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风云气象数据在农情定量监测中的应用研究

李耀辉  
【摘要】:农情就是农业生产情况,通过与农业资源、环境和生产过程相关的一系列数据来体现。我国是农业大国,农业是我们国家的经济命脉和社会稳定的基础。农情监测意义重大,关系到国家粮食安全、主要农产品供给、社会安定与农业可持续发展。随着社会经济的发展,传统的局部人工地面监测农情的方式已不能满足现代农业发展的需求,大面积农情遥感实时监测已逐渐成为人们获取农业生产信息的重要方式。起源于上世纪八十年代的风云气象卫星系列,目前已发展到第三代(风云4号也即将发射),在气象预报与农业气象保障等方面已取得了广泛的应用,成为国际上遥感应用最成功的范例之一。但就目前的文献来看,风云数据的农情应用主要集中在植被信息提取、地表温度反演、土壤墒情监测等方面,且已有的研究并没有充分利用风云数据的高时间分辨率特性,存在薄弱环节。针对上述问题,本文以河南省鹤壁市为研究区域,以风云3号MERSI多光谱遥感影像作为数据源。根据风云数据的高时间分辨率特征,构建农作物生长曲线,并据此进行夏玉米的种植面积及其物候期的提取。主要研究内容包括:(1)夏玉米生长曲线构建。借助Landsat8高分辨率影像进行研究区域耕地信息提取,并对MERSI数据进行掩膜处理,得到研究区域的目标影像;计算每个像元的EVI时间序列,使用最大值合成法进行EVI时间序列数据集的初步去噪;在比较S-G滤波及小波去噪的基础上,提出迭代S-G滤波取上包络线的新方法,建立了夏玉米生长曲线。(2)基于生长曲线的夏玉米种植面积提取。用作物生长曲线代替传统混合像元分解中的光谱曲线,对鹤壁市的夏玉米种植区域进行了混合像元分解的研究。在对传统方法对比分析的基础上,提出了基于生长曲线夹角(借用光谱角的概念)的自适应选择端元组合的混合像元分解方法,提取的夏玉米种植面积精度为75.6%,像元分类精度达到86.7%。(3)基于生长曲线的夏玉米物候期提取。使用Logistic模型拟合作物生长曲线的上升阶段,使用动态阈值法和曲率法进行夏玉米的关键物候期提取。鉴于监测站的数量与分布的实际情况,为验证提取精度,将研究区域扩大到河南省,通过与地面农气站监测数据匹配,确定提取的物候期为七叶期、拔节期和抽穗期,提取误差均小于5天。(4)风云遥感农情监测原型系统开发。基于以上研究,利用ENVI二次开发平台,实现了风云遥感农情监测原型系统的开发,功能包括图像浏览、生长曲线构建、亚像元信息提取、作物物候期提取以及作物长势评价等模块。获得国家知识产权局软件著作权。


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