基于遥感技术的滹沱河流域农作物种植结构提取
发布时间：2020-12-07 18:22
种植结构是农作物种植空间分布和种植模式信息的组合,种植结构的调查对保障粮食安全、农业可持续发展等具有重要意义。卫星遥感大范围、多源、多时空的特点为快速精准的种植结构提取提供了重要技术支持。近年来我国自主高分辨率卫星的不断增加为种植结构提取提供了丰富数据源。但利用高分辨率遥感数据的种植结构提取目前仍面临一些困难:一是部分数据受云、雾霾等的影响存在质量问题,数据难以形成时序性强的高质量数据集;二是目前多数种植结构提取方法对高分辨率数据的适用性有待验证;三是多数作物提取模型需要样本作为先验知识,目前存在样本缺失难以满足农业监测需求的问题。基于此,本文在MODIS与GF-1数据的支持下,以滹沱河流域为研究区,系统研究了流域内农作物生长期NDVI变化规律,探索了有限GF-1数据条件下构建的决策树模型对作物的识别效果及广义DEM方法在作物快速识别中的应用潜力。主要研究工作及成果如下:（1）通过对比分析农作物物候特征和Savitzky-Golay滤波的NDVI时序曲线,得出研究区主要农作物生长期内各物候阶段的NDVI变化规律。基于NDVI时序分析成果,利用2018全年23期MODIS-NDVI数据构...
【文章来源】：河北工程大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究技术路线
第2章研究区概况与数据处理7第2章研究区概况与数据处理2.1研究区概况滹沱河为海河流域子牙河系的两大支流之一，发源于山西省繁峙县五台山北麓泰戏山下，向西经代县、五台山、原平、定襄、忻州，于金山受阻，改向东流，经忻州襄县于阳泉市穿太行山脉进入河北省平山县境内，东流至献县老河口枢纽与滏阳河汇合流入子牙河，全长587km控制流域面积24690km2。流域地理位置为112°13′～115°16′E，37°17′~39°28′N，跨山西与河北两省，滹沱河流域位置如图2-1所示。流域内海拔介于7～3091m之间，地势上西高东低，逐渐下降，主要包括山间盆地、山地、丘陵、平原四种地貌类型，分别占流域总面积的20%、50%、10%、20%[48,49]。源头至山西五台县瑶池村滹沱河上游，沿五台山、云中山向西南流经山西忻州带状盆地，河槽宽浅平缓，水流缓慢；瑶池村至黄壁庄水库为中游河段，流经太行山山区和丘陵地带；黄壁庄水库以下至河北献县为下游河段，流经地貌属平原地带[50]。图2-1滹沱河流域地理位置与研究子区域划分图Fig.2-1LocationofHutuoRiverBasinanddivisionofresearchsubareas滹沱河流域地处暖温带，为温带大陆性季风气候，春季少雨多风沙，夏季高温多雨，秋季晴朗，冬季寒冷干燥，流域内气候条件受地形影响差异明显：气温随海拔的增加而降低，中上游多年平均气温为8.0～9.0℃，下游为11.8～13.3℃；
第3章基于决策树方法的种植结构提取173.1.2农作物物候与植被指数变化分析将物候历农时信息与NDVI时间系列时间节点进行关联，可以得出作物各生长阶段的NDVI变化趋势。由图3-1与表2-1分析可知，冬小麦从9月出苗到11月分蘖，NDVI值小幅度增长并维持在较低水平，12月停止生长并进入为期两个月的越冬期，越冬期NDVI处于低值状态且小幅下降，3月开始返青，NDVI缓慢增长，4月下旬到5月上旬的拔节、抽穗是冬小麦的快速生长时期，NDVI表现为快速增长并在5月上旬达到最大值，随着冬小麦进一步成熟，冬小麦NDVI开始下降，直至6月上旬成熟收获，表现为耕种前NDVI；夏玉米于6月下旬播种，随后开始快速生长，NDVI保持增长状态，到8月中旬抽雄NDVI达到峰值，接着成熟收获，NDVI下降；春玉米生长周期比夏玉米长，于4月下旬开播种后开始到7月下旬抽雄，NDVI曲线呈持续增长趋势，出苗时NDVI缓慢增长，出苗后快速增长，7月下旬NDVI达到最大值后逐渐下降，9月下旬10月上旬成熟并收获后NDVI降为最小值；谷子和春玉米生长变化趋势相同并存在生长周期的重叠，与春玉米不同的是，谷子播种期比春玉米晚一个月，当谷子出苗NDVI缓慢爬升时，春玉米已进入NDVI的快速增长阶段。3.1.3基于MODIS-NDVI的决策树作物提取模型构建决策树分类规则的确定直接影响着作物识别的精度，以NDVI时序特征值为阈值的决策树分类模型，要求必须找到能够区分不同作物的NDVI差异最大的时相或作物特有的发生NDVI变化的关键时相，从重构后的样本地物NDVI变化时序曲线图3-2和样本地物各个时相的MODIS-NDVI特征值表3-1可以找到作物识别的关键时相和分类阈值，这是决策树规则制定的关键。图3-2研究区主要地物NDVI变化曲线Fig.3-2NDVIchangecurveofmainfeaturesinthestudyarea
