基于多时相环境星数据的甘蔗收割过程遥感监测

广西是中国最大的蔗糖产地,种蔗面积和蔗糖产量均占全国的约60%.及时、准确地监测广西甘蔗种植和收割信息,对于甘蔗生产具有重要的意义.该文采用多时相HJ-1 A、B星CCD图像开展广西扶绥县甘蔗种植和收割信息提取及面积估算示范研究.选取从2009年11月5日到2010年2月19日共四个时相CCD图像,逐时相提取甘蔗信息,...     

NDVI时序相似性对冬小麦种植面积总量控制的制图精度影响

遥感技术获取的区域作物面积与作物面积统计数据间常常存在不一致的问题,这在一定程度上影响了作物分布遥感制图信息的应用。为获得与作物面积统计数据一致的高精度作物分布遥感制图信息,该研究以河北省衡水市武邑县为研究区,以时序Sentinel-2遥感影像生成的归一化差值植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)为研究数据,将冬小麦面积目视解译数据作为遥感提取的区域冬小麦面积总量参考,提出基于复合型混合演化算法(Shuffled Complex Evolution-University of Arizona, SCE-UA)和区域作物种植面积总量控制的NDVI时序相似性阈值优化冬小麦分布制图方法,并进行精度验证。在此基础上,进一步开展不同生育阶段NDVI时序相似性及其相似性组合的冬小麦分布提取精度对比研究。结果表明,利用全生育期NDVI时序相似性获得的冬小麦分布制图结果总量精度达99.99%以上,总体精度达98.08%,Kappa系数为0.96,可以保证遥感提取的区域冬小麦面积与冬小麦种植面积总量控制参考间的高度一致性且能获得较高的作物遥感识别精度。从不同生育阶段NDVI时序相似性及其相似性组合的冬小麦分布提取结果可知,利用出苗期-分蘖期、返青期-拔节期的NDVI时序可获得高精度冬小麦分布提取结果,而利用抽穗期-成熟期的NDVI时序数据提取冬小麦结果则精度较低,且综合不同生育阶段NDVI时序数据有利于冬小麦制图精度的提高。该研究可为高精度冬小麦分布提取和制图技术及其方案优化提供一定参考依据,也可为遥感数据和作物面积统计数据融合的大范围农作物分布遥感制图及统计数据空间化提供一定技术方法参考和思路借鉴。     

应用AMMI和HA-GGE双标图分析甘蔗品种产量 稳定性和试点代表性

对甘蔗区域试验数据进行基因型与环境互作分析,有利于全面了解参试品种的丰产性和各试点的代表性,对优良新品种的推广和品种的区域分布也有着重要意义。本文综合利用AMMI模型和HA-GGE双标图对2014年国家甘蔗第10轮区域试验11个品种和13个试点的蔗茎产量和蔗糖产量数据进行产量稳定性和丰产性分析,评价试点的代表性和分辨力。结果表明:蔗茎产量和蔗糖产量在不同品种和试点间存在极显著差异,品种和试点存在极显著互作效应。‘福农40号’综合表现最佳,是产量高、丰产性好且蔗茎产量和蔗糖产量的稳定性均较强的品种;‘云蔗08-2060’的产量略低于‘福农40号’,但蔗茎产量和蔗糖产量的稳定性强于‘福农40号’;与对照品种‘ROC22’相比,‘粤甘43号’、‘粤甘46号’和‘闽糖02-205’的蔗茎产量和蔗糖产量较高,稳定性中等,‘福农40号’、‘粤甘43号’、‘粤甘46号’和‘云蔗08-2060’均具有较强的适应性,可在适宜蔗区推广应用。综合AMMI和HA-GGE双标图分析结果表明,广东遂溪、云南开远和福建福州具有较高的地点分辨力和试点代表性。因此,AMMI和HA-GGE双标图的综合运用,可更准确直观地评价出各品种的丰产性、稳定性和适应性以及各试点的分辨力和代表性。本研究可为甘蔗新品种的鉴定与推广提供有价值的理论参考。     

