基于地块单元的冬小麦遥感估产方法研究

[目的]以高分时序遥感影像为基础数据源,结合土地承包经营权地块数据,对冬小麦遥感估产方法及其精度进行研究和分析。[方法]文章以河南省兰考县为研究区,采用2019年4―5月份的GF-1C和GF-6 2 m PMS遥感影像提取了研究区冬小麦种植空间分布,并在地块单元控制下对冬小麦种植面积进行了修正和精度验证。其最优提取结果的修正阈值为0.93,地块单元内冬小麦总体分类精度为95.66%,Kappa系数为0.89。利用3月7日至5月20日6期GF-1 WFV遥感影像序列NDVI和RVI与冬小麦种植地块单元数据进行空间统计,得出各冬小麦种植地块单元内NDVI和RVI均值,通过分析冬小麦测产地块单元内均值植被指数与产量间的敏感性,提出一种组合均值植被指数的冬小麦遥感估产模型构建方法,通过交叉验证法对不同的估产线性回归模型进行精度评价。[结果]由4个均值植被指数组合变量的多元线性回归模型为最佳,决定系数为0.922 0,预测误差为40.96 g/m~2,预测精度为93.13%。通过该模型得出兰考县冬小麦平均产量为6 047.25 kg/hm~2,较2017年河南省统计年鉴研究区冬小麦平均单产6 001 kg/hm~2有所提高,土地承包经营权地块内和地块外冬小麦总产量分别为2.76亿kg和4 650万kg。[结论]该方法实现了冬小麦估产结果以像元为单位向以地块单元为单位的转变,解决了模型构建时光谱信息与实测产量间对应问题,为利用国产高分卫星进行县域地块尺度遥感单产精准化估算提供了方法支撑。     

高分1号冬小麦解译面积核算方法研究

[目的]以高分1号(GF-1)融合2m卫星遥感影像为基础数据源,结合土地利用现状数据、高分多源遥感影像和地面样方等数据,对冬小麦分类提取中存在的面积误差问题进行研究和分析。[方法]文章以河南省永城市为研究区,在冬小麦提取结果聚类处理基础上,基于线性地物缓冲区数据,采用GIS空间运算实现线性地物面积扣除,接着分析了样方数据和土地利用现状数据再扣除零星地物面积比例上的差异,并采用样方零星地物平均扣除系数对全市各乡镇耕地与非耕地中冬小麦提取面积进行了相关统计和误差分析。[结果]永城市冬小麦最终解译面积11. 29万hm~2,其中线性地物和零星地物扣除面积分别为6 613. 08hm~2和3 875. 22hm~2,占研究区冬小麦解译面积的5. 86%和3. 32%,与统计上报数据相比,其处理前后误差由14. 12%降低至4. 41%,有效地提高冬小麦提取面积精度。[结论]误差来源分析与修正对冬小麦解译面积核算精度具有重要影响,该研究为县级区域尺度下冬小麦面积提取核算提供了思路和借鉴。     

多时相GF-1卫星PMS影像提取农作物种植结构

[目的]及时准确获取农作物种植结构信息,对农作物种植结构调整具有重要意义。[方法]文章以多期GF-1卫星PMS影像为主要数据源,通过分层分类方法成功提取了朱仙镇一个种植年内秋播蔬菜、冬小麦、春花生、早熟西瓜、夏玉米、夏花生等农作物,并通过叠加分析得到朱仙镇的农作物种植模式。[结果]朱仙镇有10种种植模式,以一年两熟的冬小麦-夏玉米为主要倒茬模式,占比49.7%,其他9种种植模式所占比例之和接近50%;从整体景观的角度对朱仙镇的主要作物种植模式进行衡量,斑块丰富度PR达到9.0,香农多样性指数SHDI达到1.483 6,说明朱仙镇种植模式多样,有利于多元农业种植结构发展;分层分类的方法能够延续最优提取结果的精度,各类作物提取精度均达到了80%以上。[结论]PMS影像的高分辨率能够清晰的表达地块边界,一定程度上呈现了非大宗作物的空间分布,GF-1卫星PMS为多尺度的农业监测提供了更多的选择。     

