基于多时相影像植被指数变化特征的作物遥感分类

高分一号GF1/WFV遥感影像具有较高的时间和空间分辨率,利用多时相影像开展农作物分类调查具有明显优势。以安徽省颍上县为研究区域,利用2017年5月至9月共6景多时相GF-1/WFV卫星遥感影像数据对主要农作物的分类识别提取。首先,通过分析研究区主要农作物的典型植被指数NDVI、EVI和WDRVI时序变化特征,明析了不同作物在各时相对不同VI的响应特征;其次,基于作物在不同时相的敏感VI变化响应,构建了决策树分层分类模型,成功提取了研究区玉米、水稻、大豆和甘薯四种主要作物种植空间分布情况。结果表明:总体精度达到90.9%,Kappa系数为0.895。同时,采用最大似然法、支持向量机对研究区作物进行分类,通过分类效果对比发现,最大似然法最差,支持向量机次之,决策树分类方法最佳。研究表明:利用多时相时间序列的遥感影像数据,结合作物植被指数特征,采用决策树分类方法可以有效提高作物分类的精度。     

基于GF-1/WFV时间序列的葡萄遥感识别

为研究GF-1时间序列影像的识别技术对大尺度葡萄信息识别提取的可行性,探索大尺度葡萄快速精确提取的新思路。基于GF-1/WFV时间序列影像数据分析试验区主要植被类型的归一化植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)、增强型植被指数(Enhanced vegetation index,EVI)的时序变化特征,结合葡萄物候期构建决策树,提取宁夏贺兰山东麓葡萄的空间分布信息。结果表明,该方法可以有效提取贺兰山东麓葡萄分布信息,分类总体精度为95%,Kappa系数为0.91。葡萄提取的生产精度为93%,用户精度为96%。在时间序列数据中,葡萄提取的窗口期为3—5月掩埋期和7—9月生长旺盛期。NDVI时间序列能够较好地区分作物和防护林,EVI时间序列能够区分葡萄地和防护林。     

GF-1卫星数据在水稻长势监测中的应用

GF-1国产高分辨率卫星遥感数据具有高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率的优点。该研究利用GF-1卫星宽视场遥感数据,在GPS实地取样的基础上,利用增强型植被指数(EVI),提取建湖县2014年多时相水稻长势信息。结果显示,GF-1卫星宽视场影像可以清晰反映水稻长势要素,能够在遥感估产中推广应用。     

基于GF-1影像的冬小麦面积提取及年际变化动态监测

为探讨国产高分一号(GF-1)卫星影像在作物面积提取中的适用性,以冬小麦主产区山东省菏泽市为研究区域,利用GF-1卫星携带的多光谱宽幅相机(WFV)16米遥感影像为主要数据源,以菏泽市土地利用类型和野外地面调查数据作为辅助,采用决策树分类法和监督分类—最大似然分类法相结合的方法,通过分区解译方式,分别提取出菏泽市2014和2015年冬小麦种植面积和分布区域,并利用地面样方数据对分类结果进行精度验证,同时开展年际变化动态监测分析。结果表明:以GF-1/WFV 16米影像为主要数据源,将多源信息引入决策树和监督分类模型,进行种植结构复杂地区冬小麦种植面积遥感估算的方法是可行的。GF-1/WFV 16米影像在作物面积遥感监测业务运行中具有较大的开发应用潜力。2014和2015年菏泽市冬小麦位置提取精度分别达到96.5%和96.7%,面积总量提取精度分别达到96.8%和95.0%;遥感提取的两年冬小麦种植面积均略小于官方提供的统计数据,但两者呈现出的变化趋势一致,即菏泽市两年间的冬小麦种植面积呈减少趋势。     

