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《中国农业科学院》 2016年
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基于GF-1/WFV和面向对象的农作物种植结构提取方法研究

宋茜  
【摘要】:农作物种植结构是农业生产活动对土地利用的表现形式,也是对自然资源高效利用及田间科学管理的最终结果。随着空间技术的不断发展,多源遥感数据已广泛应用于农作物种植结构提取研究中,尤其是高分辨率对地观测系统的迅猛发展,为农业遥感开启了高分遥感时代。然而,高分数据在农作物种植结构提取研究中仍存在一些技术难点和挑战:一是凭借主流的数据源识别效果往往不理想,且对新数据源普遍关注不足;二是农作物在高分影像上呈现出更为复杂的时空异质性和尺度敏感性,阻碍信息挖掘的深度和广度;三是分类策略的选择难以满足高分时代实现高效生态持续农业生产种植形式的实时监测、实时评估、实时决策的重大需求和发展方向。针对以上不足,本研究在GF-1/WFV遥感数据支持下,结合面向对象的图像分析方法和自主高效的机器学习分类器,探索了单时相光谱纹理特性及多阶段逐月优化的分类策略在及时准确的提取农作物种植结构中的应用价值和潜力。主要研究结论如下:(1)利用文献综述方法梳理了近10年多源遥感数据在农作物种植结构提取的研究进展,为数据源选择提供依据。国内外农作物种植结构提取中以MODIS为代表的低分辨率和以Landsat TM/ETM+为代表的中等分辨率为主,而高分数据的推广应用已经成为热点和趋势。时空优化的信息源为农业遥感开启了高分遥感时代,为满足农业遥感多方面、多层次的应用需求提供可能。(2)采用面向对象图像分析方法挖掘农作物在高分辨率遥感影像呈现的时空特性:在“镰刀湾”玉米种植面积调整、扩大粮豆轮作的重点监测区域内,基于多尺度分割算法分析16m空间分辨率的GF-1/WFV影像时,尺度因子、形状因子、紧致度因子的设置分别为30、0.1、0.1有利于获取农作物地表覆盖的特点。以对象为特征提取单元,一定程度上弱化了多个像素表达同一农田地块而使得像素间具有的光谱响应关联效应。(3)运用单时相GF-1数据分析农作物生长过程中最佳时间窗口及特征重要性:根据OOB误差,采用穷尽法优化随机森林模型mtry和ntree参数,分别取5、1000能够满足模型精度、平衡计算复杂度与效率关系;基于MDG指标,定量表达不同时间窗口与特征重要性关系。光谱和纹理特征反映了农作物的季相节律特征,尤其是近红外多光谱波段在不同作物类型及时间窗户下贡献率最高。纹理特征的引入使农作物种植结构提取精度提高了2.84%。(4)使用多时相数据提出多阶段逐月优化的分类策略:基于MDA度量评估农作物生长过程中特征变量的重要性,然而近红外光谱在多阶段特征集中贡献率居高且稳定,而相关性纹理特征作为最重要补充,在农作物植被覆盖密度较低的生长初期对精度具有高贡献率。采用穷举法验证了逐月优化的时间累积方式分类误差低具有可行性,且其农作物空间分布结果的农作物类型不断的丰富,精度不断的提高,最高达91.33%。(5)应用不同的机器学习分类器训练,获取农作物空间分布,并与常规农业监测使用的数据源进行对比:SVM对小容量的特征集信息萃取能力优于RF,而对于高维特征空间来说,RF有更强的泛化能力和抗噪能力;二分类问题中SVM分类器的推广能力优于RF分类器,而在多分类问题上,随机森林的泛化能力显著优于支持向量机。此外,融入光谱纹理特征的GF-1卫星数据提取结果明显优于中分辨率数据。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S127

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 吴文斌;杨鹏;李正国;陈仲新;周清波;唐华俊;;农作物空间格局变化研究进展评述[J];中国农业资源与区划;2014年01期
2 潘耀忠;李乐;张锦水;梁顺林;侯东;;基于典型物候特征的MODIS-EVI时间序列数据农作物种植面积提取方法——小区域冬小麦实验研究[J];遥感学报;2011年03期
3 宫鹏;;遥感科学与技术中的一些前沿问题[J];遥感学报;2009年01期
4 林文鹏;王长耀;储德平;牛铮;钱永兰;;基于光谱特征分析的主要秋季作物类型提取研究[J];农业工程学报;2006年09期
5 杨邦杰,裴志远,周清波,刘海启;我国农情遥感监测关键技术研究进展[J];农业工程学报;2002年03期
6 骆剑承,周成虎,梁怡,马江洪;支撑向量机及其遥感影像空间特征提取和分类的应用研究[J];遥感学报;2002年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄思宇;陈水森;李丹;刘尉;王重洋;姜浩;;基于NDVI物候特征的华南地区冬种马铃薯遥感提取方法[J];热带地理;2016年06期
2 刘珍环;唐鹏钦;范玲玲;杨鹏;吴文斌;;1980—2010年东北地区种植结构时空变化特征[J];中国农业科学;2016年21期
3 王利民;刘佳;杨玲波;杨福刚;富长虹;;短波红外波段对玉米大豆种植面积识别精度的影响[J];农业工程学报;2016年19期
4 陈迪;吴文斌;陆苗;胡琼;周清波;;基于多源数据融合的地表覆盖数据重建研究进展综述[J];中国农业资源与区划;2016年09期