云南蔗区播期与水氮耦合对甘蔗产量和糖分影响

播期调控和水氮优化管理是提高作物产量和品质的有效措施。德宏是云南甘蔗主产区之一,属于典型的湿润蔗区,然而播期和水氮管理对该区甘蔗生产的耦合效应尚不明确。该文基于云南德宏蔗区瑞丽甘蔗试验站的大田分期播种试验数据评估了APSIM-Sugar(Agricultural Production Systems sIMulator-Sugar)模型的适应性,并应用验证后的模型进行了播期和水氮耦合对甘蔗大田生产影响的情景模拟,通过比较不同耦合方式下的蔗茎产量、蔗茎含糖量、水分和氮肥利用效率等指标差异,分析了云南德宏蔗区雨养和灌溉条件下的最优播期和水氮管理耦合方案。结果表明:APSIM-Sugar模型能够较准确的模拟云南德宏蔗区甘蔗代表品种(ROC22和YZ0551)在典型播期下的蔗茎产量和含糖量变化趋势,模拟相对均方根误差在10%以内,决定系数R~2大于0.9。播期调控和水氮优化能够为德宏蔗区的甘蔗生产提供积极影响,雨养条件下采用春植或冬植有利于甘蔗稳产和水氮高效利用,灌溉条件下采用秋植或春植有利于甘蔗高产和水氮高效利用。云南德宏等湿润蔗区旱地甘蔗推荐种植模式为,春植蔗2月下旬播种,冬植蔗12月下旬播种,施用纯氮60 kg/hm~2,可获得95～100t/hm~2的蔗茎产量(含糖量大于19%)。水浇地甘蔗推荐种植模式为,春植蔗2月下旬播种,施用纯氮120 kg/hm~2,配合伸长期灌水360 mm,可获得近120 t/hm~2的蔗茎产量(含糖量大于17%);秋植蔗10月下旬播种,施用纯氮180 kg/hm~2,配合分蘖期和伸长期灌水720 mm,可获得近170 t/hm~2的蔗茎产量(含糖量大于18%)。研究结果可为在云南湿润蔗区进行甘蔗生产的播期调控和水氮优化提供依据,为甘蔗高产高效种植管理决策提供参考。     

广西甘蔗产业发展的SWOT分析

近年来由于蔗糖国际市场的冲击,糖价不断下降,糖料蔗种植面积也逐渐萎缩,如何做大做强蔗糖产业,是蔗糖业面临的一项艰巨任务。通过SWOT分析,列举出广西蔗糖业的优势、劣势、机会及威胁,提出广西甘蔗产业可持续发展的应对措施。     

东北地区主要作物种植结构遥感提取及长势监测

以中国东北地区为研究区域,探讨基于遥感影像全覆盖的大尺度作物种植结构自动提取及长势遥感监测的技术方法。通过分析东北地区春玉米、春小麦、一季稻及大豆等主要作物时序光谱特征,确定不同作物种植结构遥感提取的阈值,建立基于MODIS NDVI数据的上述4种作物种植结构提取模型,获取2009年东北地区主要作物空间种植结构格局特征。其次,基于MODISNDVI数据,利用差值模型,通过与近5 a作物长势的平均状况进行对比,分析研究东北地区2009年4种作物的长势状况。结果显示,与多年平均统计数据比较,基于遥感提取的作物种植结构信息,总体精度达到了87%以上;不同作物长势在其整个生育期内在时间和空间分布上都有较大差异。研究表明,通过MODIS数据提取不同作物种植结构及进行大尺度作物长势监测的技术和方法是可行的,研究为中国农业遥感监测系统大尺度业务化运行的作物种植结构提取提供了有效方法。     

中低分辨率小波融合的玉米种植面积遥感估算

采用中分辨率与低分辨率数据相结合的遥感估算方法是获取大范围作物种植面积的主要趋势之一。在MODIS时序影像和TM影像支持下,采用小波变换融合方法获取30m分辨率的NDVI时间序列信息,构建主要秋季作物的NDVI标准生长曲线,以最小距离分类器进行分层分类,获得河南原阳县玉米种植面积总量信息和空间分布,并以野外实测地块样本进行精度评价。由于充分利用MODIS影像的时间序列优势和TM影像的空间分辨率优势,通过秋季作物之间的物候差异,有效地区分出各种秋季作物的空间分布,基于融合NDVI时间序列信息玉米种植面积遥感估算的位置和面积精度分别达到79%和89%,远高于常规的监督分类,为大范围玉米种植面积遥感估算提供了一种可行的方法。     

