泾惠渠灌区作物种植结构变化对灌溉需水量的影响

研究种植结构变化对灌区作物需水量和灌溉需水量的影响,能够为作物生育期的灌溉用水管理和农业水资源规划提供基础数据。依据泾惠渠灌区实测降水和蒸发蒸腾等气象数据,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式和作物系数法计算灌区主要作物需水量;通过频率计算和配线法确定灌区丰水年(25%)、平水年(50%)和枯水年(75%)的有效降水量;根据1988—2014年Landsat卫星遥感影像提取的泾惠渠灌区不同历史时期农业种植结构数据,计算典型水文年份灌区总灌溉需水量,并分析作物需水量和灌溉需水量在不同典型水文年的年际和月际变化。结果表明,随着泾惠渠灌区农业种植结构的变化,灌区总的作物需水量和灌溉需水量都呈现显著下降趋势。但泾惠渠灌区在1988—2005年间,单位面积平均作物需水量和平均灌溉需水量都基本保持不变,随后均呈小幅下降趋势。各月份作物总需水量和总灌溉需水量除6月份之外,其余各月份都呈现显著下降趋势;但在此期间,灌区单位面积平均作物需水量和平均灌溉需水量除在4、8、9月份呈下降趋势,而6月份呈显著增加趋势外,其余各月份基本保持不变。灌区总的作物需水量和灌溉需水量的下降主要是由农作物种植面积大量减少所致,种植结构的变化对其影响较小,但灌区种植结构调整后的作物需水量状况更符合区域有效降水特点。     

基于遥感的宝鸡峡灌区作物面积信息提取

灌区中不同作物的种植面积是分配灌溉用水的重要依据,遥感方法不仅可以提取各作物种植面积,而且可以获取其空间分布情况。基于2009年Landsat5-TM影像,综合分析宝鸡峡灌区农作物种植特点和光谱特征,运用决策树分类法获取灌区各作物面积。并由地面实际调查数据和高分辨率影像对分类精度进行评价,各地物精度均达85%以上。结果表明该方法适合灌区的作物分类。     

基于作物空间信息特征的灌区种植结构优化研究

针对目前北方许多大型灌区种植结构不合理、农业需水量偏大、水资源紧缺等问题,提出了一种基于作物空间信息特征的种植结构优化方法,通过调整种植结构和优化空间分布,减少农业需水量,提高农业效益。利用地统计学(GS)和地理信息系统(GIS)的空间处理能力,分区计算了灌区多年平均参考作物需水量(ET0)和作物需水量(ETc),并统计分区内作物单产和产值信息;构建了基于作物空间信息特征的多目标优化模型,设计了2种作物种植结构方案。结果表明,与传统多目标种植结构优化模型相比,基于作物空间信息特征的种植结构优化方法在节水效果和农业效益上都有一定的优势。     

基于决策树和面向对象的作物分布信息遥感提取

利用我国2012年4—11月覆盖主要农作物全生育期的23幅中分辨率HJ-1A/1B卫星时序影像,采用决策树和面向对象相结合的分类方法提取黑龙江省双河农场主要农作物分布信息,并与传统决策树分类方法进行对比。通过影像预处理构建时序HJ星影像集,先利用面向对象方法提取道路,为作物提取排除田间道路及附属地物干扰;再结合作物物候历分析不同地物光谱和时序特征,筛选出7个特征指数和14个敏感时相,建立决策树分类模型,提取出玉米和水稻。研究表明,多特征指数辅助作物分类十分有效,尤其是归一化水指数NDWI对水稻提取非常有效;较之传统决策树分类,决策树和面向对象相结合的分类方法能有效剔除田间道路及附属林带沟渠对作物分类的干扰,总体分类精度从89.22%提升至95.18%,该方法可为其他地区利用中分辨率遥感影像低成本高精度提取作物分布信息提供借鉴。     

农作物种植格局对遥感分类精度的影响

研究不同作物种植成数、田块形状和田块破碎度对作物遥感分类精度的影响,是科学评价作物遥感分类精度的基础。采用GF-1遥感数据,以时序植被指数的主要农作物分类结果为基础,对研究区冬小麦-夏玉米作物种植区的分类精度与种植成分、田块形状和破碎度的关系进行了研究。结果表明,种植成数与分类精度呈正相关,田块破碎度、田块形状指数与分类精度呈负相关。     

