基于时间序列sentinel数据的崇左市甘蔗识别研究

发布时间：2020-05-17 15:34

【摘要】：甘蔗是一种重要的糖料作物和能源原料,我国食糖行业的主要原料来源于甘蔗,每年甘蔗产糖量占总食糖产量的90%以上。基于糖类在日常生活中的不可或缺性,应从源头开始监测,即及时、准确地监测甘蔗的生长状况,这对国家制定食糖相关政策、进出口计划,以及制糖企业安排生产都具有重要意义。此外,中国90%的甘蔗分布在南方地区,尤其华南地区占比极大。然而这些区域在气候上常年多云多雨、在种植结构上有地物分布破碎、作物混杂严重的特点,这给传统的光学遥感带来了一定的挑战,使之很难进行甘蔗的监测。而主动微波遥感不受云雨影响、全天候、全天时监测的优点,已逐渐成为南方农作物监测的重要数据源。基于以上背景,本文以华南多云多雨地区甘蔗识别为研究重点,选择广西区崇左市为实验区,以C波段双极化Sentinel-1为主要数据源,同时辅助光学数据Sentinel-2,结合野外采集数据,在充分理解甘蔗在C波段极化散射机理的基础上,研究更高精度下的甘蔗提取方法;通过一个生长周期的观测确定甘蔗识别的最佳时相(组合),建立所有甘蔗的共性特征---极化特征时序生长曲线;并进一步研究基于多时相离散观测与连续生长曲线的甘蔗识别方法,实现甘蔗的空间格局监测。具体研究结果如下:(1)经过对崇左市一整年SAR数据的分析,绘制甘蔗和水稻、桉树、香蕉等特征农作物的生长曲线。发现适合提取甘蔗的时相是3月、6月、8月和11月,最佳时相为11月,最佳极化特征为交叉极化VH。同时计算甘蔗与其他地物的可分离性,结果表明VH对应的8月数据最利于甘蔗和水稻的区分。在甘蔗提取中,交叉极化VH优于同极化VV。同时,引入极化特征(VV-VH)/(W+VH),验证此特征有利于区分香蕉和桉树的区分,此方法可引申到树种分类的相关研究中。(2)基于雷达数据的分类,分别使用最大似然、SVM、CART和随机森林方法进行分类,实验结果显示:在使用单景影像进行分类时,11月份对应的处于伸长期的影像,其分类精度最高,为80.62%,最优方法为CART分类法;在使用叠加数据时,其精度会高于单景分类,且随着数据的增加,精度不断变高。精度最高时达到89.19%,对应的数据为四个时相叠加的数据集。同时,叠加后数据可增加分类精度只适应于植物不同时期的数据合成,同一生长期的数据合成反而会降低分类精度(3)基于光学和雷达数据合成的分类,出现最优分类精度结果所对应的方法依然是CART法,其分类精度为87.54%。表明雷达数据融合光学数据对增加分类精度有重要作用。(4)本文融合多分类器(SVM、CART和随机森林)进行农作物的分类和甘蔗的提取,其精度可达到90.23%,为本研究中方法中所获得的最高精度,表明多分类器融合对农作物的提取有其独特的优势。
【图文】：

过程图,过程图,甘蔗,食糖

中国最主要的糖料作物，其蔗糖产量占全国食糖总产量的 90%以本，广泛种植于北纬 30 度到南纬 30 度的热带亚热带地区。在我南地区如广西（占全国产量近 70％）、广东和海南地区，同时还域在种植甘蔗。尤其在广西，甘蔗已经成为当地农民脱贫致富的支制糖企业以及保险公司对了解当年的甘蔗生产的预测信息、种植植的面积信息要求很迫切。提前了解甘蔗的种植信息可使得政府规划、对适应市场变化的战略的制定同时兼顾企业效应这三方面进区域经济的健康发展，实现物料的最优化利用，为制定进出口可以极大程度地稳定食糖价格从而保证食糖的安全[2]。周期跨度大，植期多样，如表 1.1 所示为甘蔗生长的物候特征图2、3、4 和 5 分别表示不同季节种类的甘蔗，主要包括春植蔗、蔗和宿根蔗。G(Germination）、S(Seeding)、T(Tillering)、G G(Gran)分别代表甘蔗的不同生长阶段，即萌芽期、幼苗期、分蘖期、伸生长过程如图 1.1 所示，分别显示了不同时期内甘蔗的生长状况其监测变得困难。

示意图,卫星,示意图,哥白尼

增速位居全区第一。第一产业、第二产业和第三产业的结构调整为 20.0：43.9：36.1，其比重分别变化-0.9%、3.4%和-1.5%。2.2 数据介绍以广西壮族自治区崇左市为实验区，在该区域进行了大量的地面调查及初步研究针对所选实验区，从双极化 SAR 数据和光学数据 Sentinel-2 的获取和地面调查采样两方面进行数据准备。2.2.1 Sentinel-1 数据介绍2005 年底，欧盟委员会提出“哥白尼计划”，即协助欧洲和世界上其他的国家处理自然灾害事件。该“计划”可综合欧洲各国的卫星力量从而形成全面大尺度的观测网系统并免费提供业务服务。本文主要使用 Sentinel-1 和 Sentinel-2 卫星，其中 Sentinel-1 为雷达卫星，Sentinel-2 为光学卫星，如图 2.3 所示：Sentinel-1 卫星其包含两颗卫星，其两颗卫星分别为 Sentinel-1A 卫星和 Sentinel-1卫星。Sentinel-1A 从属欧洲空间局哥白尼计划，是该计划的首颗环境监测卫星。经过了
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S566.1;TP751

【参考文献】