全 文 ：·学术探讨·
低空遥感技术在中药资源可持续
利用中的应用探讨
周应群１，２，陈士林１，赵润怀２，谢彩香１，李 滢１
（１．中国医学科学院 北京协和医学院 药用植物研究所，北京 １０００９４；
２．中国药材集团公司，北京 １０００９４）
［摘要］ 中药资源可持续利用和多样性保护已成为当前中药研究的重要领域，方法学研究是其中的关键，作
者对低空遥感技术体系、设备、影像处理等方面进行了分析，并对其在中药资源可持续利用中的应用进行了展望。
［关键词］ 低空遥感；中药资源；可持续利用
［中图分类号］Ｓ５６７ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００１５３０２（２００８）０８０９７７０３
［收稿日期］ ２００７０７２６
［基金项目］ 科技部社会公益项目（２００５ＤＩＢ３Ｊ０８８）
［通讯作者］ 陈士林，Ｔｅｌ：（０１０）６２８９９７００，Ｅｍａｉｌ：ｓｌｃｈｅｎ＠
ｉｍｐｌａｄ．ａｃ．ｃｎ
遥感技术应用于中药资源调查及动态监测研究是未来
中药资源可持续发展研究的重要方向［１，２］，在某些种类如人
参、甘草、三七中已被证明具有一定可行性［３５］，但是许多野
生中药资源在群落中常常不占据主导地位，从群落中获取它
们的信息，就要求使用的遥感影像具有更高的地面分辨率，
或采用地面抽样调查。由于目前使用的高分辨率卫星影像
以及航空照片均较为昂贵，且分辨率对于许多野生中药资源
仍然不够高，而完全采用地面抽样调查准确性、成本都难以
承受，虽然也有新的遥感平台影像获取方式提出，如欧盟和
美国都在酝酿中的在大气同温层建立飞行器网络等，但其可
行性尚处于论证阶段［６］，对于实际工作来说，需要考虑更为
适宜的方法，采用低空遥感结合实际地面抽样调查可能将是
今后几年内工作的主要模式。建立由高中低平台结合，粗中
细分辨率互补的全天候、全时域、全覆盖的中药资源立体监
测系统是技术发展和现实需求的必然结果［７］。
低空遥感至今还没有一个确切的定义，一般认为，高度
在１０００ｍ以下的航空遥感称为低空遥感。同航天、航空遥
感一样，低空遥感的技术系统也有运载工具、传感器、信息传
输、影像处理与判读等［８］。虽然其覆盖范围不及航空飞机和
卫星，但其获取的遥感影像空间分辨率高于其他影像源，而
且成本比航空飞机，卫星都要低得多，操作相对简单，对于小
范围的地面抽样调查及长势动态监测具有重要的意义。
１ 低空遥感技术体系
１．１ 运载工具 不同研究者使用的运载工具有所不同，主
要有超轻型飞机、飞艇、风筝、气球、动力滑翔伞、直升机及航
模等［８１２］。目前使用较多的是航模，或称微型无人飞机，主
要有固定翼和直升机２种。直升机飞行高度低，距离短，拍
摄所覆盖的范围有限，相对而言，固定翼型无人机操作简单，
造价低，能有一定的飞行高度和距离，覆盖范围也有所保证，
是低空遥感较为理想的运载工具。由于翼展超过２２ｍ就
难以携带［１３］，所以固定翼型无人机翼长一般在１～２２ｍ，起
飞方式主要有滑行式、弹射式及投掷式，降落则有滑行式和
伞降，其中投掷式起飞和伞降也许将是最适宜的野外调查组
合方式。各种运载工具各具优缺点，如超轻型飞机、飞艇虽
可考察范围较大，但受航空飞行管制、起降条件及飞行安全
等因素的影响，作业费用一般较高；而风筝、气球、航模等则
受外界自然条件，如风的影响较大，实际工作中应根据实际
条件从价格和技术方面综合考虑选择。野外抽样调查中，在
保证一定精度的前提下，便于携带，操作简单是首选，航模和
风筝相对比较简便易行，在视野宽广的平原地带，有足够的
起飞和降落场地，或是对固定点调查，则可考虑选择采用高
空气球或飞艇等其他方式。
１．２ 传感器 由于载重量的限制，多光谱扫描仪、红外扫描
仪、侧视雷达很少涉及，目前主要使用家用数码相机，如
Ｃａｎｏｎ－Ｇ２数码相机［８］、ＳｏｎｙＸＣ－７５００相机［１０］、Ｋｏｄａｋ
ＤＣ３２００数码相机［１３］和 ＯｌｙｍｐｕｓＤ４０数码相机［１４］。虽然有
人认为普通光学相机成像效果更好［１２］，但随着 ＣＣＤ技术的
发展，航空拍照正在从模糊技术向数字技术转换［１５］，一方
面，以数码相机作为监视器，可将数码相机取景的范围用
ＰＡＬ或ＮＴＳＬ格式（视地区不同而异，国内采用前者）传送到
