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农业是国民经济发展的基础，农业科技水平直接关系到国计民生和我国实现可持续发展，而精准农业是现代农业实现低耗、高效、优质、环保的根本途径，但精确农业的发展受难以获取实时作物长势和产量等信息的限制，遥感技术以其宏观、快速、经济的特点，提供了可能性。遥感技术是实施精确农业最为重要的工具之一，可用于获取农田小区内作物生长环境、生长情况的精确信息。由于许多物质的吸收特征在吸收峰深度一半处(FWHM，FullWidthatHalfMaximum)的宽度为20-40nm，高光谱数据获得的连续波段宽度一般在＜10nm，因此，这种数据能以足够的光谱分辨率区分出那些具有诊断性光谱特征的地表物质。高光谱遥感的出现与发展是遥感界的一场革命，它使本来在宽波段遥感中不可探测的地物，在高光谱遥感中能被探测。除了常规遥感对农作物生长监测的大面积、实时、非破坏性等优点，高光谱遥感技术应用于作物生长监测可以在光谱维上展开，通过其精细的光谱优势提高农作物生长监测的精度和准确性，在精确农业中表现出强大优势。
分析了高光谱遥感技术提取作物长势和产量信息的意义、原理和方法，以及研究现状和存在的主要学术问题。以长江中下游棉花作为研究对象，研究了利用高光谱遥感技术估测棉花农学参数、氮营养状况和产量，主要研究内容包括：①不同作物叶片叶绿素和类胡萝卜素状态的高光谱遥感反演技术研究；②高光谱遥感技术估测棉花常用农学参数研究；③高光谱遥感技术估测不同生育期棉花氮营养状态研究；④利用高光谱遥感技术估测棉花产量研究。
本研究涉及农业科学、生态科学与高新技术的交叉研究范畴，经过张家港市与浙江大学2个实验基地的试验与研究，获得以下7个方面的研究进展：
(1)关于不同作物叶片叶绿素参数的高光谱遥感反演研究。通过400-1000nm范围内450个窄光谱通道，所有两波段组合NDVIs=(R2-R1)/(R2+R1)(共101025个组合)与叶绿素间的相关性分析，针对于不同作物叶片筛选出了最佳两波段组合NDVIs。结果表明，对于不同种作物叶片(棉花、玉米、大豆和甘薯)，700-750nm红边范围内的两波段组合NDVIs与叶绿素表现出良好的相关性，选择合适的研究波段是发挥高光谱遥感技术优势最为重要的条件。
(2)关于不同作物叶片类胡萝卜素参数高光谱遥感反演研究。结果表明，类胡萝卜素反演参数的表达形式影响其反演效果：与类胡萝卜素/叶绿比值或类胡萝卜素含量相比，类胡萝卜素密度(单位叶片面积类胡萝卜素总量)与光谱反射率相关性受不同作物影响相对较小，结果更为稳定。并通过比较不同的高光谱植被指数(基于窄光谱Red-NIR组合和基于红边光谱分析的多种高光谱植被指数)，得到了分别可用于同种作物叶片和不同种作物叶片(棉花、玉米、大豆和甘薯)类胡萝卜素反演的高光谱植被指数。进一步指出，类胡萝卜素与叶绿素间存在良好的相关性，尽管其相关性受不同物种的影响，但是利用遥感技术估测作物叶片类胡萝卜素的绝对量，这一相关性仍是其重要的理论基础。
(3)关于棉花叶面积指数(LAI)、叶绿素密度(CCD)的高光谱遥感反演。结果表明，基于λ670-λ800的窄光谱植被指数与宽光谱植被指数相比，与作物参数间并未表现出更好的相关性；而基于λ700-λ800的窄光谱植被指数可提高作物参数的估测精度。对于不同的植被指数(NDVIs，、RVIs、SAVI2s、MSAVI2s、TSAVIs)，最佳两波段的分布存在较大的差异，只有690～710nm和750～850nm范围内的两波段组合与LAI、CCD皆表现出良好的相关性。也即最佳两波段组合与许多传统的宽光谱传感器Red-NIR通道的中心波段(分别为640～660nm和800～870nm)并不重叠。
(4)关于波段宽度对植被指数提取LAI效果的影响。以常用传统多光谱传感器Red-NIR的中心波段(660nm和830nm)为中心波段，在一定光谱范围内(3.5～200nm)，波段宽度不会显著影响NDVIs与LAI、CCD之间的相关性；如果以最佳波段700nm和850nm为中心波段，随着红光通道宽度的增加，NDVIs与LAI间的决定系数逐渐降低。(5)关于植被指数与LAI、CCD之间合适的模型。对于RVIs与LAI、CCD间一般适用于线性模型。而NDVIs与LAI、CCD间情况较为复杂：对于传统的宽光谱NDVI，适用于指数模型；而对于最佳窄波段组合，线性模型与指数模型间无显著差异。
(6)关于棉花氮营养状况的高光谱遥感监测。通过人造方式造成棉花氮素营养水平的等级差异，通过分析，得出了不同生育期对氮营养水平较为敏感的波段和植被指数。但是，正如单一的作物生长参数一样，任何单一的植被指数不足以在任何生育期全面表征棉花的氮营养状况，而辨别分类技术可从许多高光谱植被指数中筛选出最佳植被指数及其线性组合，取得了较好的效果。
(7)关于棉花产量的高光谱遥感估测。与提取作物生长参数相似，利用高光谱植被指数NDVI700(R800-R700/R800+R700)与NDVI670(R800-R670/R800+R670)相比，可提高籽棉产量的估测精度；与单植被指数估产模型相比，两植被指数估产模型也可提高籽棉产量的估测精度；两生育期复合估产模型具有较高的籽棉产量估测精度。
通过研究，找到了对农学参数最为敏感的波段及其组合，以及用于估测不同作物叶片叶绿素和类胡萝卜素密度、棉花的叶面积指数和叶绿素密度、不同生育期棉花氮营养状况和产量的可行性方法，充分利用了高光谱遥感数据光谱通道多、光谱分辨率高的特点，提供棉花农学参数、氮营养状况和产量的估测精度。为将来高光谱遥感技术在农业中的应用提高理论依据。