基于遥感影像和NDVI阈值法的银川市植被覆盖度反演与监测

充分考虑由于大气、时间、土壤和树种组成、郁闭度等因素造成的干扰,通过对遥感影像进行精确的大气校正,运用混合像元法中的像元二分模型思想和归一化差值指数结合的NDVI阈值法模型,反演出多时相的区域内的植被覆盖度空间分布信息;最后将植被覆盖度进行分级,方便了定性比较分析区域内植被覆盖度的情况和变化,为监测提供了便利。以宁夏回族自治区银川市为研究区,采用了2002、2006和2010年的Landsat TM影像,结合区域内权威土地利用数据,对比分析出模型结果精度,最后从单时相和多时相两方面针对银川市进行了植被覆盖分析,并指出城市化建设和河流两方面对植物覆盖变化产生的影响。研究结果证明,在宁夏银川应用该模型是有效的。     

利用NDVI指数识别作物及土壤盐碱分布的应用研究

利用监督分类、NDVI指数等遥感影像处理方法,在黄河上游的宁夏青铜峡灌区开展识别作物及土壤盐碱分布的应用研究。基于LANDSAT卫星遥感影像,依据NDVI指数推断作物及土壤盐碱分布,得到灌区作物及土壤盐碱分布状况和相应的估算结果。研究结果表明,灌区上、下游之间在作物长势上存在着较大差异,北部地区明显低于南部,土壤盐碱分布差别是造成该差异的主要原因之一。受盐碱影响的作物面积在年度内随气候条件的改变呈现出明显的季节性变化,灌区年内受土壤盐碱危害的面积约为100000hm2,近1/3的作物面积受到程度不一的土壤盐碱化影响,且灌区下游的盐碱地面积及盐碱化程度均高于上游。     

基于生长时空信息的作物遥感分类方法研究

随着卫星遥感技术的快速发展,卫星遥感技术在农业信息技术中的应用越来越广泛。然而,传统利用遥感数据对作物分类的精度较差,一直制约着作物分类技术在农业领域的落地应用。为此,课题组基于能够反映作物生长参量的时间序列、物候节点的空间特征、空间特征的时间序列,构建了用于作物分类的特征属性集合。结果表明,融入作物生长参量时间序列、物候节点的空间特征与空间特征的时间序列的特征属性集合可以显著提高作物分类的精度。     

基于高分辨率影像的河套灌区乡镇尺度作物种植面积监测北大核心CSCD

【目的】有效、精确地获取乡镇尺度农作物种植面积信息。【方法】利用高精度遥感影像信息,采用最大似然法进行地物分类,对研究区主要农作物种植面积进行了估算,并通过地面抽样调查信息作为辅助参量进行了精度评价。【结果】采用高精度遥感图像结合最大似然法可以有效、精确地提取乡镇尺度农作物种植面积,玉米和葵花的用户精度均高于91%,在遥感影像受天气影响较小的2013年和2015年,各用户精度达到95%左右,Kappa系数达到0.94。研究区玉米的种植面积逐年扩大,而葵花的种植面积逐年缩小。同时由于农田改造,使得非种植区的面积有一定程度的减少。【结论】高分辨率卫星图像能帮助农民和政府低成本地估算农作物种植面积,进而调整耕地,优化种植结构。     

