研究标明:随着施氮量的增加,棉花冠层红光通量下降,蓝光、绿光通量增加[12]冠层红(R绿(B蓝光(G通量的比值B/R+G可以灵敏反映棉花施氮量的变化,因此可以作为棉花氮素叶色计算机辅助营养诊断的特征值(指标)[12]虽然没有提供模型,但也为在新的领域里研究棉花的营养信息诊断奠定了基础。以数码相机为传感器对作物进行可见光遥感,并在计算机上对得到数字图像进行处置与分析,同时结合保守的实验室化学分析,通过颜色指标与生理生化指标的相关性分析,建立模型,可望实现无损测试和生长动态的监测。而高光谱遥感作为新兴学科,已成为精准农业的重要技术手段之一。高光谱遥感技术既能对目标成像(有时也称成像光谱遥感)又能丈量目标物的波谱特性,因此,不只可以用来提高对农作物和植被类型的识别能力,而且可以用来监测农作物长势和反演农作物的理化特性[15]

　　高光谱遥感

　　获取许多非常窄且光谱连续的图像数据的技术。成像光谱仪为每个像元提供数十至数百个窄波段(通常波段宽度小于10nm光谱信息,高光谱分辨率遥感是指利用遥感仪器在特定光谱域以高光谱分辨率(光谱分辨率在10nm之下)获取连续地物光谱图像的遥感技术。电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域.能发生一条完整而连续的光谱曲线。高光谱遥感与常规遥感的区别在于惯例遥感又称宽波段遥感,波段宽一般100nm,且波段在波谱上不连续,并不完全覆盖整个可见光至红外光(0.4~2.4Lm光谱范围[15]棉花氮素营养水平,通过测试冠层光谱,可以加以区分。刘占宇等研究表明,不同氮素水平的棉花光谱反射率差异显著,即在可见光波段,随供氮水平的提高,光谱反射率降低;近红外波段,光谱反射率随供氮水平的提高而增加[16]同时,不同种植密度的光谱反射率,由于叶绿素含量、叶面积指数等因素的差别,近红外波段变化明显,随密度增加反射率提高;可见光波段的差异却并不明显,反射率比较接近[16]可以用高光谱遥感来测试棉花冠层,从而达到区分不同氮素水平的目的,让棉花光谱氮素营养诊断成为可能。孙莉等研究指出,从高光谱遥感数据以及它各种变换形式中,棉花氮素营养状况参量,主要基于棉花叶片特征光谱是由其化学成分和形态学特征决定的[17]由一阶微分光谱衍生出基于光谱/红边0位置变量的分析方法,/红边0变幅、形状和面积包含了各波段的信息,这些波段综合发生的变量所构造的模型,为棉花氮素营养参数的估计提供了预测能力[17]氮肥是棉花一生中用量*大且需要**施用的肥料,棉花光谱分析能快速、简便、较**、非破坏性地监测植物氮素营养水平,可及时提供追肥信息。应用高光谱数据估计棉花生长氮素参量,建立棉田冠层氮素营养特征信息的高光谱数据诊断指标体系,对于科学的水、肥投入、精准种植棉花、提高棉花田间管理水平具有重要意义。棉花的叶面积指数、叶绿素含量、全氮含量、水分含量均与其高光谱数据有很好的对应关系,研究标明,用可见光波段一阶微分数据的线性模型估测棉花叶片含水量、叶绿素含量、叶面积指数以及用1300~1500nm波段的叶片比值反射率*小值估测叶片含水量均取得了较好的结果。花铃期是利用高光谱遥感对棉花进行长势和养分诊断分析的*佳时期,有必要建立基于高光谱数据的棉花生长状况诊断指标体系,通过棉花叶片和冠层的光谱信息对棉花的水肥供应状况进行评价,同时也有助于理解航空高光谱遥感数据中的棉花长势信息[18]

　　2.3利用遥感技术进行土壤盐分监测的研究现状(土壤盐分含量的遥感反演及其在东亚飞蝗研究中的应用)