基于改进SVM算法的典型作物分类方法研究

以黑龙江省哈尔滨市阿城区为研究区域,多时相16 m空间分辨率高分一号(GF-1)卫星宽覆盖(Wide field of view,WFV)影像为数据源,选择归一化植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)、增强植被指数(Enhanced vegetation index,EVI)、归一化水指数(Normalized difference water index,NDWI)、比值植被指数(Ratio Vegetation Index,RVI)4种植被指数,构建植被指数时间序列,分析作物特征曲线,结合实地样本数据,采用支持向量机(Support vector machine,SVM)分类器对研究区内主要农作物玉米、水稻和大蒜/白菜实施分类。针对SVM分类器分类精度较低问题,引入自适应变异粒子群算法(Adaptive mutation particle swarm optimization,AMPSO)优化SVM,克服传统SVM参数选择主观性,进而提升分类器分类精度。结果表明,玉米和水稻生育期与大蒜/白菜差异较大,易区分;玉米与水稻生育期接近,光谱信息相似,区分难度较大,但光谱指数增长与回落趋势不同,借助NDVI、RVI和EVI可实现有效区分。改进后的AMPSO-SVM分类器,分类效果相比于SVM明显提升,确定核参数为0.135,惩罚因子为221.67时,分类效果最佳,总体分类精度达到94.39%,Kappa系数为0.9287,比SVM分类器,分类精度提升3.48%,Kappa系数提高0.0436。研究可为大区域农作物种植结构提取提供参考与借鉴。     

高分一号提取植被信息方法对比

针对高分一号WFV传感器的参数特点,选取归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)和土壤调整植被指数(SAVI)3种植被指数,采用不同时期的数据对四川省茂县地区进行植被信息提取,计算分析不同植被指数提取植被信息的差异性。结果表明:高分一号数据提取的NDVI植被效果最好,其中2013年分类总精度为94.55%,Kappa系数为0.88;2015年分类总精度为90.47%,Kappa系数为0.85。根据统计指标分析表明:在高原山区地形环境下,利用植被指数提取植被信息,高分一号卫星采用NDVI比较合适。     

多时相高分一号影像在丘陵地区大宗农作物提取中的应用

【目的】基于多时相的高分一号(GF-1)影像,利用面向地块对象分类法提取广西崇左市江州区大宗农作物种植面积,为南方多云雨丘陵地区提取作物信息提供参考。【方法】以2 m分辨率的GF-1影像为数据源,采用人机交互的方式准确识别地表覆盖的地块信息,基于对多时相GF-1影像进行云影检测,并处理生成影像的光谱、归一化植被指数(NDVI)、亮度等特征,采用面向地块对象的分类方法提取甘蔗、水稻和香蕉的作物信息。【结果】根据混淆矩阵评价分类的结果可知,提取大宗农作物的总体精度为90.08%,Kappa系数达0.85,满足农业成果应用的精度要求。【结论】利用有效影像数据,结合地块数据完成作物信息提取,该技术方法能够准确提取丘陵地区大宗农作物信息,为解决南方多云雨丘陵地区提取作物信息难题提供了有效途径。     

高分一号卫星影像监测水稻种植面积研究综述

简要介绍了高分一号卫星应用于农情遥感监测的优势和水稻种植面积遥感监测的原理,着重对遥感影像数据预处理、遥感影像分类方法与水稻面积提取技术等方面的研究进展进行了综述。高分一号卫星具有高空间分辨率和时间分辨率的特点,反映作物的光谱特征明显,适合选用为农情遥感监测的数据源;基于高分辨率卫星影像的水稻种植面积提取技术比较成熟;基于决策树、人工神经网络、专家知识、人工目视解译等分类提取方法应用前景广阔,但精度有待进一步提高。     

湖南省中稻种植面积遥感监测方法研究

综合考虑大面积水稻种植区耕地地块破碎,种植结构复杂,插花、套种、错季种植现象明显,影像解译、分类难度大等特点,充分利用国产卫星GF-1数据,以湖南省中稻种植为例,通过精确作物识别与混合像元处理,实现像元尺度的中稻识别;结合国土资源土地调查数据,统计中稻的像元数量与丰度(种植面积比)水平,并扣除耕地图斑内的非耕地成份,建立中稻种植面积估算模型,最终得到精确到县级报告单元的种植面积估算结果。结果表明:通过遥感数据估算面积和地面样方调查计算结果的可决系数达到0.869 6,说明遥感监测方法在湖南省中稻种植面积估算中行之有效。GF-1卫星遥感数据的空间分辨率、波段覆盖范围、影像覆盖能力等能满足大面积农作物种植面积监测要求,基于抽样技术的地面调查与遥感影像分类相结合提取作物种植面积信息的方法可用于省级、区域级的粮食种植面积遥感监测。     