面向对象的多时相HJ星影像甘蔗识别方法

广西甘蔗种植区域离散,因混杂于多种农作物中,其光谱易受其他作物的影响,故利用单一时相多光谱遥感影像提取甘蔗有一定的困难。针对这一难题,该文首先提出甘蔗最佳识别时段,基于多时相HJ-1A/1B星CCD影像,以广西中部贵港市三区为研究区,通过面向对象分类软件eCognition,利用甘蔗在不同时相影像上的光谱特征:光谱均值、归一化植被指数NDVI和由灰度共生矩阵导出的局部一致性指数GLCM homogeneity,建立决策树逻辑的分类规则集提取甘蔗种植区。结果表明该方法能较精确地进行甘蔗识别,最大程度消除其他干扰因素影响,分类精度为91.3%,kappa系数为0.83,同时也证实了HJ卫星CCD多光谱遥感数据应用于甘蔗识别的有效性。     

~(60)Coγ辐射诱变育成甘蔗新品种桂糖22号

桂糖22号是利用80Gy60Coγ射线辐照新台糖1号甘蔗茎段,经过系统选育而成。在广西区试中,蔗茎产量为106.95 t/hm2、蔗糖产量14.21 t/hm2,最高生物产量达188.1 t/hm2,可发酵糖产量48.92 t/hm2,是既可作糖蔗又可做能源蔗的甘蔗新品种。     

卫星遥感影像在村镇及作物分布调查中的应用研究

利用监督分类、经验指数、屏幕数字化等遥感影像处理方法，在山东簸箕李灌区开展村镇及作物分布调查的应用研究。在对采用卫星遥感影像(SPOT、LANDSAT)识别的村镇可视化效果进行对比的基础上，基于LANDSAT5影像，经屏幕数字化处理得到村镇分布现状，并依据NDVI指数推断作物分布状况。研究结果表明，经监督分类法处理后可从SPOTXS影像中提取出较为清晰的村镇范围，而采用监督分类法或经验指数对LANDSAT 5影像进行处理时遇到的亮度非均匀问题导致较差的村镇可视效果。在干旱严重的1999年期间，簸箕李灌区的夏作物面积高出春作物14％，两种作物在总体长势及种植密度上尽管差别不大，但夏、春作物长势及种植密度在区段之间的变异状况却是明显的。     

基于Google Earth Engine的淮河流域越冬作物种植面积制图

越冬作物是中国重要的作物类型,其面积的变化不仅对中国粮食产量和经济产生直接的影响,还潜在地影响中国的粮食安全,因此有必要准确绘制越冬作物种植面积图来为决策制定者提供科学参考。该研究以淮河流域为例,基于Google Earth Engine云平台,融合时间序列Landsat-7/8和Sentinel-2A/B卫星影像,采用S-G（Savitzky-Golay）滤波器重构作物时间序列的归一化差异植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）,根据不同植被类型物候期的差异,选取越冬作物生长旺盛期NDVI最大值、越冬作物播种期和收获期中相应的NDVI最小值和中位数,在像元尺度上构建越冬作物提取算法,绘制淮河流域越冬作物的种植面积。研究结果表明,所构建算法能够精确提取淮河流域越冬作物的种植面积,总体精度为95.8%,Kappa系数为0.912,该研究可为作物面积的提取和监测提供方法参考。     

