基于3S技术的农田墒情监测应用与分析

【摘要】随着3S （全球定位系统GPS、地理信息系统GIS、遥感RS）技术的发展，可研究利用3S技术对农田墒情进行实时、动态、准确的监测，这样我们就可以及时、精确地掌握农田土壤水分状况和趋势。遥感技术是精准农业中重要的监测手段之一，它具有时效高、监测范围广的特点，适合大面积农田土壤水分的监测，还可以圈出农田不同含水量区域之间的界线。

【关键词】3S技术；农田土壤水分；遥感；热惯量法；植被供水指数法

一、3S技术的简介

“3S”技术包括全球定位系统（GPS）、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）。

GPS包括三大部分：空间部分DGPS卫星星座；地面控制部分―地面监控系统；用户设备部分―GPS信号接收机。GPS定位分为单点定位和相对定位。单点定位方式就是用一台GPS接收机接收三颗或四颗卫星的信号，来确定接收点的位置。相对定位是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，可以采用伪距测量也可采用相位测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。

RS是接收、传输、处理、分析判读和应用遥感信息的全过程。遥感有许多特点：探测范围大，获取资料速度快、周期短，受地面条件限制少，获取信息量大。

GIS是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。

二、遥感监测土壤水分效果分析

遥感监测农田土壤水分的主要方法为热惯量和植被供水指数法。下面利用这两种方法对土壤水分进行监测和分析。

1、热惯量法监测土壤墒情

热惯量法是土壤水分含量的变化会影响土壤的热性质，进而影响土壤温度的变化。因此，可以从土壤温度昼夜的变化幅度来推求土壤墒情。

⑴ 模型的构建

上述过程表明，地表热惯量的计算关键在于获得地表反照率和多时相温度差。通过多波段遥感的反射值反演地表反照率，通过多时相热红外波段的发射值反演地表温度，进而得到温度日较差。

⑵ 应用效果

通过模型对6 cm土深裸地/低植被覆盖区土壤墒情的反演，表现出较高的置信度，其中倒数数学模型的拟合效果最佳。而且在监测过程中发现MODIS数据在大区域墒情监测上具备空间分辨率、观测精度、时间分辨率、数据格式及可获取性等多方面的优越性，以其为基础建立实时墒情监测系统是可行的。

2、植被供水指数法监测土壤墒情

植被供水指数法适于地面作物覆盖状况下土壤墒情的遥感监测。当植被供水正常时，卫星遥感的植被指数和植被冠层的温度在一定的生长期内保持在一定范围内，如果遇到土壤含水量降低、植被供水不足生长受到影响时，卫星遥感植被指数降低，而植被因水分供给不足关闭一部分气孔，导致植被冠层的温度升高。

地表温度的反演：覃志豪等在深入研究劈窗算法以及MODIS数据特点的基础上，提出了适用于MODIS数据的地表温度遥感反演算法，已经被推荐并应用于中国MODIS地表温度产品生产。本研究采用了该方法进行地表温度的反演。

三、遥感监测农田土壤墒情的研究结论

与常规土壤墒情监测方法相比，遥感方法具有实时动态，大面积监测的优点，我国在这一方面的研究和应用已经取得了一定的进展。目前国内运用比较成熟的监测模型主要有土壤热惯量模型和植被供水指数模型。热惯量模型适用于裸地或植被覆盖率很低的区域；而植被供水指数模型适用于植被覆盖状况下土壤墒情的监测。事实上，研究有植被覆盖和农作物干旱的监测更具有实际意义和应用前景。 因此，在实际应用中能将这两种方法结合起来，互为补充，效果可能更好。

参考文献

[1] 李纪人，黄诗峰等编著.“3S”技术水利应用指南.中国水利水电出版社，2003.04.

[2] 肖乾广等.用气象卫星监测土壤水分的试验研究经[J]应用气象学报.1994，5（3）.

[3] Kogan FN.Global Drought Watch from Space[J].BullAmerMeteorsoc，1997，78（4）.