　　国外研究进展

　　这方面的研究主要是结合土壤盐碱化的遥感监测发展起来的80年代，土壤盐分信息的遥感反演始于20世纪70年代。研究工作主要是依据含盐土壤和盐生植物的光谱特征进行目视判读，以达到监测土壤盐分含量和相关制图的目的同时也有人用监督分类法提取盐碱土信息。90年代以来，由于遥感数据更加丰富，遥感数据的光谱分辨率、空间分辨率、时间分辨率的不时提高，土壤盐分含量的遥感监测研究更加活跃，机理研究也更受重视。研究发现(Boa1995与一般耕地相比，盐分含量较高的土壤在可见光和近红外波段的光谱响应较强;而且土壤的盐分含量越高，光谱响应越强;但在红光和绿光波段，地面植被会影响含盐土壤的光谱响应，另外，太阳高度角、土壤含水量也会影响含盐土壤的光谱响应。土壤盐分遥感监测的另一个途径是通过植被间接地推断土壤盐分状况。其原理是土壤中盐分含量影响着植被的类型、生长状况和分布等，因此，植被可以在一定水平上反映出土壤中的盐分含量，特别是对于那些对盐分敏感的作物。

　　国内研究进展

　　早期主要依赖遥感影像的目视判读进行土壤盐分含量的分析。彭望录(1988用翔数据对河北省雁北阳高县的土壤盐碱化进行了分析，国对土壤盐分遥感监测的研究起步较晚。研究中，对K一T变换处置方法、规范黑色合成和K一L变换方法进行了比拟。结果标明，经过K一T变换，得到三个分量(亮度、绿度、湿度)地学意义明确，合成效果好，分离了绿度，可较好地突出了土壤的信息，可提高对盐碱土的判读分析效果。再如施俊法(1993对盐泽土壤的研究发现对于圈定盐泽化土壤来说，MT波段的20种3个波段的组合中，波段l35组合*好。

　　国学者在研究中十分重视地理综合分析与影像特征相结合的方法。例如，此外。彭望录(1997研究了地下水埋深、地下水矿化度和地貌因子对土壤盐碱化的影响，并利用地理信息系统(GIS技术，并结合遥感数据和专家经验，建立了用于综合分析土壤盐碱化的数学模型。关云秀则运用综合分类法对土壤盐碱化进行了研究主要做法是:①通过多季相图像数据的综合，挖掘图像的时间信息;②通过监督分类与非监督分类的结合，挖掘影像的光谱信息;③通过分类后处理过程，运用图像空间或结构信息，进行地学相关规律的综合分析，进一步消除同物异谱和异物同谱现象对分类结果的干扰。骆玉霞利用遥感图像提取盐碱土的光谱特征和纹理特征，进行特征选择，对角度分类器和距离分类器进行了比较研究，也对遥感信息单要素分类与遥感信息综合分类进行比较研究。吴志芬等(1994对黄河三角洲的盐生植被与土壤盐分的相关性进行了深入研究，发现:盐生植被的类型、空间分布、植株所含的化学成分、生物累积水平和演替等与土壤盐分含量有十分密切的关系。研究证明随土壤盐分含量的增加，群落的组成种类减少，群落盖度降低，而耐盐强度大的翅碱蓬则逐渐增多，*后成为群落的单优势种。许迪(2003用LA NDSA T卫星遥感影像数据，以及监督分类、植被指数(NDVI等遥感图像处置方法，对黄河上游的宁夏青铜峡灌区进行了土壤盐碱分布监测的应用研究。近几年来，国内学者利用微波遥感来监测土壤盐分含量，例如，胡庆荣(2003通过丈量和分析含水含盐土壤的介电特性，尤其针对介电常数虚部，建立盐分含量、含水量与介电常数之间的关系模型。

　　国内外学者在土壤盐分的遥感监测上己做了很多研究，综上所述。取得了许多研究效果，这些都为本文的研究提供了有意义的借鉴。然而，总体上来说，以前在这一领域的研究大多还是定性分析的层面上，定量研究尤其是机理研究还较薄弱。此外，微波和高光谱等新技术手段，从理论上说在监测土壤盐分上有很好的应用前景，但因目前技术仍不很成熟，如相关的理论模型及定标、校准等问题还没得到很好解决，因此，还有待进一步研究和改进。

　　3研究方法

　　基于光谱的无损遥感监测诊断技术近年来得到广泛的关注。高光谱技术正由定性或半定量向**定量方向发展，近年来。由手工测试向智能化测试方向发展。目前，针对作物光谱的无损测试技术己成为国内外研究的热点。基于光谱营养诊断的主要方法有：图像分析技术法、主动遥感光谱仪法和卫星遥感光谱法等。