结合Landsat 8和GF 1数据的冬小麦种植空间分布提取

[目的]为探讨多源中等分辨率数据在冬小麦种植时空分布上的应用。[方法]利用2017年冬小麦关键生育期的Landsat8 OLI(抽穗期)和时间序列的GF-1 WFV(2016—2017生育期)数据,在分析各个行政分区的地表覆盖状况、作物结构和地块破碎度差别的基础上,将行政区划分为3种类型不同的提取单元并建立了适合于各自分区的提取模型:(1)利用关键生育期的OLI数据,采用监督分类—神经网络方法提取结构单一、地块齐整的怀远县种植区;(2)基于WFV数据构建五河县及城区种植区的冬小麦全生育期NDVI时间序列曲线,根据NDVI的时间特征构建冬小麦提取的决策树分类模型提取结构较复杂、混合像元明显的五河县及城区种植区;(3)在对关键生育期OLI-NDVI数据合理分割的基础上,采用最大似然的面向对象分类法获取种植密集、地块破碎的固镇县种植区。[结果]提取结果采用混淆矩阵和当年度统计数据相结合的方法进行精度评价,结果表明:(1)怀远县提取出的冬小麦提取总体精度为97.91%,五河县及城区提取出的精度为97.62%,固镇县的精度为97.42%;(2)全区域冬小麦提取的总体精度为86.82%,Kappa系数为0.84。与当年度统计数据对比的结果表明:2017年蚌埠市的准确提取面积精度可达97.91%,提取面积数据小于蚌埠市统计年鉴提供的统计数据,与调查的实际种植地块基本一致。[结论]采用不同方法提取不同空间分布特征的冬小麦种植面积具有较好的精度,该方法可以为市域冬小麦面积提取提供技术参考。     

微天下

正陇原渔夫【热烈祝贺中国农业一号卫星上天!】卫星提供的高时空分辨率遥感数据,使农业资源调查的范围扩大、频率提高、精度提升、成本降低。特别是在年度全国冬小麦、北方水稻等作物种植面积变化监测、资源本底调查中,高分卫星数据已全部取代国外同类数据。     

基于GF-1与MODIS时空融合的南方丘陵区水稻提取研究

[目的]水稻在我国粮食生产中占有重要的地位,针对南方低山丘陵区地形复杂多样,地块破碎的环境特点,利用遥感数据时空融合方法对水稻分布进行提取研究对作物精准估产和政府决策具有重要意义。[方法]以衡阳县为研究区,基于增强型时空数据融合模型(Enhanced Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model,ESTARFM)将MODIS数据分别和GF-1WFV、Landsat 8影像进行数据融合,构建高时空分辨率的NDVI时间序列集,对NDVI序列进行滤波并获取各地物物候参数,采用决策树分类方法提取水稻种植面积。[结果](1)ESTARFM能有效融合MODIS和GF-1WFV、Landsat 8影像,其中Landsat 8数据的单波段融合效果(R_(NIR)=0.92,R_R=0.82)优于GF-1WFV融合结果(R_(NIR)=0.82,R_R=0.75),但NDVI结果相关性差异不大(Landsat:R_(NDVI)=0.93,GF-1WFV:R_(NDVI)=0.89);(2)利用决策树分类法进行地物分类,基于GF-1WFV融合数据的分类结果优于Landsat融合数据分类结果,其中GF-1WFV数据得到的分类结果总精度达到86.37%,单、双季稻的精度分别为62.26%与86.70%,Kappa系数达到0.80;而Landsat数据的分类总体精度为80.96%,单、双季稻精度分别为56.87%和70.74%,Kappa系数为0.72。[结论]GF-1WFV融合数据可用于获取精细的水稻种植分布;针对南方低山丘陵区,特别是地形复杂度较高的区域,GF-1 WFV数据比Landsat数据在水稻提取方面更具有优势。     