基于无人机-卫星遥感升尺度的土壤盐渍化监测方法

为提高卫星遥感对裸土期土壤盐渍化的监测精度,以河套灌区沙壕渠灌域为研究区域,利用无人机多光谱遥感和GF-1卫星遥感分别获取图像数据,并同步采集土壤表层含盐量;将实测含盐量与无人机和GF-1卫星两种数据的光谱因子进行相关性分析,引入多元线性回归模型（Multivariable linear regression,MLR）、逐步回归模型（Stepwise regression,SR）和岭回归模型（Ridge regression,RR）,分别构建盐渍化监测模型;采用改进的TsHARP尺度转换方法,将无人机数据建立的趋势面应用到GF-1卫星尺度上,经过转换残差校正,对升尺度结果进行定性和定量分析。结果表明：在两种遥感数据的光谱波段和盐分指数中,蓝波段B1、近红外波段B5、盐分指数SI、盐分指数S5和改进的光谱指数NDVI-S1与表层土壤盐分的相关性较好,相关系数均在0.3以上;在3种回归模型中,利用无人机多光谱影像数据和GF-1多光谱影像数据反演表层土壤含盐量的最优模型分别是SRU模型和MLRS模型;升尺度后土壤含盐量的反演精度高于直接采用卫星遥感数据反演的精度。本研究可为裸土期土壤盐渍化的大范围快速精准监测提供参考。     

基于遥感技术的达里诺尔湖湖面演化研究

为摸清中国北方寒旱区湖泊萎缩情况,以达里湖为研究对象,应用1999年,2001年,2003年,2007年及2010年的Landsat 5 TM影像资料,利用ENVI4.7与ArcGIS9.3软件对选取影像进行分析与处理,最终获取达里湖近10年的面积变化情况.结合达里湖所在地区的蒸发量与降雨量资料,分析湖泊面积发生变化的原因.结果表明:波段742的彩色合成图像地物色彩对比最为强烈,水面提取效果和实际最为相符,在达里湖水面进行提取时均以RGB=742的彩色合成图像为基础.达里湖湖泊面积近11年来总体呈现逐年递减趋势,从1999年的213.54到2010年的188.48km2,减少近25.06 km2,特别是2003年以后,湖面面积减少速度增快.通过对气象资料分析,达里湖区域蒸发量约为降雨量的1.8倍,造成湖泊面积萎缩的主要原因为连年干旱,蒸发量远大于补给量,此外,湖区周边的过度放牧引起的生态环境破坏也会造成达里湖湖泊面积萎缩.     

基于机器学习的绿洲土壤盐渍化尺度效应研究

针对干旱区绿洲土壤盐渍化的生态环境问题,以新疆维吾尔自治区奇台绿洲为研究区,基于58个表层土壤盐度数据及与之对应的Landsat TM多光谱遥感影像数据,分别选取栅格重采样(空间分辨率为30～990m)和邻域滤波(窗口尺度为3×3、5×5、…、31×31)两种尺度转换方法获取不同尺度下Landsat TM派生数据,并据此计算相应的环境变量（总数为720）;随后利用梯度提升决策树（GBDT）模型在不同尺度下依托环境变量对土壤盐度进行模拟,并分析其定量关系。结果表明：单一尺度下,基于30m空间分辨率的邻域滤波方法对土壤盐度的解析力总体优于栅格重采样模式,其最大解析力分别为78.55%、75.31%。混合多种尺度下,对土壤盐度的解析效果较单一尺度得到明显提升,解析力最高可达90.66%,有效实现了信息互补。栅格重采样模式相对于邻域滤波而言,其调整R2波动范围更为宽泛,说明栅格重采样尺度变换方法相较于邻域滤波对土壤盐度-环境变量关系的表征更具灵敏性。     

基于Sentinel-1和Sentinel-2数据融合的农作物分类

基于光学影像的遥感技术受云雨、昼夜影响较大,导致获取连续的作物时序生长曲线较困难,而雷达影像作为主动式成像,能够很好地克服这一缺陷。本文以陕西省渭南市大荔县某农场为研究区域,分别采用最大似然法(Maximum likelihood,ML)和支持向量机(Support vector machine,SVM)2种方法,融合Sentinel-1雷达影像和Sentinel-2光学影像,提高农作物的分类精度。研究结果表明,融合数据的农作物分类精度相比光学数据分类精度有所提高。在无云层覆盖的情况下,利用SVM方法融合Sentinel-2的红、绿、蓝、近红外4个波段数据与Sentinel-1数据,总体分类精度提高了2个百分点,Kappa系数提高了5个百分点;在有少量云层覆盖情况下,利用ML处理融合数据的分类结果精度和Kappa系数分别提高2个百分点和4个百分点,SVM方法下的分类精度提高了6个百分点,Kappa系数提高了8个百分点。     