　　①数字图像分析技术

　　随着数字图像处置技术的不时发展。国际上已经开始有一些研究者应用数字图像处置技术进行作物的营养监测。由于数码相机价格的不时下降，近年来。数字图像的获取上，也逐步从*初的普通黑色、红外摄影获得底片后扫描的方式转变为数码相机直接获取。

　　颜色特征的表述和提取存在两个问题：1.颜色参量如何有效的反映物体颜色的实质并且同人的感觉相一致。2图象识别是对物体外观颜**域的判别，计算机进行图象分类识别的实际操作时。其特征的表达主要来自统计方法，如何合理的表达物体外观颜色的差异而且便与计算机处置是关键的一环。基于这两点，国内外的专家、学者进行了大量的研究。RGB颜色空间在表达图象颜色信息进行图象处理、识别、检索和分类的研究中。也得到广泛的应用。这方面主要集中在直方图和颜色参数的统计特征上。

　　利用颜色特征进行图象分类检索的方法仍然主要基于直方图，所不同的对直方图的处置方法在逐渐改进。MJswajnandD.H.ballard1991对颜色索引的研究中提出了直方图相交法;B.V.FruntandG.D.Fimlayson1991颜色常簧索引中运用了比例直方图法,目前为止。B.M.MehtrM.S.kankanhelaL,1995图象恢复的颜色匹配研究中，分别使用了直方图距离法，参考颜色表法和聚类算法：MStrickerandM.Orengo1995黑**致相似性的分析中使用了累加直方图法、IHS中心矩法等;Ennesser1995提出了局域的直方图方法，州丁黑**象中物体的定位：Y.YaginumaandM.Sakauchi1994对运动图象恢复的研究中，对上述算法在IHS或MTM空间进行了应用。国学者刘忠伟(2000对以上各种算法进行了比较和评价，结果如下：无论在IHS空间或MTM空间.累加直方幽法均优丁一般商方图法，加权距离法比欧氏距离法总体上没有明显改善.MTM空间比IHS空间也没有明显优势，而中心距法简单，检索速度快，通过调整加权系数，检索精度可以接近累加直方图法。

　　直方图法是对图象区域空间的表达和匹配，黑**象的颜色表征中。试图从整体上分析颜色的分布、布局，作为表达对象的特征量，具有较好的通用性，这是直方图法得以广泛应用的优势所在然而，人多数直方图法在颜色的表达中没有考虑到人眼的视觉感受，对颜色模型中颜色参量含义及其对图象像素问关系等信息的忽略，直方图法的缺乏之处。并且多数学者认为直方图对亮度敏感性、稀疏直方图对噪声敏感性、计算量大等仍是直方图法需要进一步改进的地方。为弥补直方图法的缺乏，近年来，对颜色空间的基本参数进行分析、统计、处置来提取颜色特征在一些应用中表现出好的效果。

　　图像经软件处置获得了冬小麦冠层的绿，Adamsen等(1999应用数码相机在田间直接获取小麦黑**像。红光比值，该比值与小麦叶

　　但未与作物氮素营养状况进行相关性分析。2000年Adamsen等又利用数码相机和数码图像分析技术研究了快速计算植物开花数*的方法。Lukina等(1999应用数码相机获取田间小麦冠层图像并通过图像处置获得小麦冠层覆盖度，片叶绿素测定值(SPA D值)及NDVI指数有很好的相关性。估计了冬小麦冠层生物量。

　　夏玉米6叶期为*佳诊断时期。王连君等研究用数码相机获取不同氮处理下的图像，利用G/R+G+B值的范围得出草莓开花期与结果期的氮肥推荐用量,如肖焱波(2008等研究冬小麦拔节期氮素营养状况,张立周等研究认为夏玉米红光标准化值[R/R+G+B]较好地表征冬小麦拔节期氮素营养状况的指标。反馈草莓氮素营养状况,进行氮素营养诊断。雷咏雯利用数码相机获得棉花冠层图像，并提取相关生物参数;王娟提取和筛选出了表征棉花氮素营养状况的特征光谱参数，并结合叶绿素仪、便携式光谱仪，通过田间校验，均获得了较高的正确诊断率。

