长春地区玉米产量遥感估算方法研究

发布时间：2020-09-25 14:40

　　玉米是我国主要的粮食作物之一,准确高效地获得玉米产量对于国家制定农业决策、优化粮食产业发展等具有重要意义。传统估产方法需要大量的人力物力,而遥感估产方法不仅数据获取及时高效、成本低,且由于其监测范围广的特点,使得农作物大面积估产成为了可能。当前,利用遥感技术进行农作物产量估算已成为主流方法。随着现代科技的发展,卫星种类越来越多,不同空间和时间分辨率、不同质量、不同功能的卫星所采集的遥感影像正在满足着社会越来越多的需求。本文主要结合HJ-1A/B和Landsat8两种卫星影像数据,对研究区玉米产量遥感估算方法进行了研究。本文以吉林省长春地区九台区、德惠市和农安县为研究区,利用遥感影像获得的植被指数数据,通过统计估产方法和光能利用率模型进行了估产研究,并对模型精度进行分析评价。统计估算法的原理清晰、方法简单且所需数据容易获取,而光能利用率模型有科学原理作为理论基础,过程简单,参数较少且容易获取,可以满足大范围产量估算。在进行统计估产方法研究时,选取归一化植被指数NDVI、增强型植被指数EVI、比值植被指数RVI和绿度G作为分析参数,分别建立曲线统计、多元逐步回归、偏最小二乘回归和神经网络玉米产量估算模型。结果表明,神经网络建立的估产模型稳定且精度最高,模型决定系数R~2为0.997,验证点实测产量与估算产平均绝对百分误差MAPE为6.94%,相对均方根误差RRMSE为7.36%,可满足研究区玉米产量估算需求。为了研究统计估产模型在时间尺度的适用性问题,将2016年遥感参数作为输入数据,利用2017年建立的神经网络估产模型对2016年玉米产量进行估算,结果表明,验证点实测产量与估算产量的平均绝对百分误差MAPE为11.71%,相对均方根误差RRMSE为14.05%,表明估产模型在时间尺度具有一定的适用性。在利用光能利用率模型估算研究区玉米产量时,使用估算模型预测太阳总辐射SOL值,并通过IDW空间插值方法获得SOL空间分布数据。通过野外实验分析了光合有效辐射吸收比例FPAR的日变化趋势,并对模型中FPAR估算结果进行了精度评价,证明其可靠性。通过模型估算获得研究区玉米产量,并使用验证点数据对其估算精度进行评价。结果表明,验证点实测产量与估算产量的相对误差主要集中在±20%范围,最大误差为28.75%,最小误差为-0.73%,平均绝对百分误差MAPE为11.93%,相对均方根误差RRMSE为15.12%,表明该模型对于研究区玉米产量估算具有一定的可靠性。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S513;S127
【部分图文】：

示意图,地理位置,示意图,德惠市

以及通过野外实验获得的采样点实测产量数据。本性特征，并进行了相应的数据处理工作。区概况林省玉米主要产区的三个地市县作为研究区，通过了解该概况信息，为研究奠定基础。环境为吉林省玉米主要种植区域的九台区、德惠市和农安县三126°30′，北纬 43°50′～44°55′范围内，其中，九台区总德惠市总面积 3435 平方千米，农安县全县面积 5400 平方 2.1 所示。

空间分布图,测产,采样点,卫星数据

猗镜悖噘盘ㄇ釲?12 个样本点，采样点空间分布如图 2.3 所示。（a）野外测产工作照（b）采样点空间分布图图 2.3 野外测产工作照与采样点空间分布图2.3 数据处理研究所需各数据由于自身数据特征，需要进行一定的预处理工作。HJ-1A/B卫星数据、Landsat8 卫星数据主要进行辐射定标和大气校正。MOD16 蒸散量产品通过数据处理工具 MRT 完成处理操作。气象数据主要进行了模型估算与空间插值。测产样本通过脱粒、烘干等操作获得实测产量数据。2.3.1 遥感数据处理（1）HJ-1A/B 卫星数据与 Landsat8 卫星数据处理对 HJ-1A/B 卫星数据和 Landsat8 卫星数据的预处理主要包括辐射定标和大气校正，整个预处理过程均在 ENVI5.1 软件中完成。

影像,影像,预处理,大气校正

化过程通过绝对定标系数实现，HJ-1A/B 卫星数据使用基于 ENVI 的定标拓展工具完成遥感数据的定标。Landsat8 卫星数据使用 ENVI 的通用定标工具Radiometric Calibration 对数据进行辐射定标。大气校正是为了消除由于大气层散射效应使遥感影像辐射数据发生变化而形成的辐射误差，不仅能够消除大气中水分、二氧化碳、臭氧和气溶胶等物质造成的误差，而且能够校正由卫星角度和太阳高度角造成的影响，此外对临近像元交叉辐射问题也能实现校正处理。大气校正时，需要获得卫星数据所需的光谱响应函数。本文选择 ENVI 遥感图像处理软件自带的 FLAASH 大气校正模块对影像进行处理。根据遥感数据类型确定传感器类型、传感器高度和像元大小等参数，根据研究区地理位置确定经纬度和高程等参数，根据获取遥感影像的日期时间确定相应时间参数，根据遥感影像拍摄的日期确定气溶胶模式和大气水汽等参数。如图 2.4 所示为经过辐射定标和大气校正处理后的研究区 HJ-1A/B 卫星与Landsat8 卫星影像。

【参考文献】