地面，避免盲拍，易于地面的监控，大幅提高空中拍摄成功
率；另外，数码照片易于计算机处理，减少了胶片洗印过程中
出现的色彩失真等问题［８］。采用的波段多为可见光波段，近
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红外波段对于觉察植物长势非常重要，如计算使用最广泛的
ＮＤＶＩ植被指数时该波段就是必须的，ＴｒｏｙＪｅｎｓｅｎ等［１３］在实
验中试图通过加滤镜获取近红外图像，但得到的图像质量较
差，原因在于使用常用的家用相机模式时，到达镜头的光线
不足，造成曝光不充分而图像模糊，需在下一次实验中对其
进行改进。在镜头外加滤镜有可能取得红外照片，但由于现
有家用数码相机内部有一过滤镜用于削弱可见光波段之外
的干扰，再加滤镜就有可能导致成像效果存在曝光不够的问
题。在控制相机质量的同时，将来需要进一步提高相机空间
分辨率、光学分辨率，使其地面分辨率更高，波段更多，波段
区间更窄。
１．３ 其余技术装备 除了空中飞行必需的控制及操作系
统，还需装备摄影操作及取景监视系统。可利用数码相机的
ＰＡＬ制式视频信号，由视频发射机发送至地面，地面接收后，
摄影操作员根据监视器图像操作遥控器进行空中拍摄。如
需飞机自主飞行，则还需安装 ＧＰＳ定位仪及相关的信号传
输、控制设备，如雷达、接收机等，现有的系统可以基本实现
影像信息的传输，但在过程中飞行控制系统与操作系统为２
个分离的系统，有些步骤，如拍摄尚为机械操作，实现整个操
作控制系统的数字化、一体化，提高系统的智能化、可行性仍
是技术研究的努力方向。
１．４ 影像处理与判读 数码相机获取影像的原理与航空、
航天遥感一样，传统遥感方式的处理与判读过程均可应用于
低空遥感。但数码相机获取的影像范围小，在处理大范围
时，相片需进行镶嵌，影像边缘变形的处理也需加以考虑，对
于面积较大的区域，数据量可能过大，完全使用人工进行判
读会影响结果，实现低空遥感的规模化运行必须解决影像的
自动化处理问题［１６］。
２ 低空遥感在中药资源可持续发展中的应用展望
中药资源可持续利用是指在保证中药资源的自我更新
能力的情况下，合理使用中药资源，确保今后中药资源得到
持续性使用。运用低空遥感技术对中药资源进行资源调查
和长势监测，有助于中药资源的动态监测及精细田间管理，
该技术将成为保证中药资源可持续利用的重要武器。
２．１ 中药资源调查 低空遥感分辨率高，据相关数据，在
４００ｍ处可达２０ｃｍ［８］，已在林业覆盖度调查，湿地的大比例
尺制图，宅基地调查，建筑设计，高尔夫球场管理及墓地位置
调查中得到广泛应用［８］。从实际效果来看，低空遥感技术可
用于识别作物种类，量算地块面积，低空遥感获取的植物影
像覆盖范围可达 １ｋｍ２以上，远远大于以往的样方大小，从
而对总体的代表性更好，用数字图像，便于保存、工作监督与
长期监测工作，能够用于辅助地面抽样调查，提高抽样调查
的精度与准确性。
资源调查中调查生物量，除了传统的样方调查，遥感中
普遍采用建立模型的方法，期望建立生物量与植被指数间的
关系。近红外波段对于觉察植物长势，计算目前使用最广泛
的ＮＤＶＩ植被指数是必须的，由于许多数码相机往往缺乏这
一波段，有人采用使用滤镜的方法获得这一波段，或同时使
用２台相机，１台获得可见光，１台获得近红外光，其计算方
法与其他遥感方式相同。如果只有可见光波段，则只能考虑
使用其他植被指数，但效果尚不够理想。Ｈｕｎｔ［１７］等采用了
ＮＧＲＤＩ指数（ｎｏｒｍａｌｇｒｅｅｎｒｅｄｄｉｒｅｒｅｎｃｅｉｎｄｅｘ），计算公式为
ＮＧＲＤＩ＝（ＧｒｅｅｎＤＮ－ＲＥＤＤＮ）／（ＧｒｅｅｎＤＮ＋ＲＥＤＤＮ），发
现对于大豆、紫花苜蓿及玉米来说，干生物量（ｄｒｙｂｉｏｍａｓｓ）
处于０～１２０ｇ·ｍ－２间时，干生物量与指数成正比，但对于玉
米和大豆，大于１５０ｇ·ｍ－２时，ＮＧＲＤＩ趋于饱和，不再增长，
但ＮＧＲＤＩ反映不出氮含量的差异。
２．２ 中药长势监测及生产管理 中药栽培提倡无公害栽
培，其原因就在于以往农药及肥料使用过程不当，没有进行
针对性用药和施肥，导致生产出来的药材农残超标，但答案
也许并不是不使用农药，而是合理的使用农药，如何解决这
一难题，精准农业的思路给了极大的启发，基于对田间作物
