基于中高分融合影像冬小麦播期遥感监测机理研究

发布时间：2020-03-20 17:05

【摘要】：遥感以其快速、精准、无损、覆盖范围广的特点,已经广泛用于农作物的生长监测,长势、产量与籽粒品质的研究及对各种自然灾害的预警预防中。但是目前国内外对于利用遥感技术进行农作物播期研究及不同播期情况下小麦长势、产量与籽粒品质状况研究还较少。本研究以江苏东海、赣榆、灌云、淮安、江阴、姜堰、金湖、宿迁、仪征、昆山和睢宁等地区冬小麦为研究对象,调查江苏省小麦的不同播种时期与不同播种时期小麦的关键长势、品质参数和产量。结合国产环境星(HJ-1A/1B)及高分一号卫星(GF-1)的融合卫星影像,建立江苏小麦播期模型与不同播期长势、品质和产量遥感监测模型并评价。研究不同播期情况下小麦长势、品质、产量等的综合性变化规律,探讨不同遥感变量组合对小麦播期遥感监测的可行性,主要研究结果如下:(1)分析冬小麦不同播期与卫星遥感变量的关系,分析拔节期与孕穗期冬小麦播期信息与遥感参数及不同遥感参数组合间的相关性,发现相关性较好。拔节期NDVI/GNDVI组合来监测播期是可行的。孕穗期用GNDVI/RVI组合来监测播期也是可行的。拔节期冬小麦播期遥感监测模型的R2和RMSE值分别为0.742和10.820;孕穗期期冬小麦播期遥感监测模型的R2和RMSE值分别为0.774和11.702,利用孕穗期建立的模型精度比利用拔节期建立的模型精度提高了 4.3%。在孕穗期建立模型精度比拔节期建立的冬小麦播期模型有所提高,故选择利用孕穗期遥感变量组合建立的播期模型。(2)分析冬小麦不同长势参数与卫星遥感变量的关系,发现在拔节期与孕穗期冬小麦的生物量、SPAD值、叶面积指数(LAI)和叶片含氮量(LNC)与遥感参数及不同遥感参数组合相关性较好。拔节期用(SIPI-PSRI)/(SIPI+PSRI)组合,NRI/SIPI,SIPI-PSRI和NDVI组合来分别监测SPAD、LAI、LNC和生物量是可行的,其拟合度R2分别达到了0.612,0.511,0.568,0.533,RMSE 分别为 6.790,0.858,0.344,672.290。孕穗期用(DVI-RVI)/(DVI+RVI)组合,(NDVI-PSRI)/(NDVI+PSRI)组合,NDVI/NRI 和(GNDVI-EVI)/(GNDVI+EVI)组合来分别监测SPAD,LAI,LNC和生物量也是可行的,其拟合度R2分别达到了 0.588,0.575,0.607,0.563,RMSE 分别为 9.527,0.763,0.425,1182.802。同时发现遥感变量组合监测精度普遍优于单个变量,说明利用遥感变量组合监测冬小麦长势是可行的。(3)分析冬小麦籽粒品质与卫星遥感变量间的关系,分析了冬小麦主要品质参数与遥感参数及其组合之间的相关性,发现冬小麦主要品质参数与遥感参数及其组合之间存在较好的相关性。用(SIPI-PSRI)/(SIPI+PSRI)组合,NDVI/GNDVI 和 NRI/GNDVI 组合来分别监测蛋白质含量,湿面筋含量和淀粉含量是可行的,其拟合度R2分别达到了 0.665,0.624,0.655,RMSE 分别为 0.999,1.742,1.061。(4)分析冬小麦的产量与卫星遥感变量间的关系,发现冬小麦的产量和遥感参数及其组合之间存在较好的相关性。用GNDVI/EVI组合和(GNDVI-EVI)/(GNDVI+EVI)组合来分别监测理论产量和实际产量是可行的,其拟合度R2分别达到了 0.697和0.630,RMSE分别为84.760和71.087。说明利用遥感变量组合监测冬小麦产量是可行的。(5)分析冬小麦播期与冬小麦产量间的关系,分析了冬小麦实际产量与播期之间的相关性,发现冬小麦实际产量与播期之间存在较好的相关性。通过播期与产量间的相关性分析可以确定2018年冬小麦最适播期范围处于10月28日至11月6日之间,其R2和RMSE值分别为0.734和114.403。通过对2018年江苏省冬小麦播期遥感监测图与2018年江苏省冬小麦实际产量遥感监测图的对比,推荐苏南、苏中和苏北的最佳播期分别为11月2日至11月6日,10月31日至11月4日和10月28日至11月1日。(6)分析冬小麦不同播期条件下高光谱变化规律,分析了冬小麦不同播期与一阶微分高光谱反射率的相关性,发现在拔节期,与播期相关性最高的高光谱反射率为717nm;在孕穗期,与播期相关性最高的高光谱反射率为731nm。同时将播期与高光谱特征变量进行相关性分析,发现红边内一阶微分总和(SDr)拟合度R2最高。比较发现(SDr-SDb)/(SDr+SDb)拟合度(R2)最高,故可选择其构建模型,评价发现利用高光谱特征变量组合(SDr-SDb)/(SDr+SDb)与播期建模是可行的。(7)依据冬小麦播期与遥感变量及其组合间的关系,通过建模得到获得2018年江苏省冬小麦播期遥感监测图,同时划分不同播期冬小麦的长势、产量和品质,最终得到冬小麦不同播期的长势、品质和产量遥感监测专题图,据此可及时获得不同播期条件下冬小麦长势信息,对大田生产实现优质高产具有指导的意义。
【图文】：