时空协同的地块尺度作物分布遥感提取

地块尺度作物分布信息清晰直观地反映了农田位置、空间形态等空间细节和种植类型信息,对精准农业管理、种植补贴发放和农业资源调查等具有重要价值。虽然遥感时空协同思路为地块尺度作物分布提取提供了解决方案,但在农田地块提取和时序特征构建方面尚存在不足。该研究基于遥感时空协同的思路,以Google Earth高空间分辨率影像为底图,利用擅于学习影像视觉特征的D-LinkNet深度学习模型,快速、精准提取农田地块形态;以地块为观测单元,利用Landsat8和Sentinel-2多源遥感的"碎片化"无云数据构建地块时序数据集,基于加权Double-Logistic函数重建地块归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)时序曲线;提取地块物候特征和多时相光谱特征,经过特征优选和随机森林分类模型构建,开展地块尺度作物分布制图。以广西扶绥县为研究区开展试验,共提取地块43.7万个,边界准确率为84.54%,相较于常规基于多尺度分割的地块提取,基于D-LinkNet的地块提取方法直接排除了非农田地物的干扰,地块形态与现实情况符合度更高;地块NDVI时间序列重建结果能够较好地捕捉作物开始生长、旺盛期、成熟收获期的动态变化趋势;分类特征重要性评价结果显示,红边特征、与时间相关的物候特征在分类中发挥重要作用,当联合物候特征和光谱特征时分类效果最佳;根据特征重要性分析不同特征数量情况下的分类精度,当特征数量大于40维时,作物分类精度和Kappa系数保持稳定,总体分类精度维持在88%左右;对扶绥县地块尺度作物分布进行制图,提取甘蔗地块277 421个、水稻地块33 747个、香蕉地块4 973个、柑橘地块102 055个,分别占农田地块总数的63.48%、7.72%、1.14%、23.35%,种植面积占比分别为69.78%、7.12%、1.71%、18.06%。该研究在理论上构建了遥感时空协同的地块尺度作物分类模型,为大范围、地块尺度作物分布遥感提取提供了实用化方案。     

基于HJ-1 CCD的县域农作物种植结构提取和时空分析(英文稿)

作物分类和时空变化监测信息可以为农业管理提供依据,多年作物种植结构图反映了作物种植方式的变化,对经济和社会分析起着重要作用。然而,用于绘制作物分布图的卫星影像不能同时具有高时间高空间分辨率,在提取作物种类复杂多样地区的种植结构图时,往往难以提供足够的作物生长周期内影像。该研究提出了一种既经济又高效的解决方案,即利用重复周期短的环境一号CCD（HuanJing-1 Charge-Coupled Device,HJ-1 CCD）图像和免费Landsat-8图像来提取中国监利县的作物种植区时空变化图。根据NDVI时间序列曲线定义了不同作物生育期物候指标例如归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）的最大值、日期和天数等,用于作物分类。为了获取物候指标的阈值,首先从15m Landsat-8影像中提取典型种植区,然后利用典型种植区作物生长阶段NDVI时间序列曲线,得到物候指标中的NDVI阈值和时间阈值,再根据这些阈值制定了分类规则,并获得了2009-2016年作物分布图。根据多年主要作物分布图,分析不同作物的土地利用变化。最后利用高空间分辨率卫星图像和监利县统计年鉴中的作物面积数据对作物分类结果进行精度评估。与高空间分辨率图像相比,平均分类精度为84%,与统计作物面积数据相比,分类精度达到81.60%。结果表明,该研究为在像监利县这样复杂地区进行常规的作物分布制图提供了一种可行的分类方法。通过对夏收作物的时空动态变化分析可以发现,油菜农业机械化水平低、劳动力成本高,导致愿意种植油菜的农民较少。对于秋收作物,政府设定了中稻最低收购价标准,大大降低了农民种植中稻的风险,对农民种植秋收作物具有指导作用。     

2001-2018年贵州省NDVI时空演变及其对气候变化和人类活动的响应

[目的]研究贵州省植被覆盖对气候变化和人类活动的响应程度,为区域生态环境建设提供理论依据。[方法]选取2001-2018年MODIS13 A1影像,结合气象数据,利用线性趋势分析、偏相关分析和残差分析等方法,分析了贵州省18年间NDVI的时空变化特征,探究了NDVI对气候变化的响应规律以及人类活动对NDVI的影响。[结果]①2001-2018年贵州省NDVI呈现显著上升趋势,增长速率为0.0053/a,空间上极显著增加和显著增加区域面积分别占研究区域的52.80%和16.80%。②2001-2018年贵州省气候向暖湿方向发展,NDVI与气温和降水呈正相关关系,且NDVI对气温的敏感性高于降水。③月尺度上NDVI对气温的响应不存在滞后性,对降水响应存在一个月滞后性;NDVI与气候月尺度相关性高于年尺度。④人类活动对贵州省植被覆盖作用日益增强,对NDVI贡献度为72.30%。[结论]人类活动对NDVI的影响大于气候变化,贵州省植被变化是气候变化和人类活动共同作用的结果。     