机械化水平对农户种植结构的影响研究——基于IVGMM和IVTobit的估计方法

[目的]农业种植结构是农业供给侧结构性改革的关键所在,农业供给侧结构性改革又是乡村振兴战略的必由之路。采用农户实地调查数据,分析机械化水平对农户种植总面积、粮食作物种植面积、经济作物种植面积、粮食作物种植面积比例的影响,以期为农业种植结构调整提供科学参考。[方法]为解决传统回归方法中内生性和样本选择偏误问题,运用工具变量法和样本选择修正法探究机械化水平对农户种植结构的实际影响。[结果]机械化水平对农户种植结构有显著的正向影响,机械化水平每提升1%,农户种植总面积增加0.428%,粮食作物种植面积增加0.435%,经济作物种植面积就增加0.111%,粮食作物种植面积比例增加1.104%。[结论]机械化水平对农户种植面积有稳健的正向效应,特别是对农户粮食作物种植面积的正向效应更大。与样本修正后工具变量估计相比,普通最小二乘估计会严重低估机械化水平对种植结构的影响。     

基于GF-1 PMS影像的柠檬种植面积估算

为应用国产高空间分辨率影像快速、准确估算丘陵区柠檬种植面积,文章基于GF-1 PMS影像使用不同数据预处理及分类法估算柠檬种植面积。通过对影像进行大气校正、数据融合、滤波等处理,分别得到光谱反射率数据、融合影像和纹理特征数据(分辨率分别为8m、2m、2m)。通过可分离性分析,发现荒草地和未成林柠檬的可分性最差,二者在光谱反射率数据、融合影像和纹理图像中的可分性数值均小于1.8,是影响柠檬分类精度的主要因素。基于最大似然法的分类精度评价结果显示,纹理图像数据估算精度好于8m分辨率的多光谱反射率数据和2m分辨率的融合图像,适当的影像预处理有助于提高监督分类精度。对比基于最大似然法的精度,基于面向对象法的柠檬面积估算精度达95.09%,高于监督分类法的,使用GF-1 PMS影像估算柠檬面积最优方法为面向对象法。该研究为应用国产高分辨率遥感数据快速、准确估算丘陵地区果树种植面积提供了相关参考。     

云南边境甘蔗产区面积变化分析

[目的]甘蔗种植业是云南边境地区农业经济发展的重要产业,应用遥感方法研究甘蔗产区种植时空变化为地方农业部门及农户合理种植决策提供信息服务。[方法]文章以云南省德宏州及部分缅甸境内的甘蔗产区为研究区,使用2013—2017年卫星多光谱影像和极大似然分类提取甘蔗种植空间信息,通过公里网格统计分析时空变化特征。[结果](1)2013—2017年云南边境甘蔗产区面积总体呈减少趋势, 2017年较2013年总体减少约14%;(2)境内境外甘蔗种植的空间变化特征存在较为明显差异,其中境内甘蔗种植在72%的网格内稳定,在20%的网格内减少,在8%的网格内增加,面积减少的网格主要分布于河流沿线的冲积小平原,并呈集中连片状;境外甘蔗种植在68%的网格内稳定, 17%的网格内减少, 15%的网格内增加,面积增加与减少的网格数量相当,空间变化特征不明显。[结论]遥感方法可准确分析该区域甘蔗种植时空变化,结果可为云南边境地区甘蔗种植业优化调整与可持续发展提供参考。     

1971—2015年华北平原种植结构变化及其驱动力分析——以曲周县为例

[目的]分析过去45年曲周县种植结构变化特点,研究种植结构变化的驱动力,为该区域种植结构调整提供理论依据。[方法]文章收集了1971—2015年曲周县统计年鉴记录的作物播种面积,结合曲周县开展的关于种植结构变化驱动力的农户调研,应用二元Logistic模型,从农户自身特征、家庭特征两个方面实证分析影响农户种植决策的客观因素;同时运用数量统计法分析影响农户种植决策的主观因素。[结果]近45年来,曲周县主要粮食作物小麦和玉米的播种面积占作物总播种面积比例基本稳定;棉花播种面积变化较大,蔬菜瓜果的播种面积迅速增加,增长率达1189%;而高粱、谷物、大豆、薯类、油菜、花生和芝麻等作物的播种面积占比持续减少。年龄和教育水平对种植结构调整有显著影响,引起种植结构变化的主要驱动因子为经济利益、机械化和省力技术、年龄。[结论]近45年来,曲周县作物种植种类减少,小麦和玉米占主导地位,棉花次之,瓜果蔬菜呈稳步增加趋势;主观因素与客观因素相结合导致种植结构变化。     