基于多时相GF-1WFV 数据的南方丘陵地区甘蔗种植面积提取

南方丘陵地区甘蔗种植具有分散、形状多样等特点,利用中低分辨率遥感数据提取甘蔗种植面积时,数据的有效性和精度都难以满足要求.利用高分辨率GF-1WFV遥感数据,分析比较甘蔗与其他地物类的光谱特征、纹理特征及植被指数时间变化差异,采用多时相迭代方法构建甘蔗提取特征向量决策树模型.利用该模型提取了广西江州区的甘蔗种植面积,经野外实地调查验证,甘蔗面积提取的用户精度为90.13％,生产精度为88.78％,表明GF-1WFV数据是复杂地形下提取甘蔗等农作物的潜力数据源,该提取思路可以为在全国范围内不同地区了解甘蔗种植情况,进行甘蔗长势监测和产量估测提供技术参考.     

基于多时相GF-1WFV 数据的南方丘陵地区甘蔗种植面积提取

南方丘陵地区甘蔗种植具有分散、形状多样等特点,利用中低分辨率遥感数据提取甘蔗种植面积时,数据的有效性和精度都难以满足要求。利用高分辨率GF-1WFV 遥感数据,分析比较甘蔗与其他地物类的光谱特征、纹理特征及植被指数时间变化差异,采用多时相迭代方法构建甘蔗提取特征向量决策树模型。利用该模型提取了广西江州区的甘蔗种植面积,经野外实地调查验证,甘蔗面积提取的用户精度为90.13%,生产精度为88.78%,表明GF-1WFV 数据是复杂地形下提取甘蔗等农作物的潜力数据源,该提取思路可以为在全国范围内不同地区了解甘蔗种植情况,进行甘蔗长势监测和产量估测提供技术参考。     

基于国产高时空分辨率卫星影像的作物种植信息提取研究

在面向对象技术支持下,首先利用高空间分辨率ZY-3遥感影像提取农田地块专题信息;然后在地块边界控制下以地块对象为单元融入HJ-1及GF-1中分传感器的多时相光谱信息,获取作物生长关键期内的时间序列光谱特征;最后,结合不同作物的物候差异性规律构建作物种植信息提取模型,对甘蔗和水稻进行识别。结果表明,所有地类的总体分类精度为86.80%,Kappa系数为0.84,总体分类效果良好。甘蔗的制图精度和用户精度分别达到92.11%和90.91%,水稻的制图精度和用户精度分别达到88.89%和90.91%。说明协同利用国产卫星的高空间和高时间分辨率影像数据提取作物种植信息确实可行,可作为作物种植面积和种植结构的精细化、快速调查方法。     

基于EOS/MODIS资料的江西省水稻长势遥感监测

基于2010年的MODIS数据,进行江西省水稻长势遥感监测指标的研究,提取了4种植被指数作为遥感参数,即比值植被指数RVI、归一化植被指数NDVI、植被状态指数VCI和增强植被指数EVI,并利用植被指数进行叶面积指数LAI的反演,建立了植被指数VI-LAI模型。在VI-LAI模型中EVI、NDVI与LAI的相关性较好。利用LAI的预测值和地面实测数据进行精度的分析,结果显示EVI的三次方(Cubic)模型在各方面都优于其他植被指数和其他模型,因此选择EVI作为水稻的长势遥感监测指标。     