　　②主动遥感光谱法

　　并在多个国家进行了示范和推广使用。GreenSeek光谱仪是上世纪90年代中后期美国Oklahoma俄克拉荷马州)州立大学开发的目前国际上*先进的一种地面主动遥感高光谱仪器。依据作物的生长状况指导施肥方面进行了研究。

　　作为自身光源。这些光经作物反射后再被遥感头前部的光敏二极管所接收和测量,GreenSeek通过其前端的传感头中的高强度的发光二极管发射的红光、绿光和近红外光.并通过一个电子滤波器消除所有的背景光。所采集的信息经过滤后传递给GreenSeek所携带的掌上电脑,并通过专用的软件由其计算出NDVI值及红外、近红外波段值等并予以储存。由此即可根据其所采集的NDVI及NIR/R数据来分析作物的氮素状况,指导施肥。

　　该仪器已经在美国、澳大利亚、法国、西班牙、厄瓜多尔、墨西哥、阿根廷、印度、加拿大等国应用。美国有约20个州使用该仪器研究氮素利用效率和精准农业管理。2001年开始在俄克拉荷马州等地的小麦、玉米、大麦、棉花、大豆、甜菜等作物上应用,据报道。取得了很好的效果。利用装置有GreenSeek传感器的施肥机实现了米级超高分辨率的变量施肥,并可监测作物长势,预测产量,得出变量**图用于精准农业管理。

　　此仪器可用于冬小麦的氮素精准管理。郭建华等(2008对玉米氮素营养诊断研究标明，中国科学院栾城农业生态系统试验站于2003年与俄克拉荷马州立大学和美国农业部水土坚持研究所的科学家联合开展了应用GreenSeek技术的小麦-玉米两熟下作物氮素亏缺诊断和估产模型研究。李立平等(2006研究标明GreenSeek测得的NDVI小麦干物质重、地上部氮素积累量、籽粒产量、地上部氮素积累量、籽粒氮素积累量之间存在显著相关性。GreenSeek所测得的NDVI值和氮肥施用量有显著相关性，此仪器与叶绿素仪SPA D结合能够对玉米的氮素营养状况作营养诊断。卢艳丽等(2008研究标明不同氮素处理冠层NDVI变化与叶片叶绿素a含量在整个生育期内变化趋势一致，NDVI对叶绿素变化*敏感的时期是大喇叭口期。利用GreenSeek获取的NDVI值为生产中诊断春玉米叶绿素或氮素状况提供了有效手段。

　　叶绿素计法的必需接触测定和大范围丈量工作量较大的缺点,GreenSeek法既克服了激进方法时效性差,对作物发生伤害。也摆脱了主动高光谱遥感对外界光源的需求。而利用卫星遥感等主动遥感技术进行氮素亏缺的光谱分析经常受到大气状况及分辨率等的影响,很难满足精准施肥管理的需要。且GreenSeek光谱仪能提供高解析度,低大气干扰的NDVI数据,获取数据快捷(每秒钟即可读取10次NDVI数值),数据量大,能够将所获取的植被信息直接转换成NDVI数值予以存取,可以实现对作物长势的实时监测和作物氮素亏缺的实时诊断。

　　③卫星遥感技术

　　一系列新的卫星发射上天，卫星遥感技术自20世纪90年代以来迅速发展。其星载传感器的种类、探测精度、实用性能等等都远胜过去。与此相应，包括ET监测的遥感应用也有了较大进展。

　　热红外波段则主要用来计算地表比辐射率和地表温度;地表反照率是控制地表可利用辐射能量并进而影响地表及低层大气加热率的重要参数;地表温度表征了地气间能量和水分交换的水平;植被指数反映了地表植被覆盖状况，利用卫星遥感技术监测ET各种模型所用的波段主要是可见光(VlS近红外(NIR和热红外(TIR可见光和近红外遥感数据主要用来计算地表反照率和植被指数等地表参数。直接影响地表反照率、粗糙度、比辐射率等其它参数。

　　卫星测得的辐射能量包括：①太阳光经地面的直接反射;②大气分子和气溶胶的散射;③反射的散射辐射;④背景贡献;其中只有①是有用信号。对热红外波段存在大气向卫星的直接辐射和大气向下辐射经地面目标物的反射。卫星接收到辐射信号受到地面和大气的共同影响。以太阳辐射波段(VIS/NIR为例。