基于多时相遥感植被指数的柑橘果园识别

柑橘普遍种植于中国南方地区,受天气多云多雨、种植类型复杂等因素影响,利用光谱信息直接识别柑橘果园信息存在一定困难。该研究根据柑橘特有的物候特征,提出了"柑橘在其果实生长膨大过程中柑橘果园的植被信息可能减弱"的假设。根据此特征提出柑橘果园信息识别方法,确定关键时间窗口的阈值,并以广西壮族自治区南宁市武鸣区为研究区,开展柑橘果园信息遥感识别实证研究。首先,获取2018年研究区多时相Sentinel-2遥感影像,构建归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）、绿色归一化植被指数（Green Normalized Difference Vegetation Index,GNDVI）、差值植被指数（Difference Vegetation Index,DVI）和红边波段指数（Sentinel-derived Red-edge Spectral Indices,RESI）等多个植被光谱指数;其次,根据地面样本点信息,对比不同植被类型在不同时期的遥感植被信息差异,进而确定柑橘果园识别的最优特征。研究结果表明,柑橘果园与研究区其他主要作物类型（如甘蔗、香蕉、玉米、水稻等）没有明显的光谱特征差异,但研究区多时相遥感植被指数显示10月的柑橘果园NDVI相比11月出现明显低值0.47,且明显低于其他作物类型;10月的柑橘果园GNDVI也出现了低值0.43,但与其他月份相比差异不明显;而柑橘果园DVI的离散程度低,分离性不强。根据作物物候历,9-10月为柑橘果实迅速膨大期,这验证了该研究提出的科学假设,即该时期柑橘果园的植被信息会减弱。柑橘果实膨大期不同植被指数的离散程度差异明显,NDVI离散程度最高,差异性最强。根据10月柑橘果园NDVI的物候特征,进一步构建归一化指数,通过阈值法识别研究区柑橘果园空间分布,该识别方法的总体精度达到82.75%,优于其他植被指数的识别结果,该研究结果可为柑橘果园信息遥感识别研究提供较好的理论与实践支撑。     

2000-2018年广西植被时空变化及其对地形、气候和土地利用的响应

广西是典型的喀斯特地区,其生态系统非常脆弱。为评估广西植被时空变化特征及其影响因素,该研究基于2000－2018年MODIS数据,利用最大值合成和趋势分析等方法,分析广西植被NDVI时空变化特征;基于相关分析等方法,结合地形因子、气候因子和土地利用数据,探讨了植被NDVI对地形、气候变化和土地利用的响应。结果表明：1）2000－2018年广西植被NDVI呈增加趋势,但空间差异显著,表现为北高南低,边缘高中间低。2）随着高程的增加植被NDVI呈现先增加再减少的趋势;随着坡度的增加植被NDVI呈先增加至稳定再减小的趋势;除无坡向以外,坡向的不同对植被NDVI影响不大。3）广西2000－2018年气温和降水对植被NDVI为正影响,复相关系数达到0.32。在不同土地利用类型上,植被NDVI对气候的响应是不同的。研究结果揭示了广西植被时空变化特征及其对地形、气候和土地利用的响应,能够为广西可持续发展和生态环境建设提供决策支持。     