昆山和睢宁等地区进行，每县设置采样点１５？３０个，每个定位点相隔距离在３公里以上，逡逑一共设置１０５个采样点。２０１６年于江苏省姜堰、高邮和兴化麦区设置采样点〗５？３０个，一逡逑共设置５５个采样点（图２．２）。逡逑其中样点间直线距离超过３公里，分布均匀，地理位置信息的获取采用的是Ｔｒｉｍｂｌｅ逡逑公司生产的Ｊｕｎｏ邋ＳＴ邋ＧＰＳ定位仪。逡逑于２０１７年进行播期小区试验，试验地点位于姜堰，经纬度（１２０．１１６３４４°，逡逑３２．６０９５８５°邋）；试验品种：扬麦２３、扬麦２５。每个品种种植面积１５ｍ２，，重复２次，并且逡逑

８９逦仪征市马集镇蔡湖村蔡一组逦１１月１２日宁麦１３逡逑９０逦昆山逦昆山市淀山湖镇晟泰村逦１０月２９日镇麦１０逡逑９１逦昆山市淀山湖镇永新村逦１１月３日扬麦１６逡逑９２逦昆山市淀山湖镇金家庄村逦１１月４日扬麦１６逡逑９３逦昆山市高新区大公逦１１月１日镇麦１０逡逑９４逦昆山市高新区庙灯逦１１月８日镇麦１０逡逑９５逦昆山市高新区群星逦１１月１日镇麦１０逡逑９６逦昆山市高新区大众逦１０月３日扬麦１６逡逑９７逦昆山市周市镇许家村逦１０月２６日镇麦１０逡逑９８逦昆山巴城镇高标准粮油基地逦１１月２日镇麦１０逡逑９９逦睢宁逦双沟镇官路村逦１０月２５日徐麦３３逡逑１００逦王集镇赵集村逦１０月２６日淮麦４０逡逑１０１逦王集镇赵集村逦１０月２３日徐麦３３逡逑１０２逦王集镇赵集村逦１０月２８日徐麦３３逡逑１０３逦梁集镇高楼村逦１１月５日淮麦３３逡逑１０４逦姚集镇金武村逦１１月１日徐麦３３逡逑１０５逦凌城镇胜利村逦１１月１日徐麦３３逡逑１１８。０’０＂１２０°０’０’？１２２°ｆｌ’Ｄ＂东逡逑
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S512.11;S127

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本文编号：2591914