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Segformer网络的地块尺度作物种植结构精细化识别与分类

防止耕地“非粮化”、稳定粮食生产是中国粮食安全的基石。为实现地块破碎化地区作物类型及种植结构精细化识别和分类,本研究以江苏省泰兴市为研究区,基于高分辨率遥感影像和多尺度融合特征显著的Segformer语义分割模型,实现地块尺度的耕地信息精细化提取;同时结合多源遥感数据构建主要植被类型归一化植被指数(NDVI)时序曲线及植被生长关键时间节点的光谱反射特征,开展地块尺度的作物种植结构分类。结果表明：基于Segformer模型的分割方法可有效识别耕地,F1系数达92.4%;基于主要植被类型多时相NDVI时序特征及植被生长关键时间节点光谱反射特征的作物种植结构分类方法能够实现地块尺度的种植结构分类,总体分类精度达82.38%。因此,本研究建立的方法可有效实现地块尺度耕地信息的精细化提取及种植结构识别和分类,为耕地保护提供技术支持。     

基于遥感的西南地区水稻种植信息提取

为探索西南地区水稻种植信息的有效提取方法,以重庆市永川区朱沱镇为例,根据Sentinel-2多光谱影像,结合高分一号(GF-1)影像数据选取样本分布点,构建水稻作物信息随机森林提取模型,同时分析样本地类像元光谱曲线,构建不同地类样本影像像元光谱库,并将随机森林分类结果与传统最大似然法、光谱角及基于时差的光谱角水稻空间种植信息分类结果进行对比及精度分析。结果显示,通过光谱角分类器提取地物精度有限,结合时差特征能够明显提高目标提取精度,而基于水稻样本信息训练构建的光谱角模型提取方法获取水稻种植面积准确率高达90.62%,分类结果总体精度达91.50%,Kappa系数达到0.83,实现了对西南地块破碎地区分散作物种植信息的有效提取,可为西南地形复杂、地块破碎地区农作物信息提取提供一定参考。     

遥感在作物分类中的应用

在提取作物种植分类信息方面,多时相和多光谱特征信息综合应用十分重要。环境与灾害监测预报小卫星影像具有较高的时间、空间分辨率,采用时间序列分析的方法提取作物种植分类信息优势显著。本研究以宁夏平罗地区作物为研究对象,利用HJ-CCD数据提取主要农作物分类信息,采用非监督分类、最大似然分类、决策树分类3种算法挖掘数据。研究表明,通过构建的时间序列HJ卫星遥感影像,结合作物的光谱和典型植被指数时序变化特征,能够有效进行农作物分类。     

多源遥感数据协同的地块级农作物精细提取

【目的】 针对云南省大理市耕地地块不规整、破碎且农作物空间种植结构复杂的特点,结合多源数据在时间和空间分辨率的优势,达到准确地提取农作物信息的目的。【方法】 协同BJ-2数据和Sentinal-2数据进行农作物精细信息提取。首先,利用空间分辨率较高的BJ-2数据进行面向对象的图像分割,获得农作物地块信息;其次,在农作物物候规律分析的基础上,通过标准差分析获得关键时相,利用相应时间分辨率较高的Sentinal-2数据获取农作物地类信息,实现基于地块的小春农作物的快速精细提取。【结果】 采用实地调查地块真值与提取地类生成混淆矩阵进行精度验证,总体精度和Kappa系数分别为87.4%和0.83。其中,连片种植的农作物如蚕豆和马铃薯提取精度较高,地块细碎且内部种植结构复杂的作物提取精度略低。【结论】 多源遥感数据协同的农作物提取方法,通过高分辨率影像上获得的对象分析单元能很好地对单一地块中的农作物空间特征进行统计分析,很大程度上弥补了中分辨率影像由于分辨率偏低所导致的混合像元处错分的不足;不仅能从耕地地块级别获得农作物种植结构,更直观地反映农作物种植,能有效提升农作物提取的精细化程度,有利于精细化的农作物种植结构管理。     