基于HJ-CCD影像的河南省冬 小麦种植面积变化全覆盖监测

针对目前省域冬小麦种植面积遥感监测业务化运行中所存在的监测精度与成本之间相互制约的现实问题,该文以冬小麦主产区河南省为研究区域,利用2008年我国发射升空HJ卫星提供的遥感影像,通过分区解译,得出2009/2010年度河南省冬小麦种植面积年际变化率。结合两年冬小麦地面样方进行精度检验表明,利用HJ-CCD影像来进行河南省冬小麦种植面积变化全覆盖监测是可行的。     

利用高空间分辨率遥感数据的农作物种植结构提取

农作物种植结构是掌握粮食种植面积和产量的重要前提,也是进行作物结构调整与优化的依据。该研究以黑龙江肇东市为研究区域,以高空间分辨率RapidEye影像为遥感数据, 基于最大似然监督分类方法提取了肇东市2011年农作物种植结构空间分布,利用地面样方调查数据进行了线状及细小地物扣除系数计算,实现遥感提取的农作物种植面积的精细提取,然后从面积数量和空间位置两个方面对遥感提取的农作物种植结构进行了精度评价。研究结果表明,利用RapidEye数据提取的农作物种植面积数据总体精度为97.00%,位置精度为96.15%,高空间分辨率数据在农作物种植结构遥感提取中具有重要潜力,线状及细小地物扣除系数可以有效减小线状及细小地物对高分提取的农作物种植结构的精度。     

基于遥感的陆良县设施种植区域时空变化监测

[目的]文章以云南省陆良县为研究区,通过2013年4月到2017年3月6景Landsat-8 OLI影像提取该地区规模化设施种植区域空间分布信息,分析该县设施种植区域的空间特征和面积时序变化,为设施农业发展调控和优化提供参考信息。[方法]使用OLI全色波段影像和多光谱影像融合,得到15m分辨率的融合图像;使用融合图像7、5、3波段组合的RGB假彩色图像进行目视解译,提取设施种植区域信息。[结果]获取该县2013—2017年共6期设施种植区域空间信息。[结论]遥感监测显示:(1)该地区设施大棚包括种植蔬菜瓜果的光温棚和种植三七的遮阳棚;光温棚主要分布于湖积平原区,遮阳棚主要分布于北部、西部及南部环盆地的山坡地区;(2)陆良县设施种植区域总面积保持增加趋势,但不同类型大棚的变化趋势不同;光温棚面积自2013年4月到2017年3月持续增加;遮阳棚面积则出现大幅增长和大幅减少的现象。     

基于Landsat的黄河口地区土地利用类型研究

[目的]对黄河口地区的土地利用情况进行分类分析,为科学规划黄河口地区生态布局和进一步揭示人类与环境之间的发展关系及其相互影响提供理论依据。[方法]基于Landsat遥感数据利用3S技术对近20年来5景覆盖黄河口地区的卫星遥感数据进行解译分析,在科学制定分类标准基础上,结合目视解译和监督分类法提取研究区域内的土地利用类型,同时应用最小二乘法原理对各土地利用类型的变化趋势进行研究。[结果]近20年来,黄河口地区天然湿地和人工湿地的区域及面积均发生了不同程度的变化;黄河口地区滩涂湿地主要分布在东部区域和北部区域;受河流改道等影响,黄河口地区东部滩涂湿地区域和面积均发生过明显改变;黄河口地区各土地利用类型中耕地面积占比最大,滩涂湿地面积占比次之,盐碱地面积占比最小;耕地、城镇及建设用地、裸地和盐碱地面积多年来均呈增长趋势,其中城镇及建设用地面积呈逐年递增趋势,其他各类土地利用面积呈不规则递增趋势;湿地总面积呈减少趋势,其中除盐田及养殖池面积呈增长趋势外,其他湿地面积均呈减少趋势。[结论]黄河口地区受人类活动影响较大的各类土地利用面积变化率大,表明人类活动对土地利用面积变化的影响起主导作用。     