灌区种植结构时空变化及其与地下水相关性分析

利用数据融合算法(ESTAFM)对Landsat7 ETM+和MODIS影像进行融合,构建了高时空NDVI数据集;结合地面实体作物NDVI变化特征和光谱耦合技术(SMT),提取了解放闸灌域2000—2015年间种植结构空间信息;在此基础上分析了其时空特征变化以及地下水对种植结构调整的制约性。利用2015年实地调查数据对遥感监测结果进行评价,灌域主要作物类型玉米、向日葵、小麦以及套种的纯像元分类精度分别达到了95%、88%、91%和90%,总体精度达到了91%;多年遥感监测结果与历史统计数据相吻合。研究结果表明:玉米和小麦种植面积不断增加,玉米种植面积增加尤为明显,由2000年的0.83万hm2(占灌溉面积的5.80%)增加到2015年的4.02万hm2(占灌溉面积的28.31%);向日葵种植面积由下降变为上升趋势,其种植规模受市场因素主导;因土地流转、农村劳动力的外流以及套种种植模式劳动力成本高,使得农户转向单一作物种植模式,套种模式种植面积逐年下降,由2000年的4.30万hm2(占灌溉面积的30.32%)减少到2015年的0.41万hm2(占灌溉面积的2.91%)。种植结构空间格局与地下水埋深分布相似,其空间的相对差异并未随时间发生明显变化。向日葵在地下水埋深较浅、盐碱化偏高的区域分布集中,玉米、小麦及套种在地下水埋深大、盐碱化偏弱的区域分布集中,反映出向日葵耐盐性更高,更能适应盐碱化程度高的土壤;作物这一空间分布格局不仅受水土环境影响,而且与作物生理特征密切相关。灌区节水改造以来,在净引水量减小的情况下,农田蒸散发量并未减小,而是表现为稳中有升的趋势,这与高耗水作物玉米种植面积逐年增加有直接关系;地下水位整体下降,由1.76 m下降到2.33 m,土壤盐碱化得到改善,表明大型灌区节水续建配套项目实施以来,节水改造对水循环和水土环境起到了积极的影响。     

基于XGBoost算法的多云多雾地区多源遥感作物识别

快速、准确地获取作物种植面积信息是长势监测、产量估算、病虫害监测和预警的基础。针对我国江南区域多云雾的特点,以Sentinel-1/2为数据源,综合采用光学遥感影像和合成孔径雷达(Synthetic aperture radar, SAR)影像等多源数据,针对研究区作物早春覆膜的特点,构建地膜植被指数(SAR plastic-film vegetation index, SPVI);利用时序光谱和植被指数特征,研究基于XGBoost算法的作物识别方法。以安徽省宣城市宣州区为研究区,开展实例验证研究。在作物生育期内,云雾影响较大,光学遥感覆盖稀疏区域以Sentinel-2影像为主,获取时序指数数据集,增加4期Sentinel-1雷达影像,用以补充云雾时期(5—7月)光学影像的缺失。以本文设计的方法,得到作物识别总体精度为84.87%,优于随机森林的83.93%,主要作物烟草制图精度88.69%,用户精度95.51%。仅使用生育期Sentinel-2影像的作物识别总体精度79.01%,主要作物烟草制图精度82.30%,用户精度93.49%。研究结果表明,本文构建的基于XGBoost算法多源...     

灌区种植结构反演优化与土壤盐分空间分布协同解析

种植结构与土壤盐分的协同程度与发展关系关乎灌区水土生态质量与农业可持续发展,联动灌区种植结构提取与土壤盐分空间分析对于灌区生态环境评价与治理、保障耕地和粮食安全等具有重要意义。本文以内蒙古河套灌区永济灌域为研究区,利用2021—2022年生育期Landsat 8 OLI遥感数据与地面种植结构调查数据,分别构建决策树、支持向量机、随机森林分类模型,通过对比分析遴选出灌域适用的最优模型,准确获取灌域种植结构分布结果,同时进一步结合灌域土壤盐分实测数据及其空间异质特征,对种植结构与土壤盐分的协同关系进行深入探讨与分析。结果表明,3种模型的分类精度由大到小为随机森林、决策树、支持向量机,2021、2022年随机森林分类模型的总体精度、Kappa系数分别为92.81%、0.91,91.64%、0.89,为3种模型中精度最高,故选定随机森林模型作为最优模型;灌域内土壤盐分呈现“北部重,中、南部轻”的空间分布特征,2021、2022年土壤盐分的半方差函数适用于Gaussian模型,土壤盐分空间自相关在“中—强”等级变化;受土壤盐分制约,葵花以北部地带种植为主,玉米、小麦、小麦套种玉米(套种)和瓜菜等...     

