DB1301∕T 319-2019 冬小麦苗情遥感监测规程

ICS 65 020 01 B 20 DB1301 石家庄市农业地方标准 DB 1301 T 319 2019 冬小麦苗情遥感监测规程 2019 11 18 发布 2020 01 18 实施 石家庄市市场监督管理局 发 布 DB1301 T 319 2019 I 前 言 本标准按照GB T 1 1 2009给出的规则起草 本标准由石家庄市农业农村局提出并归口 本标准起草单位 河北省农业技术推广总站 北京农业信息技术研究中心 本标准主要起草人 顾晓鹤 蔡淑红 杨贵军 宋建新 许宁 龙慧灵 王淼 蒋晓茹 李伟国 冯海宽 张兰 杜宜珂 许春 李娜 王静 王少春 毛娅楠 王新景 谷振华 DB1301 T 319 2019 1 冬小麦苗情遥感监测规程 1 范围 本标准规定了冬小麦苗情遥感监测的基本要求 监测方法 监测报告等内容 本标准适用于石家庄市县域尺度的冬小麦苗情遥感监测 其他地区具备相同条件的可参考使用 本标准不适用于石家庄市山区冬小麦苗情遥感监测 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件 仅所注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件 其最新版本 包括所有的修改单 适用于本文件 GB T 15968 2008 遥感影像平面图制作规范 NY T 2017 2011 植物中氮 磷 钾的测定 3 基本要求 3 1 数据要求 3 1 1 卫星遥感影像 3 1 1 1 多光谱卫星影像 具备蓝光波段450 nm 475 nm 绿光波段495 nm 570 nm 红光波段640 nm 760 nm 近红外波段 810 nm 870 nm 空间分辨率30 m以内 时相为每年的冬小麦起身期至开花期 3 1 1 2 影像质量 清晰无云 无传感器条带噪声 几何校正精度达到半个像元尺寸以内 3 1 2 基础地理数据 国家1 250 000基础地理信息数据 要素包括行政边界 耕地分布 3 2 软件要求 具备卫星遥感影像处理的专业软件 具有大气校正 几何纠正 影像解译 波段运算 统计分析等 功能 4 监测方法 4 1 监测流程 冬小麦苗情遥感监测的主要流程包括田间观测 群体参量遥感监测 苗情综合评估 见附录A 1 DB1301 T 319 2019 2 4 2 田间观测 4 2 1 样本地块布设与取样 在监测区内相对均匀地随机布设20个样本地块 每个样本地块面积不小于20亩 田间观测时间为冬 小麦起身期 拔节期 孕穗期 开花期 在样本地块内选取长势均匀的区域进行地上部植株取样 取样 面积4行 50 cm 植株样本快速放入密封袋中 并测量行距 4 2 2 群体参量室内分析 4 2 2 1 分株 对所取样品进行分株 记录总株数M和分蘖数n 4 2 2 2 制备标叶 取10株有代表性的样品 摘下所有叶片并擦净 将叶片和茎迅速称重 记为W4 W5 取展开叶中部 宽窄一致的地方 剪成一定长度的小段 3 cm 用直尺测定总宽度 计算面积S 装入小纸袋烘干后 称重 W1 4 2 2 3 获取余叶重 将10株植株的剩余绿叶全部烘干后称重 W2 10株的茎烘干后称重记为W6 4 2 2 4 计算叶面积指数 采用比叶重法计算叶面积指数 LAI 见公式 1 MS AW WW LAI 100010 2 21 1 式中 LAI 小麦群体叶面积指数 W1 标叶重 g W2 10株的余叶重 g S 标叶面积 cm 2 M 取样面积上的总株数 A 取样面积 m 2 4 2 2 5 计算生物量 采用烘干称重法计算生物量 见公式 2 A MWWW Bio 1000010 667 621 2 式中 Bio 小麦生物量 千克 亩 W1 标叶重 g DB1301 T 319 2019 3 W2 10株的余叶重 g W6 10株茎干重 g A 取样面积 m 2 M 取样面积上的总株数 4 2 2 6 氮素 N 采用凯氏定氮法分别测定茎 叶含氮量 方法应参照NY T 2017 2011 4 2 2 7 植株氮积累量 PNC 通过植株氮素含量与生物量乘积计算得到 4 3 群体参量遥感监测 4 3 1 植被指数计算 查阅相关文献资料 分析各种遥感植被指数对于冬小麦苗情长势的表征能力 然后对多光谱卫星影 像进行波段运算 提取冬小麦种植区内的各种植被指数 计算公式如表1所示 表1 用于监测小麦苗情的植被指数 植被指数 英文缩写 计算公式 归一化差值植被指数 NDVI edir edir DVI rn rn N 绿波段归一化植被指数 GNDVI reenir reenir NDVI gn gn G 蓝波段归一化植被指数 BNDVI lueir lueir NDVI bn bn B 差值植被指数 DVI edirVI rnD 重归一化植被指数 RDVI VIDVIDVI DNR 氮素反射植被指数 NRI