基于Sentinel-2影像的甘蔗种植区遥感提取方法——以广西崇左市为例

为了解决在多云雨天气与复杂地形条件下难以快速精准大面积绘制喀斯特山区甘蔗种植区的问题,亟须探究适用于喀斯特山区甘蔗种植区提取的方法。以广西壮族自治区崇左市为研究区域,利用Sentinel-2数据计算多种植被指数,根据Sentinel-2原始波段、光谱指数和纹理信息特征分析,选取地物训练样本,并引入DEM、土地利用等辅助识别特征变量,采用神经网络、随机森林、支持向量机3种机器学习方法,实现2018—2021年甘蔗种植区遥感提取,再利用Google Earth影像和统计数据进行精度评价。结果表明,基于Sentinel-2的甘蔗种植区遥感提取效果较好,崇左市甘蔗种植区总体分类精度均高于91%,κ系数均大于0.88;3种分类方法提取面积误差均值为-4.84%。2018—2021年,崇左市甘蔗种植面积趋于较平稳状态;主要甘蔗种植区以扶绥县、江州区、龙州县及大新县南部和宁明县北部为主。Sentinel-2数据在识别地类复杂多样、农田极其碎片和多云天气频繁等特点的作物信息方面具有较好潜力。     

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。     

基于多时相GF-1遥感影像的作物分类提取

为了提高遥感影像数据对作物分类提取的精度,更多地反映作物的空间分布结构和物候差异,以黑龙江农垦赵光农场为研究对象,提出一种基于分区与决策树分层分类相结合的作物遥感分类方法,利用2014年高分一号卫星(GF-1)WFV遥感影像数据(4景)开展主要作物的识别分类提取。首先,结合实地调查与影像光谱特征信息的总体分布,将研究区分割成3个子区域(西南区、北部区和东南区);其次,基于多时相遥感影像序列,分析主要作物的反射光谱和植被指数的时序变化特征,构建基于决策树分层分类的主要作物遥感分类模型,成功提取了赵光农场主要作物的空间种植信息。结果表明,2种分类方法的精度都很高,总体精度均在97.00%以上,Kappa系数均在0.900 0以上。分区分类更优于整幅图像非分区分类,总体精度达到98.10%,Kappa系数达到0.960 7;非分区分类总体精度为97.50%,Kappa系数为0.948 3。研究表明,基于分区与决策树分类法相结合的作物分类结果精度,明显优于不使用分区分类的结果。由分区与决策树分层相结合的分类方法能够有效提高黑龙江垦区主要种植作物分类的准确性和精度。     

农作物种植结构遥感提取研究进展

农作物种植结构信息对农业生产管理、农业可持续发展及国家粮食安全等具有重要意义。本文中概括了农作物种植结构遥感提取的理论基础,归类了近10年间不同农作物种植结构遥感提取技术方法,重点评述了不同技术方法的特点及应用情况,讨论和展望了未来农作物种植结构遥感提取研究的发展方向。当前,光谱特征、时相特征和空间特征是农作物种植结构遥感提取的三大理论基础。基于单一影像源的种植结构提取方法操作简单,但往往难以获取种植结构“最佳识别期”的遥感影像;基于多时序影像源的种植结构提取方法可以充分利用农作物季相节律特征,成为当前农作物种植结构遥感提取的主流方法。在基于多时序影像源的种植结构提取方法中,多特征参量法较单一特征参量法更适用于农作物种植结构复杂区域,基于多特征参量的统计模型法一定程度上解决了混合像元问题,但模型的鲁棒性有待提高。此外,遥感与统计数据融合的农作物种植结构提取法在国家及全球大尺度的农作物种植结构提取中具有优势,但较低的制图分辨率使得数据产品的区域适宜性较差。未来农作物种植结构遥感提取将以区域“作物一张图”为目标,充分发挥多源数据组合利用的优势,围绕多类型作物同步提取和大范围作物种植结构提取开展深入研究,重点加强遥感数据预处理、特征参量提取和分类器高效选择等关键技术研究,从而提升农作物种植结构遥感提取的时空尺度,满足多方位的农业应用需求。     

基于MODIS-NDVI的安徽省2009年冬小麦及一季稻面积遥感提取及长势监测

[目的]建立2009年安徽省冬小麦和一季稻面积提取模型和作物长势监测模型。[方法]通过分析2009年安徽省冬小麦和一季稻的种植结构、物候历特征及其生物学特性和时序NDVI曲线特征确定模型。[结果]时间上,2009年安徽省冬小麦和一季稻长势均呈＂前期较好,中期变差,后期恢复＂的趋势;空间上,安徽北部地区冬小麦全年长势较多年平均稍差,而一季稻长势较差的地区主要是滁州等地。[结论]该研究为中国农业遥感监测系统大尺度业务化运行作物种植结构提取了有效的方法。     

