典型黑土区农作物时空分布遥感监测

发布时间：2020-10-01 18:18

　　农作物的播种面积、产量等信息是国家制定粮食政策和经济计划的重要依据。作物种植面积信息体现了空间范围内农业生产资源的利用情况,掌握农作物种值比例、分布情况对农业结构调整提供可靠性依据。提前获取作物播种面积、长势和产量信息,对加强农业生产管理,发挥农业生产力,为政府及相关部门制定科学合理的政策具有重要意义。目前产量预算的方法主要是通过调查统计,依据层层上报统计汇总,最终获取的产量值更新速率慢、人为因素影响较大、信息的准确性难以保证。利用遥感手段监测农作物种植信息,可以及时、准确地获取农作物播种信息,对预测农作物产量、推进耕地轮作休耕制度试点、合理设定补助标准、优化耕地利用率等具有重要意义。由于卫星遥感技术具有获取速度快、覆盖范围广、资料丰富、现势性强、费用低等特点,已在农业生产的各个环节中广泛应用,如农业土地利用、农业资源调查、农作物长势监测、农业灾害监测及农作物估产等领域。要实现精准农业,需要提前获取农作物的生长状况,利用遥感技术的优势,可实现农作物信息的快速获取。目前,大量遥感卫星为农业应用提供了持续可靠的数据来源,从高时间分辨率的MODIS到高空间分辨率的Landsat、环境星和高分影像,在农作物信息的获取方面提供了理想的卫星数据。本文将利用遥感手段,对典型黑土区(海伦市、望奎县、兰西县)农作物种植面积进行快速精准的计算。基于ENVI、ArcGIS软件平台,应用多源遥感影像在耕地范围上,首先,以海伦市为实验区,绘制不同农作物NDVI时间序列曲线确定农作物分类所需关键时期影像,同时对比多种分类方法确定农作物分类的最优方法,进而获取海伦市、望奎县、兰西县三县关键时期影像利用最优分类方法对三县2000年、2009年、2016年农作物进行监测。预验证方法的准确性,本研究采用农业保险公司的投保地块对农作物分类结果进行精度验证。同时对17年间典型黑土区农作物时空分布格局变化及成因进行分析,得出如下结论:(1)通过研究区农作物主要发育时期与不同作物MODIS-NDVI时间序列曲线确定6月、8月、9月为提取农作物主要关键时期,同时根据研究区农作物主要发育时期及不同作物反射光谱特性不同,发现6月水稻需要灌溉大量水,土壤含水量差异而导致光谱特性有所区别,土壤湿度较大的田块在假彩色显示时为深蓝色,此期间为提取水稻的关键时期;8月中下旬NDVI时间序列曲线可以看出大豆NDVI最高、水稻NDVI最低,此时大豆田块为亮红色,此期间为提取大豆的关键时期;9月中旬大豆已成熟、9月中旬或下旬是水稻的成熟期、玉米在9月下旬进入成熟期,此时大豆NDVI明显低于其他作物,玉米NDVI最高,此时玉米田块为暗红色,水稻田块为粉色,此时为区分玉米、水稻的关键时期。(2)以海伦市为实验区,对比监督分类中最大似然法、非监督分类中ISODATA算法、监督分类与非监督分类结合法,利用覆盖海伦市的1628个投保地块(玉米454个、大豆900个、水稻191个、其他作物83个)对2016年三种分类结果进行精度评价,发现三种方法总体精度分别92.69%、86.40%、94.67%,最终确定最大似然法与ISODATA算法结合为最优分类方法。(3)利用最大似然法与ISODATA算法结合的分类方法对2000年、2009年、2016年海伦市、望奎县、兰西县三县进行农作物分类,其中分类结果包括的主要农作物为玉米、水稻、大豆、小麦和其他作物。利用农业保险公司提供的2016年投保数据2972个验证地块对农作物分类结果进行精度验证,2016年总体分类精度为95.09%、Kappa系数为0.90,其中玉米精度为97.63%、大豆精度为93.25%、水稻精度为95.65%;(4)研究区在2000年、2009年、2016年三年中从时间上大豆种植面积先减少后增加,玉米先增加后减少,这主要受政策及农业生产成本及粮食收益的影响,水稻直到2016年略有增加,这主要受气候影响;从空间上大豆、玉米、水稻的分布主要受地形影响,其次受土壤因素影响;小麦及其他作物分布逐渐减少主要受气候影响;并结合研究区特点提出作物种植结构调整建议。(5)统计数据与遥感监测相比存在差异,通过汇总整理各行政单位层层上报的作物统计信息,会浪费较大的人力并耗费时间。行政统计法暂时只能体现每个区域的时间差异,无法体现其空间差异,因此难以直接应用于作物空间分布的时空动态分析;遥感信息可以准确、快速、及时获取作物时空分布,与传统的方法比较有着明显的优势,为优化耕地利用率、推进耕地轮作休耕制度试点、合理设定补助标准、保障国家粮食安全等具有重要的意义。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S127;F326.1
【部分图文】：

技术路线图,技术路线

技术路线

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东北农业大学管理学硕士学位论文物分类理论基础与原理论基础遥感理论于 20 世纪 60 年代开始逐渐发展起来的一项技术，主要由电磁波和地球表面物基础，监测、分析其与地球资源环境间关系，展现地球表面每个要素其空间分演变秩序的一门科学技术。遥感是根据传感器获取研究对象的数据，且对其剖目标、区域、现象的相关消息，图 2-1 是遥感获取数据的流程图[19]。经历了遥感技术已经在地理、测绘、海洋、地质、气象、水电、交通、军事、农业、业均有涉足，如今在资源侦查、灾害监测、海洋、农林牧渔、矿产等行业获得

反射波谱,曲线特征,地物

数地物具有较强的透射能力，像水的透射能力就比绿波段，通常水的透射度为 10~20 m，少量不澄清的到 100 m。其中那些无法透过可见光的地物只能透射的反射率，这与地物自身有关，还与入射电磁波波率能判别大部分地物[74]。反射率随波长的变化规律。每种地物其不同波段的现的不同了，通过传感器每个波段收到的辐射值进呈现的样式。光谱曲线在空间呈现出反射光谱连续中呈点群分布。如果想探讨地物光谱其空间分布情率，分别选取各个波段当作坐标轴，绘制二维光谱数据由空间曲线到特征空间的转换。每个物体自身物体的基本特征[75]。通常不同物体有其各自的反射的，然而每种地物其构成存在差异，导致其电磁波曲线[19]。并非同种地物反射光谱曲线必然相同，由反射波谱曲线也会随之表现出差异。地物反射率随据在遥感中的应用提供了基础。因此，能实现利用迥异区分各种类。这是遥感的基本原理，需要通过到地物分类及反演中。

【参考文献】