大豆传统产区粮食作物种植结构变化特征及原因分析——以黑龙江省嫩江县为例

[目的]近年来国内大豆播种面积和产量不断下降,而进口量却不断增加,2014年达7 140万t,是国内大豆产量的6倍。黑龙江省是我国最主要的大豆传统产区,其近年的种植结构变化导致国内大豆产量下降。[方法]通过对黑龙江省粮食作物种植结构变化特征进行统计数据分析,发现主要粮食作物呈现"两增一减"的格局:玉米和粳稻播种面积增加,大豆面积减少,且近年来大豆种植区域逐渐向黑龙江省西部集中。在此基础上,选取黑龙江省西北部的嫩江县作为研究区代表,利用遥感影像数据对其种植结构按积温带变化特征进行深入分析。[结果]研究发现:2000年以来,研究区种植结构发生了较大变化。2000~2007年间,第四积温带大豆种植面积大幅度增加;2007~2014年第四、五积温带新兴玉米面积猛增到17.4万hm2,且有继续北扩趋势,并推动大豆北扩东移,2014年大豆在粮食总播种面积中的比重较2000年减少27个百分点。[结论]新玉米品种的推广和作物种植比较收益是影响大豆传统产区种植结构变化的主要因素。     

尺度变化对油菜种植面积遥感监测精度的影响

农作物种植面积监测是遥感估产的基础工作之一,监测结果的精度直接影响到数据的可信度和可用性。随着多光谱和多空间分辨率数据集的日益普遍,多尺度遥感数据源的综合应用是进行大范围农作物种植面积遥感监测业务化运行的必然趋势,因此尺度变化对农作物种植面积遥感监测精度影响的研究势在必行。该研究采用高空间分辨率的多光谱遥感影像进行油菜种植面积提取,对其提取结果进行基于简单多数原则的尺度转化,得到不同空间分辨率的提取结果,通过与地面实测样方数据构建误差矩阵进行精度分析,分析不同空间分辨率影像对作物种植面积遥感信息提取精度的影响。运用多种精度评价指标,从不同空间分辨率、不同监测方法、不同遥感监测时相等角度系统分析了农作物种植面积遥感测量中的尺度效应问题。为基于多尺度遥感数据综合应用的农作物种植面积遥感监测业务化运行中的数据选择和精度保证问题提供理论与实验基础。     

SPAM模型和遥感结合提取华北地区春夏玉米种植面积

[目的]获取农作物空间分布信息,对于研究区域粮食安全、气候变化、陆地碳氮循环和水资源利用等都具有重要意义。[方法]该研究首先应用作物空间分配模型(SPAM-China模型),在5'×5'栅格尺度上重建了1980—2010年华北地区玉米空间分布信息;然后基于SPOT VEGETATION长时间序列NDVI数据,获取了该区域的作物熟制信息,并进一步划分出了华北地区春、夏玉米种植类型区;最后,重点分析了2000—2010年间华北地区春玉米和夏玉米种植区域的时空变化特征。[结果](1)1980—2010期间,华北地区玉米种植面积增加了360万hm2,增加面积集中在中南部地区,变化主要发生在2000年以后;(2)2000—2010期间,华北地区春玉米面积增加136万hm2,占该区玉米总种植面积的比例由17%上升至27%;夏玉米种植面积尽管也增加了87万hm2,但占该区玉米总种植面积的比重呈下降趋势;(3)春夏玉米混种区为华北地区玉米主产区,近年来呈现为春玉米增加、夏玉米减少的发展趋势,全区域92%春玉米面积增加和76%夏玉米面积减少均发生在春夏玉米混种区域内,可见该区以春玉米为代表的一熟制正呈现逐步取代以冬小麦—夏玉米为主二熟制的变化趋势。[结论]该文基于SPAM模型和遥感结合提取华北地区春、夏玉米种植面积的方法,为大区域、长时间尺度作物种植信息的获取提供了新思路。     