广西糖料甘蔗需水量和灌溉定额空间变异

广西是中国主要的糖料蔗生产基地,地处喀斯特地貌区,其土壤保水保肥效率低,且年降水时空分布不均,灌溉对保障糖料蔗高产稳产极其重要。研究糖料蔗需水量及灌溉定额空间变异规律,对指导糖料蔗高效节水灌溉,保障其高产稳产具有极其重要的作用。以广西7个灌溉试验站的试验数据为基础,采用双作物系数法,结合全区25个气象站的数据,计算全区多年平均参照作物蒸发蒸腾量(crop reference evapotranspiration,ET0)及滴灌、小管出流、微喷灌和沟灌共4种灌水方式下的作物需水量(crop evapotranspiration,ETc)和灌溉定额,分析各变量的空间变异性,并绘制其等值线图。与观测资料对比发现,该文基于双作物系数法得到的ETc相对误差范围在5%左右。气象因素空间分布的不均匀性导致ET0和ETc的空间分布不均,进而导致灌溉定额的空间分布差异,其中以降水的影响最明显。全区多年平均日均有效降水量全区相对差异达65%,东兴和百色分别为全区最大值和最小值点,分别为5.37和1.94 mm/d。滴灌、小管出流、微喷灌和沟灌4种灌水方式下日均ETc分别为3.48、3.48、3.59和3.52 mm/d,北海为全区峰值点,田东为区域性峰值点。全区多年平均灌溉定额在滴灌、小管出流、微喷灌和沟灌灌水方式下分别为135、135、354和457 mm。不同灌水方式下全区糖料蔗灌溉定额呈现出相同的空间分布规律,即桂林至田东一带为灌溉定额的高值区,田东为全区的峰值点。研究可为广西地区糖料蔗的灌溉行为包括灌溉方式和灌溉定额的选择提供理论指导。     

基于决策树和混合像元分解的江苏省冬小麦种植面积提取

归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)时间序列曲线能提供作物生长动态变化信息,将其应用于农作物种植面积提取具有一定优势。该文以江苏省为研究区域,采用2013年1月1日-2014年12月19日46景250 m空间分辨率的MODIS-NDVI时间序列数据、2014年4月23日的MOD09A1反射率影像及Landsat数据,开展冬小麦种植面积的遥感识别,首先利用MODIS数据建立作物的归一化植被指数时间序列曲线,再采用Savitzky-Golay滤波方法对NDVI时间序列数据进行重构,并基于农作物物候历、种植结构和种植模式等信息,提取研究区域典型地物物候生长期的关键值,在分析冬小麦、林地、水稻物候期(生长期开始时间、生长期结束时间、生长期幅度、生长期长度及生长期的NDVI最大值)变化趋势的基础上,综合比较分析不同地物平滑重构后的NDVI时间序列曲线特征,界定作物种类,确定训练规则,利用快速、高效的决策树方法,通过多阈值限定进行分类,初步提取冬小麦的空间分布范围;但是由于存在混合像元,阈值范围的设定会影响冬小麦种植面积的提取精度,针对此类问题,运用地表反射率影像数据提取冬小麦端元波谱曲线,结合线性光谱混合模型进行混合像元分解,进而根据冬小麦丰度比例精确提取冬小麦种植面积;最后利用统计数据和空间分辨率较高的Landsat TM 8影像数据对提取结果进行县域级验证。精度评价结果表明,研究区域的冬小麦种植面积提取精度达到90%,能够较准确地反映研究区域冬小麦的分布情况,表明运用中高分辨率遥感时间序列影像数据可以准确提取作物种植面积,为农作物种植面积信息提取提供参考。     

钟模型法建立甘蔗发育期模拟模型

基于作物发育动态理论模型原理及钟模型方法构建甘蔗发育期模拟模型（SDSM,sugarcane development simulation model）,模拟新植蔗和多年宿根蔗不同发育期。利用广西甘蔗主产区（宜州、沙塘、来宾、扶绥、贵港）的甘蔗发育期多年观测资料及同期气象数据,结合甘蔗各发育阶段的三基点温度指标,通过试错法确定甘蔗发育期模拟模型（SDSM）参数,模拟新植蔗、宿根蔗各发育期（播种-出苗、出苗-分蘖、分蘖-茎伸长、茎伸长-工艺成熟)。通过模拟值与实测值对比分析,对模拟效果进行评价。结果表明：模型具有较强的机理性,模型中基本发育函数部分反映了品种的基因特性,模型能够有效模拟甘蔗的发育期。新植蔗各发育阶段NRMSE在5.2%～26.31%,播种-出苗阶段模拟值与实测值相差8.1d,出苗-分蘖相差7.4d,分蘖-茎伸长相差4.6d,茎伸长-工艺成熟相差7.4d;宿根蔗各发育阶段NRMSE在6.52%～21.66%,上一年工艺成熟-发株阶段模拟值与实测值相差8.8d,发株-分蘖相差8.7d,分蘖-茎伸长相差7.5d,茎伸长-工艺成熟相差9.9d。说明模拟值与实测值具有较好的一致性与相关性,模型可以实现对甘蔗发育期的预测。