Estimating Aboveground Fresh Biomass of Different Cotton Canopy Types with Homogeneity Models Based on Hyper Spectrum Parameters

AGB （aboveground fresh biomass） is one of the most important parameters of the crop condition monitored with remote sensing. Hyper spectrum remote sensing with the fine spectrum information becomes the efficient method estimating the vegetation AGB. The research was conducted in Xinjiang, the largest cotton planting region of China. The paper analyzed the correlation between the cotton AGB and reflective spectrum and the first derivative spectrum, and the variation coefficient of the waveband reflectance. According to the analysis above, all of 23 parameters, including the hyper spectrum reflectance, the first derivative spectrum parameters and normalization vegetation indexes, were established. And then the estimation models on cotton AGB of relaxing and compact canopy type were established and tested respectively. The tested results showed that Fgo1, [901,502], [901,629], [901,672] among the reflective spectral parameters and D525, D956, D1019, D1751 among the first derivative spectral parameters had the homogenous effect on different cotton canopy types, and the determination coefficients of the models above all arrive at the significant level of 0.99 confidence interval. At last, the tested results of the homogeneity models for different canopy types indicated the parameters of [901, 502], [901,629], [901,672] have more satisfying veracity than others, and the relative errors are as low as 17.0, 16.3 and 16.7% correspondingly; in contrast, the estimation veracity of the first derivative spectrum parameters of single waveband is low.     

基于水稻特征波段的决策树分类研究

以滁州市为例,结合水稻物候的特征波段,选用反映水稻物候期时相的TM数据,并基于多特征波段,构建CART决策树分类提取水稻种植面积。结果表明,植被指数、湿度因子、绿度因子、纹理特征等多特征参与CART决策树分类能够提高总体精度。基于光谱信息、植被指数和纹理特征的决策树分类的总精度比以最大似然法进行的监督分类方法提高了6.942 1百分点,Kappa系数提高了0.110 4。合理选用作物物候期数据及其遥感影像的特征波段能够有效降低分类误差,为地形复杂地区获取作物种植面积提新的方法。     

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。     

基于地块单元的甘蔗种植适宜性评价

[目的]对广西崇左市江州区甘蔗种植适宜性进行评价,为甘蔗产业布局的调整提供科学依据.[方法]基于广西崇左市江州区2016年甘蔗作物地块矢量数据,选取土壤、地形、气象和经济4个因子共16个评价指标,利用层次分析法及加权指数和模型评价江州区甘蔗种植适宜性,根据评价结果采用GIS技术将甘蔗种植划分为最适宜、适宜、次适宜和不适宜区域.[结果]将甘蔗种植最适宜和适宜面积与部分"双高"基地(高产高糖糖料蔗基地)面积进行比较,结果显示二者差异较小,评价结果与实际情况基本吻合.崇左市江州区濑湍镇甘蔗种植最适宜区面积为3799.80 ha,占最适宜区总面积的36.90%;崇左市新和镇甘蔗种植不适宜区面积共177.85 ha,占不适宜区总面积的28.84%.[结论]为了科学、合理及有效地利用土地资源,提高甘蔗产量,建议新增"双高"基地,可调整广西崇左市江州区甘蔗布局区域向濑湍镇、罗白乡、太平街道、驮卢镇和左州镇等地发展.     

遥感技术在农业科技服务领域的应用

【目的】遥感技术具有大范围、周期性获取地表信息的特点,被广泛应用于农业作物面积制图、农作物长势监测与产量估计和农情监测等农业生产和管理的各个环节。【方法】在阐述了地块级、业务化的农业遥感服务概念和内容的基础上,分析了国内外地块级、业务化的农业遥感服务现状。【结果】由于中国实行农民联产承包责任制,地块较为破碎,管理较为精细,对地块级遥感监测的需求不大等原因,使得中国地块级、业务化的农业遥感服务尚处于起步阶段。【结论】随着中国逐步推广农村土地流转,实施大范围的机械化农业,业务化、精细化的农业遥感监测具有广阔的前景。