基于遥感的节水改造下河套灌区土壤盐渍化演变分析

为探究节水改造工程对灌区土壤盐渍化的影响,以河套灌区永济灌域为例,将节水改造工程实施阶段分成4个时期,基于遥感技术对各时期的土地利用类型和不同土层深度的土壤盐分进行解译,从土壤盐分的空间分布状态、土壤盐分指标（总储盐量及单位储盐量）的时间演变等方面分析不同节水改造时期土壤盐渍化的时空演变规律,并从点尺度和区域尺度综合分析土壤盐渍化对地下水的响应,同时结合灌区灌溉、排水等因素分析土壤盐渍化的演变机制。结果表明：随着节水改造工程的实施,土壤盐渍化程度南低北高的空间分布状态逐渐明显,盐渍化等级最高的区域均为盐荒地,2005—2010年土壤盐渍化程度增加,主要表现为春季、秋季0~40cm的重度盐化土（主要盐渍化等级）所占比例相比2000年分别平均增加106.98%~806.38%和44.26%~190.60%,2010—2015年土壤盐渍化程度逐渐减轻,主要盐渍化等级向等级小的方向转移,2015—2021年,土壤盐渍化程度减轻程度较为明显,主要表现为春季0~20cm中度、重度盐化土所占比例之和（主要盐渍化等级）相比2005—2010年平均下降9.15%,春季20~40cm、秋季0~20cm和20~40cm土层轻度、中度盐化土所占比例之和（主要盐渍化等级）分别增加15.02%、-2.62%和6.26%;随着节水改造工程的进行,春、秋两季0~40cm土层储盐量均呈先增后减的趋势,2010年达到最大值,其中0~20cm春、秋两季总储盐量分别为1.489×106t和1.396×106t,至2021年,春、秋两季平均总储盐量仍大于2000年;不同时期土壤含盐量与地下水埋深满足对数关系,春季、秋季土壤含盐量与地下水埋深的决定系数R2分别为0.744和0.672,春、秋两季轻度盐化土、中度盐化土、重度盐化土和盐土的地下水埋深平均值分别为2.351、2.144、1.953、1.752m,秋季地下水埋深平均值相比春季分别降低7.85%、8.27%、12.16%和9.88%。     

基于遥感ET数据的区域水资源状况及典型农作物耗水分析

以遥感ET及实测降水数据为基础,借助GIS技术开展水分盈亏分析研究;同时依据项目区土地利用现状,选择冬小麦、夏玉米、棉花及人工草坪为重点分析对象,对其耗水及灌溉耗水规律进行研究。结果表明:①大兴区耗水量与降水量在总量上不平衡,时空上不匹配,在现状土地利用下若无外来水补充,则不得不超采地下水,资源型缺水突出。②冬小麦和夏玉米耗水年际变化不大,而棉花及人工草坪随降水增加耗水增大;分析作物耗水与降水的吻合性发现,冬小麦耗水与降水匹配性最差,其次为人工草坪,而夏玉米及棉花耗水与降水匹配较好。③在所选择的4种作物中小麦灌溉耗水量最大,达230 mm以上;其次为人工草坪,其灌溉耗水量超过189 mm;夏玉米及棉花灌溉耗水量较小。     

基于深度语义分割的无人机多光谱遥感作物分类方法

为精准获取农田作物种植分布信息以满足农业精细化管理需求,基于DeepLab V3+深度语义分割网络提出了一种面向无人机多光谱遥感影像的农田作物分类方法.通过修改输入层结构、融合多光谱信息和植被指数先验信息、并采用Swish激活函数优化模型,使网络在响应值为负时仍能反向传播.基于2018-2019年连续2年内蒙古自治区河...