redgreen redgreen NRI 结构不敏感指数 SIPI edir lueir IPI rn bn S DB1301 T 319 2019 4 表 1 续 植被指数 英文缩写 计算公式 叶绿素归一化植被指数 NPCI lueed lueed NPCI br br 增强型植被指数 EVI lueedir edir VI b rn rn E 5761 52 4 3 2 冬小麦种植范围提取 在耕地范围内提取冬小麦 以NDVI 0为临界阈值 当NDVI 0时提取为冬小麦 当NDVI 0时识别为非 小麦 4 3 3 敏感植被指数筛选 根据野外实测样本的GPS位置信息 提取各采样点的多种植被指数值 然后与小麦群体参量数据进 行相关性分析 筛选出相关系数高于0 5的敏感植被指数 4 3 4 群体参量建模 从所有实测样本中随机抽取2 3样本量用于建模 将筛选出的敏感植被指数作为自变量 实测样本 群体参量数据作为因变量 利用多元线性回归方法分别构建叶面积指数 LAI 生物量 Bio 植株 氮积累量 PNC 监测模型 见公式 3 将各个植被指数图像代入模型 生成待监测区冬小麦群体参 量遥感监测图 n VaVaVaP n22110GP a 3 式中 PGP 冬小麦群体参量 叶面积指数 生物量 植株氮积累量 Vi 敏感植被指数 ai 敏感植被指数的回归系数 i为0 1 n 4 4 苗情综合评估 4 4 1 群体参量归一化 统计小麦种植范围内的各群体参量的最大值和最小值 分别对LAI Bio PNC进行归一化处理 见公 式 4 经归一化处理后的各参量变化范围都为 0 1 minmaxmin GPGPGPGP GP PPPPP 4 式中 PGP 归一化后的冬小麦群体参量 叶面积指数 生物量 植株氮积累量 PGP 遥感反演的冬小麦群体参量 叶面积指数 生物量 植株氮积累量 DB1301 T 319 2019 5 PGPmin 某个群体参量的最小值 PGPmax 某个群体参量的最大值 4 4 2 苗情指数综合评估 叶面积指数 生物量 植株氮积累量对于表征冬小麦苗情的贡献度均等 构建冬小麦苗情指数 WGI 遥感综合评估模型 如公式 5 所示 将各群体参量监测结果图代入该模型 生成待监测区冬小麦苗 情指数遥感监测图 3 NCioAIGI PBLW 5 式中 WGI 冬小麦苗情指数 LAI 经过归一化处理后的冬小麦叶面积指数遥感监测结果 Bio 经过归一化处理后的冬小麦生物量遥感监测结果 PNC 经过归一化处理后的冬小麦植株氮积累量遥感监测结果 4 4 3 精度验证 以未参与建模的1 3冬小麦实测样本进行精度验证 根据验证样本的叶面积指数 生物量 植株氮 积累量按公式 5 计算出苗情指数值 并根据验证样本的空间位置提取遥感监测结果图上的苗情指数 指数值 根据公式 6 和 7 计算验证样本的决定系数 R 2 相对均方根误差 R MSE 2 1 1j 2 2 1 n j jGIjGI n jWGIjGI WW PW R 6 式中 n PW R n j jWGI j GI MSE 1 2 7 式中 R2 验证样本的决定系数 RMSE 验证样本的相对均方根误差 WGI j 验证样本的冬小麦苗情指数实测值 由叶面积指数 生物量 植株氮积累量计算得到 PWGI j 验证样本的冬小麦苗情指数遥感监测值 从遥感监测结果图上提取 n 验证样本数量 j 验证样本编号 4 4 4 冬小麦苗情分级制图 DB1301 T 319 2019 6 采用正态 偏正态 统计理论的双阈值划分策略 统计冬小麦苗情指数值的均值 mean 和标准差 SD 以mean 2 SD mean和mean 2 SD为冬小麦苗情的4个等级划分阈值 进行监测区冬小麦苗情 优劣等级划分 并按照GB T 15968 2008制图 具体划分标准为 当 WGI mean 2 SD 时 判定为苗情较旺 当 mean WGI mean 2 SD 时 判定为苗情良好 当 mean 2 SD WGI mean 时 判定为苗情中等 当 WGI mean 2 SD 时 判定为苗情较差 5 监测报告 冬小麦苗情遥感监测结果经过专家会商形成监测报告 报告应包含如下内容 报告题目 XX 县冬小麦苗情遥感监测 报告正文 包括具体使用数据 监测流程 监测步骤 监测结果和格局分析 附表 XX 县分乡镇冬小麦苗情等级监测统计结果 附图 XX 县冬小麦苗情等级遥感监测空间分布图 DB1301 T 319 2019 7 A A 附 录 A 规范性附录 冬小麦苗情遥感监测技术流程 冬小麦苗情遥感监测的技术流程图见图A 1 多光谱卫星遥感影像多光谱卫星遥感影像 田间观测和室内分析田间观测和室内分析 植被指数计算植被指数计算 生物量生物量 植株氮 积累量 植株氮 积累量 敏感植被指数筛选敏感植被指数筛选 冬小麦种植范 围提取 冬小麦种植范 围提取 群体参量遥感监测模型构建群体参量遥感监测模型构建 冬小麦苗情指数综合评估冬小麦苗情指数综合评估精度验证精度验