基于国产GF-1影像的川金丝猴生境评价研究

利用国产高分一号(GF-1)卫星遥感影像,综合神农架川金丝猴已有科考数据和相关研究成果,以地理信息系统为主要分析手段,选取植被类型、海拔、坡度、坡向、水源和人类干扰等作为评价因子,快速进行神农架川金丝猴秋季生境适宜性评价,首次将GF-1卫星影像应用于野生动物生境评价。评价结果表明:在不考虑人类活动影响时,川金丝猴潜在的最适宜生境和适宜生境面积分别为56.876和305.156 km2,分别占保护区面积的7.77%和41.69%;由于居民区和公路等的影响,神农架自然保护区川金丝猴实际适宜生存面积变小,实际最适宜生境和适宜生境面积分别为46.935和214.617 km2,分别占保护区总面积的6.41%和29.32%。将基于GF-1卫星遥感影像得到的川金丝猴生境适宜性评价结果,与基于Landsat8遥感影像得到的生境评价结果对比,二者评价结果符合度达91.7%,表明在野生动物生境研究领域国产GF-1卫星影像可以有效地替代国外Landsat影像,利用GF-1卫星影像进行野生动物生境评价是可行的。GF-1卫星突破了在野生动物研究领域普遍依赖国外数据的局面。GF-1卫星影像具有高空间分辨率、高时间分辨率、低成本和数据来源可靠等特点,无疑是我国野生动物生境遥感应用研究中可供选择的新的数据源。由于GF-1是我国高分辨率对地观测系统的第一颗卫星,开展GF-1数据的应用验证具有十分重要的科学意义。目前,利用GF-1开展此类研究国内外尚未见类似报道,本研究对于在林业实际业务中开展国产高分卫星遥感数据应用同样具有指导作用。      

基于HJ-1 CCD影像的玉米种植面积估算研究

本研究以HJ-1 CCD影像为主要数据源,风云三号(FY-3)和高分一号(GF-1)影像为辅助数据源,选取作物种植结构复杂的菏泽市为研究区域,采用多时相NDVI阈值剔除法与监督分类相结合的分类方法,以土地利用类型和训练样本区数据作为辅助,提取出菏泽市玉米种植面积和分布区域,并检验其精度。结果显示:在复杂的作物混合种植区可以利用HJ-1 CCD影像提取出玉米种植面积和分布信息,总体分类精度为90.2%,面积总量精度为91.7%。本研究为其他区域利用HJ-1卫星影像提取作物种植面积提供了参考。     

基于不同时相遥感的冬小麦种植面积的提取

卫星遥感技术能够快速、准确、大面积对农作物生长进行监测,多时相遥感监测可克服单时相遥感监测的不足,利于实现对农作物生长变化的动态监测。以江苏省大丰市为研究区域,选用拔节期和抽穗期两景环境(HJ)卫星遥感影像进行不同地物光谱信息识别与种植面积提取研究。首先,在分析两景HJ星影像植被光谱信息的基础上,提取出各自影像的归一化差值植被指数(NDVI)影像,并对两景NDVI影像分别进行加运算和减运算,得到另外两景NDVI合成影像。其次,通过对提取到的四景NDVI影像光谱信息进行比较分析,最终选用植被光谱信息特征较为明显的加运算合成影像进行冬小麦种植面积提取。最后,基于影像不同地物的NDVI阈值划分,并叠加GPS样点信息校正,提取到大丰市冬小麦种植面积数据及其空间分布信息。结果显示,大丰市遥感提取冬小麦种植面积为78 712.13 hm2,精度为92.51%。在该市20个乡镇(或农场)冬小麦种植面积提取精度中,精度大于95%有9个乡镇(或农场),精度在90%至95%之间的有7个乡镇(或农场),仅有4个乡镇(或农场)提取精度在80%至90%之间。说明,利用不同时相遥感合成运算方法得到的合成影像,能明显增强冬小麦光谱信息与其他植被信息特征区别,有利于实现高精度提取冬小麦种植面积的目的。     