状况的准确调查后进行分析，有选择的用药施肥，使用这种
思路有可能可以避免农残问题，保证药材的质量。精准农业
首先要解决的就是田间作物的长势判断，对于较小面积的长
势图制作，低空遥感似乎是唯一可行的方式，其在精细农业
养分调查中的作用正在探索中［７］。长势监测需要长时间跟
踪调查，目前的卫星遥感虽然时间性较好，但获取影像分辨
率较低，只适合大面积的地块，获取清晰影像也受天气影响
而有时难以获得，航空遥感虽分辨率较高，但造价昂贵，难以
长期使用，低空遥感则具有价格低廉，使用方便的特点，用于
长势监测非常合适，Ｃｏｏｋ等［１８］研究发现低空摄影方式能够
用于监测根腐病引起的洋麻病害。
３ 小结
相对于航天及航空遥感，低空遥感价格相对低廉，影像
分辨率也更高，在今后工作中如能进一步提高传感器分辨率
及运载平台的平稳性及长时性，实现遥控平台，信号传输平
台的电子化、一体化，将有利于科研工作的重复进行，解决中
药资源调查及监测工作时间较长，人为影响较大以及栽培中
药辅助管理等问题，对于保证中药资源的可持续利用，实现
中医药的现代化具有重要意义。
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ＺＨＯＵＹｉｎｇｑｕｎ１，２，ＣＨＥＮＳｈｉｌｉｎ，ＺＨＡＯＲｕｎｈｕａｉ２，ＸＩＥＣａｉｘｉａｎｇ１，ＬＩＹｉｎｇ１
（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｄｉｃｉｎａｌＰｌａｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＭｅｄｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＰｅｋｉｎｇＵｎｉｏｎＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｅｇｅ，
Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ；
２．ＣｈｉｎａＮａｔｉｏｎａｌＧｒｏｕｐＣｏｒｐ．ｏｆＴｒａｄｉｔｉｏｎａｌ＆ＨｅｒｂａｌＭｅｄｉｃｉｎｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｂｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＣｈｉｎｅｓｅｍｅｄｉｃｉｎｅ（ＴＣＭ）ｈａｖｅｂｅｅｎａｈｏｔｓｐｏｔｏｆ
ｔｈｅＴＣＭｓｔｕｄｙａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｃｈｏｉｃｅｏｆａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｍｅｔｈｏｄｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｂｌｅｍｓｃｏｎｆｒｏｎｔｅｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｄ
ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｌｏｗａｌｔｉｔｕｄｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｉｔｓｆｕｔｕｒｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎｅｓｅ
ｈｅｒｂｍｅｄｉｃｉｎａｌｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．
［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ ｌｏｗａｌｔｉｔｕｄｅ；Ｃｈｉｎｅｓｅｈｅｒｂｍｅｄｉｃｉｎｅ；ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ
［责任编辑 张宁宁］
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