甘肃省酒泉市土地沙漠化现状及动态分析

[目的]沙漠化是酒泉市面临的主要生态环境问题之一,了解土地沙漠化现状,分析其动态演变特征,是维持区域生态安全,保证经济社会可持续发展的关键前提。[方法]研究依托GIS技术,结合最新卫星影像数据,采用野外调查和人机交互解译的方法,对酒泉市沙漠化土地面积、类型、程度进行了监测,同时通过对比酒泉市上期(2009年)沙漠化土地监测数据,分析了沙漠化土地的动态特征和变化原因。[结果]酒泉市现有沙漠化土地面积956.34万hm~2,较2009年减少了4.07万hm~2,年变化率-0.08%,呈整体减少趋势;沙漠化程度以重度和极重度为主,但整体呈减轻趋势,具体表现为重度沙漠化土地面积减少7.87万hm~2,年变化率-0.75%,极重度沙漠化土地面积减少19.47万hm~2,年变化率-0.64%。沙漠化土地类型以流动沙地(丘)、半固定沙地(丘)、固定沙地(丘)和戈壁为主,占沙漠化土地面积的98.16%。[结论]降水和地表径流的增加、生态工程的实施、水资源利用集约化、关井压田工程的开展以及基础设施建设是酒泉市沙漠化土地面积减少的主要原因。     

基于STIRPAT模型的农牧交错带草地面积变化影响因素分析——以宁夏回族自治区盐池县为例

[目的]农牧交错带是我国草地面积减少最为严重的区域,草地面积的变化引发了一系列环境问题,文章以宁夏回族自治区盐池县为研究区,对影响该区域草地面积变化的因素进行分析,以期为盐池县草地资源保护和社会经济可持续发展提供科学参考。[方法]基于STIRPAT模型,该文选取1995~2014年盐池县草地面积与人口数量、城镇化率、人均GDP及第三产业比例等指标的时间序列数据,分析了草地面积与各指标之间的相关关系。[结果]1995~2014年盐池县草地面积呈波动减少趋势;在影响草地面积变化的因素中,人口是影响盐池县草地面积减少的重要因素,城镇化是影响盐池县草地面积减少的另一重要因素,人均GDP对草地面积变化的影响在逐渐减弱,第三产业能有效减缓草地面积的减少;所得STIRPAT模型的ln~2A项系数为-0.001 3,表明盐池县经济发展与草地面积变化之间有可能存在类似环境Kuznets曲线的关系,但未出现拐点,而弹性系数增加值(ΔEE)的绝对值呈现波动上升趋势,表明随着经济的发展,盐池县草地面积有可能进一步减少,未来盐池县经济发展与环境之间的矛盾依然严峻。[结论]研究揭示了人口、城镇化及人均GDP增加引起盐池县草地面积减少,第三产业比例提高引起盐池县草地面积增加的规律,分析了各影响因子对农牧交错带草地面积变化的影响机理及程度。     

保定市主要作物需水量和缺水量特征分析

[目的]对作物需水量及缺水量的研究是了解和合理配置农业灌溉用水的基础,对提高农业用水效率有重大意义。[方法]选取河北省保定市为研究区域,利用Penman-Monteith公式和分段单值平均作物系数法对冬小麦、夏玉米和棉花的作物需水量和缺水量等指标进行计算,通过Mann-Kendall检验法对保定市近60年来的作物需水量和缺水量等的变化趋势进行分析。[结果]3种主要作物的需水量、有效降雨量和缺水量的最大值均出现在作物发育中期;其中除冬小麦的有效降雨量以0.208mm/10年的速率呈不显著性增长趋势外,其他作物的各指标变化则均呈减少趋势;从突变现象来看,夏玉米和棉花的各指标发生明显变化的时期相近,需水量出现明显拐点的时刻在2008年以后,有效降水量在1968年以前和2014年两个时期,缺水量分别在2011年和2012年。[结论]该研究结果为保定市乃至河北省的农作物灌溉效率的提高及水资源规划与管理的完善提供了理论依据,具有一定的现实意义。