基于多时相FY-3A/MERSI的新疆地区植被指数提取及变化分析

近年来,我国遥感卫星技术发展迅速,新一代极轨气象卫星风云三号(FY3)上携带的分辨率光谱成像仪(MERSI)已获取大量对地观测资料,在大尺度遥感监测等方面显示出较高的实用价值。为了实现自动批量处理FY-3A/MERSI影像数据,提取新疆范围植被指数特征,为今后新疆植被类型制图方法研究做准备,对MERSI数据经过预处理、投影变换等处理,提取植被指数特征数据,按旬生成最大植被指数时间序列影像;并对生成的归一化植被指数(NDVI)结果进行分析,其结果可为今后按MERSI NDVI时间序列影像进行新疆植被类型分布研究、监测植被长势的应用等后续工作做准备。     

基于高分六号卫星的植被生态景观监测分析

随着国产高分卫星对地观测系统的建立和完善,精细化生态遥感监测分析需求已提上议事日程。笔者以新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州和静县为例,利用GIS和遥感技术对高分6号卫星数据进行归一化植被指数(NDVI)反演,生成植被指数覆盖度等级,结合土地利用类型,对研究区植被生态景观现状进行分析评价;并且用DEM数据提取高程、坡度2个主要的地形因子对NDVI值的空间分布进行了相关分析。结果显示：（1）和静县植被覆盖度等级分布都具有明显的空间异质性,总体而言,以中度和较低覆盖植被为主;（2）和静县植被指数在低海拔与高海拔地区较低,在中海拔地区(2500~3200 m)植被指数达到最大,最大值为0.48;（3）坡度对植被影响较大。在10°左右,植被长势较好,植被指数达到最大。     

基于TWDTW的时间序列GF-1 WFV农作物分类

【目的】焉耆盆地是新疆重要的特色农产品生产基地,农作物种植结构较为复杂。利用时间序列的遥感数据对研究区内的农作物进行分类识别,获得不同农作物的空间分布、种植面积等信息,为政府部门制定粮食政策、经济计划提供重要依据。同时探讨时间加权的动态时间弯曲(time weighted dynamic time warping,TWDTW)方法在农作物分类识别中的适用性以及高分一号(GF-1)WFV在农业领域的应用潜力。【方法】以新疆焉耆盆地为研究区域,利用2018年作物生长季的GF-1 WFV时间序列数据集计算归一化植被指数(NDVI),基于TWDTW方法开展农作物分类识别研究。分别采集不同作物的样本点,形成各作物NDVI的标准序列。利用TWDTW相似性匹配算法计算每个待分类像元与不同作物标准序列间的相似度距离,距离值越小则相似性越高,通过对比确定像元的农作物类型,得到最终的分类结果,同时根据时间序列NDVI曲线建立决策树(decision trees,DTs)分类规则,人工设置分类阈值得到分类结果,并与TWDTW方法的结果进行对比分析。【结果】2种方法的分类结果较为一致,辣椒的种植范围最广,小麦主要分布在焉耆盆地北部和西部的农二师二十一团,番茄和甜菜的种植分布较为零星。在种植面积统计中,辣椒的种植面积最大,其后依次为番茄、小麦和甜菜。利用野外样本点对决策树和TWDTW两种方法的分类结果进行精度验证,总体精度分别为89.58%和90.97%,kappa系数为0.804和0.830,TWDTW方法的分类精度相比于决策树法略有提高。【结论】相比于决策树分类方法,TWDTW方法的分类精度略有提高的同时,分类结果客观可靠,而且算法不受地域因素限制,具有较强的灵活性和适用性。基于密集时相的GF-1 WFV数据集,采用TWDTW算法对农作物进行分类,得到较好的分类结果,能够满足农业部门的管理决策需求,该方法在农业领域具有较大的应用和推广价值。     

HJ卫星遥感在水稻长势分级监测中的应用

利用水稻分蘖期HJ-1A卫星遥感影像,提取江苏省姜堰市水稻种植面积并分析水稻的长势情况。在利用GPS实地取样调查和建立解译标志的基础上,进行HJ-1A卫星影像校正、人机交互式判读解译等操作,并将GPS样点数据校验贯穿到整个分类过程中,信息解译精度在90%以上。最后,利用归一化植被指数(NDVI)反演叶面积指数(LAI),依据LAI数据进行水稻长势分级,制作了姜堰市水稻分蘖期长势分级遥感监测专题图。