【参考文献】：
期刊论文
[1]综合NDVI时序特征的冬小麦混合像元分解及面积估算[J]. 王利民,刘佳,姚保民,高建孟,杨福刚. 中国农学通报. 2019(27)
[2]基于Sentinel-2A NDVI时间序列数据的冬小麦识别[J]. 甄晓菊,张雪红,吴国明,傅晓艺,何泱,洪长桥. 江苏农业科学. 2019(16)
[3]农业土地资源遥感研究动态评述[J]. 吴文斌,余强毅,杨鹏,陆苗,胡琼,宋茜,史云,孙晶,张保辉,史中超. 中国农业信息. 2019(03)
[4]应用Sentinel-2A NDVI时间序列和面向对象决策树方法的农作物分类[J]. 杜保佳,张晶,王宗明,毛德华,张淼,吴炳方. 地球信息科学学报. 2019(05)
[5]基于Landsat8影像时间序列NDVI的作物种植结构提取[J]. 白燕英,高聚林,张宝林. 干旱区地理. 2019(04)
[6]基于GF-1卫星的县域冬小麦面积提取及年际变化监测[J]. 左宪禹,韩林果,葛强,张哲,田军锋. 河南大学学报(自然科学版). 2019(01)
[7]基于遥感影像的县域冬小麦种植信息提取——以陕西省武功县为例[J]. 王建兴,车自力. 干旱地区农业研究. 2018(05)
[8]基于GF-1石棉矿粉尘污染范围提取研究[J]. 杨文芳,皮英楠,马世斌,卢世银,辛荣芳. 青海大学学报. 2018(03)
[9]基于GF-1影像NDVI年度间相关分析的冬小麦面积变化监测[J]. 王利民,刘佳,姚保民,季富华,杨福刚. 农业工程学报. 2018(08)
[10]基于GF-1遥感数据决策树与混合像元分解模型的冬小麦种植面积早期估算[J]. 王凯,赵军,朱国锋,张佩云,刘江涛,陈栋栋. 遥感技术与应用. 2018(01)
博士论文
[1]农业干旱时滞效应及时空分布模型研究[D]. 刘新侠.河北工程大学 2019
[2]基于空间信息重构技术的东北三省作物种植结构时空演变研究[D]. 唐鹏钦.中国农业科学院 2018
[3]基于高分一/六号卫星影像特征的农作物分类研究[D]. 郑利娟.中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所) 2017
[4]基于GF-1/WFV和面向对象的农作物种植结构提取方法研究[D]. 宋茜.中国农业科学院 2016
硕士论文
[1]滹沱河流域水资源调度模型研究与调度决策支持系统实现[D]. 陈磊.中国地质大学(北京) 2019
本文编号：2903705
【文章来源】：河北工程大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究技术路线
第2章研究区概况与数据处理7第2章研究区概况与数据处理2.1研究区概况滹沱河为海河流域子牙河系的两大支流之一，发源于山西省繁峙县五台山北麓泰戏山下，向西经代县、五台山、原平、定襄、忻州，于金山受阻，改向东流，经忻州襄县于阳泉市穿太行山脉进入河北省平山县境内，东流至献县老河口枢纽与滏阳河汇合流入子牙河，全长587km控制流域面积24690km2。流域地理位置为112°13′～115°16′E，37°17′~39°28′N，跨山西与河北两省，滹沱河流域位置如图2-1所示。流域内海拔介于7～3091m之间，地势上西高东低，逐渐下降，主要包括山间盆地、山地、丘陵、平原四种地貌类型，分别占流域总面积的20%、50%、10%、20%[48,49]。源头至山西五台县瑶池村滹沱河上游，沿五台山、云中山向西南流经山西忻州带状盆地，河槽宽浅平缓，水流缓慢；瑶池村至黄壁庄水库为中游河段，流经太行山山区和丘陵地带；黄壁庄水库以下至河北献县为下游河段，流经地貌属平原地带[50]。图2-1滹沱河流域地理位置与研究子区域划分图Fig.2-1LocationofHutuoRiverBasinanddivisionofresearchsubareas滹沱河流域地处暖温带，为温带大陆性季风气候，春季少雨多风沙，夏季高温多雨，秋季晴朗，冬季寒冷干燥，流域内气候条件受地形影响差异明显：气温随海拔的增加而降低，中上游多年平均气温为8.0～9.0℃，下游为11.8～13.3℃；