5 王利民;刘佳;杨玲波;杨福刚;滕飞;王小龙;;基于NDVI加权指数的冬小麦种植面积遥感监测[J];农业工程学报;2016年17期
6 吕晓君;王君;喻卫国;曾博;冯春莲;姚清;华祥;;无人机监测林业有害生物初探[J];湖北林业科技;2016年04期
7 田晓艳;;浅谈永吉县农情田间定点监测工作[J];农民致富之友;2016年16期
8 孙华生;李晓轩;;高维遥感图像的快速分类算法[J];测绘科学;2016年08期
9 尤慧;高华东;苏荣瑞;刘凯文;肖玮钰;;基于多时相中分辨率时间过程特征的江汉平原棉花种植面积变化监测[J];地球信息科学学报;2016年08期
10 李丹;沈夏炯;张海香;朱永强;;基于Lenet-5的卷积神经网络改进算法[J];计算机时代;2016年08期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张莉;吴文斌;杨鹏;唐华俊;周清波;李正国;;黑龙江省宾县农作物格局时空变化特征分析[J];中国农业科学;2013年15期
2 余强毅;吴文斌;杨鹏;唐华俊;周清波;陈仲新;;Agent农业土地变化模型研究进展[J];生态学报;2013年06期
3 余强毅;吴文斌;唐华俊;杨鹏;陈仲新;陈佑启;;复杂系统理论与Agent模型在土地变化科学中的研究进展[J];地理学报;2011年11期
4 张莉;吴文斌;左丽君;周清波;;基于EOS/MODIS数据的南方水稻面积提取技术[J];中国农业资源与区划;2011年04期
5 唐鹏钦;吴文斌;姚艳敏;杨鹏;;基于小波变换的华北平原耕地复种指数提取[J];农业工程学报;2011年07期
6 李正国;唐华俊;杨鹏;周清波;吴文斌;邹金秋;张莉;张小飞;;东北三省耕地物候期对热量资源变化的响应[J];地理学报;2011年07期
7 唐华俊;吴文斌;杨鹏;周清波;陈仲新;;农作物空间格局遥感监测研究进展[J];中国农业科学;2010年14期
8 黄河清;潘理虎;王强;郑林;;基于农户行为的土地利用人工社会模型的构造与应用[J];自然资源学报;2010年03期
9 杨晓光;刘志娟;陈阜;;全球气候变暖对中国种植制度可能影响 Ⅰ.气候变暖对中国种植制度北界和粮食产量可能影响的分析[J];中国农业科学;2010年02期
10 陈海;王涛;梁小英;高海东;;基于MAS的农户土地利用模型构建与模拟——以陕西省米脂县孟岔村为例[J];地理学报;2009年12期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;2003年农作物种植意向[J];宁夏农林科技;2003年02期
2 ;50万亩优质饲用农作物种植技术[J];农业科技通讯;2006年06期
3 王英旭;树立新思路 致富天地宽——关于农作物种植结构的调查与思考[J];甘肃农业;1999年10期
4 ;1999年中国农作物种植预测[J];世界热带农业信息;1999年05期
5 李光大;调整阜新农作物种植结构的几点浅见[J];农业经济;2000年03期
6 ;我国农作物种植结构有所调整[J];湖北植保;2000年04期
7 白永贵,解笑宇,包海青,王忠宾;优质饲用农作物种植示范[J];内蒙古农业科技;2002年S1期
8 付英,栗瑞红,李红霞,高淑珍,张丽平,贾永佳;绿色、优质饲用农作物种植技术的推广应用[J];内蒙古农业科技;2002年S1期
9 杨生丰,肖文秀;“三江源”区结古镇实验农场农作物种植概况浅析[J];青海农林科技;2003年01期
10 尉强;今年我区小麦丰收总产比上年增加11.7%[J];现代农业;1995年11期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 宋博;穆月英;;资源约束条件下的北京市农作物种植决策研究——基于多目标灰靶决策模型[A];第25届全国灰色系统会议论文集[C];2014年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 吴世永;全州主要农作物种植计划已基本确定[N];博尔塔拉报;2008年
2 张子卓;全省继续完善优化农作物种植结构[N];云南日报;2007年
3 记者 刘大毅;农作物种植5847万亩[N];辽宁日报;2010年
4 本报记者 孙萌萌;台湾实行农作物种植申报机制[N];人民政协报;2012年
5 ;我州特色农作物种植达到56.61万亩[N];柴达木日报;2014年
6 青调;青海农户农作物种植意向有新变化[N];中国信息报;2006年
7 温玉星;我市农作物种植稳步增长[N];太原日报;2008年
8 记者刘威;今年克州农作物种植意向确定[N];克孜勒苏报;2010年
9 刘杰;甘肃农作物种植结构发生变化[N];粮油市场报;2003年
10 许定华;掀起秋冬种热潮[N];毕节日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 宋茜;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];中国农业科学院;2016年
2 王逍;走向市场:一个畲族村落的农作物种植与经济变迁[D];厦门大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李凯学;清代河南农作物种植结构研究[D];郑州大学;2013年
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