基于PIE的冀中南地区冬小麦种植面积提取


来源: 航天宏图    时间:2016/12/26

1引言

    农作物的播种面积、产量等信息是政府制定粮食政策和经济计划的重要依据。作物种植面积反映了在空间范围内利用农业生产资源的情况,是了解农产品种类、分布特征的重要信息的有效途径,是进行农业结构调整的依据。及时了解农作物播种面积、长势及产量,对于加强农作物生产管理,进一步发挥生产潜力,辅助政府有关部门制定科学合理的粮食政策有重要的意义。本文基于北京航天宏图信息技术股份有限公司自主研发的PIE遥感影像处理软件对冀中南地区进行了冬小麦种植面积提取试验。

2研究区域概况

    冀中南是指河北省位于京津之南的地区,包括石家庄市、保定市、沧州市、衡水市、邢台市及邯郸六市全部及廊坊市一部。面积9万平方公里,人口5000万。冀中南地区位于华北平原腹地,地势平坦,可利用土地资源丰富。冬小麦是该地区的主要经济作物。本冬小麦种植面积提取试验主要针对冀中南地区的邢台市、沧州市、衡水市、邯郸市四市进行。

3实施方案

3.1遥感数据获取及处理

3.1.1数据获取

    基于研究区特点、研究精度要求以及经济效益等因素,本试验采用数据源包括冀中南地区2014年10月和2015年3月的国产卫星高分一号(GF-1)多光谱遥感影像(影像空间分辨率为8m,数据由河北省国防科工局免费提供),河北省正射影像图(空间分辨率为2m)、河北省行政区划图以及相关统计资料。

3.1.2数据预处理

    本试验对GF-1 多光谱遥感影像数据的预处理操作包括辐射定标、大气校正、影像匹配、正射校正、影像镶嵌和裁剪等方面。

3.2技术路线

    不同作物的物候期常常存在交叉现象,因此利用单时相遥感影像进行作物分类,其分类精度难以保证。多时相数据能够充分利用农作物的生育进程随时间变化的规律性,较好的排除不同作物间的相互干扰,从而可提高作物分类精度。时间特征反映作物长势在时间域上的分布,作物在不同生长季节、不同生育期具有不同的生理特征,并在某些方面(如群体特征)通过归一化差异植被指数NDVI来反映。因此多时相NDVI参数的时间变化能够充分表现同一作物在不同生育期及不同作物在同一生育期的差异。

    本冬小麦种植面积提取实验的操作流程如下图所示。


图1 基于多时相遥感信息提取冬小麦种植面积技术路线图

    (1)首先根据研究区域内冬小麦物侯期,分别选取研究区域内的2014年10月份和2015年3月份的GF-1多光谱影像。10月份冬小麦刚入土,种植区域表现为裸土,NDVI数值很小或为负值,非小麦种植的植被区域NDVI值表现为植被特有的较高特点。而3月份正处于初春季节,冬小麦处于拔节期,非小麦种植的植被区域多表现为NDVI值较低,而小麦进入拔节期后,NDVI值比较高;

    (2)基于PIE遥感影像处理软件完成选取的研究区域GF-1多光谱遥感影像的辐射定标、影像匹配、正射校正、影像镶嵌和裁剪等预处理操作;

    (3)基于PIE计算研究区域内两个时相的遥感影像的NDVI值,求得NDVI差值图(后期-前期),生成一幅单波段的灰度图像。结合后期原始影像与上述生成的NDVI单波段图像,以固定阈值为步长,通过多次比较,找出一个合适的阈值,然后以该阈值为界,通过波段运算生成一幅二值图像,完成冬小麦种植区域提取。


3.3成果展示

    由于本试验选取的研究区域范围较大,本文仅选取冀中南地区的南皮县、沧县和黄骅市三个县(市)冬小麦种植面积提取成果进行展示,下图为选取的三个县(市)的2015年冬小麦种植面积提取成果示意图。


a南皮县2015年冬小麦种植面积(707174.75亩)



b沧县2015年冬小麦种植面积(486461.04亩)


c黄骅市2015年冬小麦种植面积(608560.8亩)

    图 2 冀中南地区三个县(市)2015年冬小麦种植面积提取成果示意图(图中绿色部分为冬小麦种植区域)

3.4精度评价
    
    鉴于本次试验小麦种植面积提取的范围较大,采用目视解译的方式对其进行精度验证的方式几乎不可行。因此利用邢台市、沧州市、衡水市、邯郸市四市技术站提供的统计数据对各市2014~2015两年小麦种植面积提取结果进行了验证,如下表所示。


    表1从定量角度给出了基于多时相遥感信息提取冬小麦种植面积的评价结果,从表中可以看出,2014年和2015年的冬小麦种植面积提取精度均大于90%,由此可见,利用该方法提取冬小麦种植面积是可行的,且具有较大的参考意义。

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