第3章基于决策树方法的种植结构提取173.1.2农作物物候与植被指数变化分析将物候历农时信息与NDVI时间系列时间节点进行关联，可以得出作物各生长阶段的NDVI变化趋势。由图3-1与表2-1分析可知，冬小麦从9月出苗到11月分蘖，NDVI值小幅度增长并维持在较低水平，12月停止生长并进入为期两个月的越冬期，越冬期NDVI处于低值状态且小幅下降，3月开始返青，NDVI缓慢增长，4月下旬到5月上旬的拔节、抽穗是冬小麦的快速生长时期，NDVI表现为快速增长并在5月上旬达到最大值，随着冬小麦进一步成熟，冬小麦NDVI开始下降，直至6月上旬成熟收获，表现为耕种前NDVI；夏玉米于6月下旬播种，随后开始快速生长，NDVI保持增长状态，到8月中旬抽雄NDVI达到峰值，接着成熟收获，NDVI下降；春玉米生长周期比夏玉米长，于4月下旬开播种后开始到7月下旬抽雄，NDVI曲线呈持续增长趋势，出苗时NDVI缓慢增长，出苗后快速增长，7月下旬NDVI达到最大值后逐渐下降，9月下旬10月上旬成熟并收获后NDVI降为最小值；谷子和春玉米生长变化趋势相同并存在生长周期的重叠，与春玉米不同的是，谷子播种期比春玉米晚一个月，当谷子出苗NDVI缓慢爬升时，春玉米已进入NDVI的快速增长阶段。3.1.3基于MODIS-NDVI的决策树作物提取模型构建决策树分类规则的确定直接影响着作物识别的精度，以NDVI时序特征值为阈值的决策树分类模型，要求必须找到能够区分不同作物的NDVI差异最大的时相或作物特有的发生NDVI变化的关键时相，从重构后的样本地物NDVI变化时序曲线图3-2和样本地物各个时相的MODIS-NDVI特征值表3-1可以找到作物识别的关键时相和分类阈值，这是决策树规则制定的关键。图3-2研究区主要地物NDVI变化曲线Fig.3-2NDVIchangecurveofmainfeaturesinthestudyarea
【参考文献】：
期刊论文
[1]综合NDVI时序特征的冬小麦混合像元分解及面积估算[J]. 王利民,刘佳,姚保民,高建孟,杨福刚. 中国农学通报. 2019(27)
[2]基于Sentinel-2A NDVI时间序列数据的冬小麦识别[J]. 甄晓菊,张雪红,吴国明,傅晓艺,何泱,洪长桥. 江苏农业科学. 2019(16)
[3]农业土地资源遥感研究动态评述[J]. 吴文斌,余强毅,杨鹏,陆苗,胡琼,宋茜,史云,孙晶,张保辉,史中超. 中国农业信息. 2019(03)
[4]应用Sentinel-2A NDVI时间序列和面向对象决策树方法的农作物分类[J]. 杜保佳,张晶,王宗明,毛德华,张淼,吴炳方. 地球信息科学学报. 2019(05)
[5]基于Landsat8影像时间序列NDVI的作物种植结构提取[J]. 白燕英,高聚林,张宝林. 干旱区地理. 2019(04)
[6]基于GF-1卫星的县域冬小麦面积提取及年际变化监测[J]. 左宪禹,韩林果,葛强,张哲,田军锋. 河南大学学报(自然科学版). 2019(01)
[7]基于遥感影像的县域冬小麦种植信息提取——以陕西省武功县为例[J]. 王建兴,车自力. 干旱地区农业研究. 2018(05)
[8]基于GF-1石棉矿粉尘污染范围提取研究[J]. 杨文芳,皮英楠,马世斌,卢世银,辛荣芳. 青海大学学报. 2018(03)
[9]基于GF-1影像NDVI年度间相关分析的冬小麦面积变化监测[J]. 王利民,刘佳,姚保民,季富华,杨福刚. 农业工程学报. 2018(08)
[10]基于GF-1遥感数据决策树与混合像元分解模型的冬小麦种植面积早期估算[J]. 王凯,赵军,朱国锋,张佩云,刘江涛,陈栋栋. 遥感技术与应用. 2018(01)
博士论文
[1]农业干旱时滞效应及时空分布模型研究[D]. 刘新侠.河北工程大学 2019
[2]基于空间信息重构技术的东北三省作物种植结构时空演变研究[D]. 唐鹏钦.中国农业科学院 2018
[3]基于高分一/六号卫星影像特征的农作物分类研究[D]. 郑利娟.中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所) 2017
[4]基于GF-1/WFV和面向对象的农作物种植结构提取方法研究[D]. 宋茜.中国农业科学院 2016
硕士论文
[1]滹沱河流域水资源调度模型研究与调度决策支持系统实现[D]. 陈磊.中国地质大学(北京) 2019
本文编号：2903705
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