DB37T 3241-2018 农作物种植面积遥感监测技术规程 冬小麦

ICS 65 020 01 B 07 DB37 山东省地方标准 DB 37 T 3241 2018 农作物种植面积遥感监测技术规程 冬小麦 Technical Rule for Crop Area Monitoring Using Remote Sensing Data Winter Wheat 2018 08 17 发布2018 09 17 实施 山东省质量技术监督局 发 布 DB37 T 3241 2018 I 前 言 本标准依据GB T 1 1 2009给出的规则起草 本标准由山东省农业厅提出 本标准由山东省农业标准化委员会归口 本标准起草单位 山东省农业可持续发展研究所 农业部华东都市农业重点实验室 山东省农业遥 感工程技术研究中心 龙口市农业技术推广中心 本标准主要起草人 隋学艳 王祥峰 王汝娟 梁守真 侯学会 王猛 DB37 T 3241 2018 1 农作物种植面积遥感监测技术规程 冬小麦 1范围 本标准规定了基于MODIS遥感影像监测山东省冬小麦种植面积的方法 本标准适用于美国地球观测系统 EOS 中分辨率成像光谱仪MODIS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer 卫星遥感影像进行冬小麦种植面积的监测与调查 本标准适用于山东省省级范围冬小麦种植面积的监测 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 14950摄影测量与遥感术语 GB T 15968遥感影像平面图制作规范 GB T 17424差分全球导航卫星系统 DGNSS 技术要求 GB T 17694地理信息 术语 GB T 17798地理空间数据交换格式 GB T 18316 2008数字测绘成果质量检查与验收 GB T 28407农用地质量分等规程 GJB 270卫星遥感器术语 GJB 421A卫星术语 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3 1 种植面积遥感监测plant area monitoring 在收集分析不同农作物光谱特征的基础上 通过遥感影像记录的地表信息 识别农作物的类型 统 计农作物的种植面积 3 2 中分辨率成像光谱仪 MODIS 全称 Moderate resolution Imaging Spectroradiometer 是搭载在 terra 和 aqua 卫星上的一个 重要的传感器 3 3 MYD09Q1 数据 由 MODIS 数据加工获得的 250 m 地表反射率 8 d 合成产品 DB37 T 3241 2018 2 3 4 归一化植被指数NDVI 全称 Normalized Difference Vegetation Index 定义为近红外波段反射率与红光波段反射率之 差与之和的比值 计算公式为 NIRRED NIRRED RR NDVI RR 1 式中 RRED 红光波段反射率 RNIR 近红外波段反射率 注 1 RRED为波段 1 620 nm 670 nm 反射率 RNIR为波段 2 841 nm 876nm 反射率 4监测流程 中分辨率成像光谱仪 MODIS 遥感影像监测冬小麦种植面积流程按照图 1 图 1基于 MODIS 遥感影像监测冬小麦种植面积流程图 5样方设立 DB37 T 3241 2018 3 于山东省主要冬小麦生产区 均匀布设样方40个 50个 样方应远离村庄 道路 工矿用地 水体 等非耕地区域 为了保证样方 250 m 250 m 在遥感影像上是纯净像元 所以要选取750 m 750 m 范围内全是冬小麦的地块 用GPS于样方中心定位 定位精度3 m以内 样方间隔至少10 km 建立样方 经纬度信息文本文件 图 2样方定位示意图 6数据准备 6 1遥感影像数据 6 1 1从 MODIS 数据共享平台 ftp e4ftl01u ecs nasa gov 获取山东省 8 天合成数据 MOD09Q1 数据文件名称按一年 365 天计 每 8 天一个数据 6 1 2第 n 年 11 月中下旬 提取第 n 年到第 n 1 年度 冬小麦种植面积所需数据文件 包括 第 n 年数据 017 025 033 041 049 105 113 249 257 265 289 297 321 329 6 1 3第 n 年 4 月中下旬 提取第 n 1 到第 n 年度 冬小麦种植面积所需数据文件 包括 第 n 年数据 017 025 033 041 049 105 113 第 n 1 年数据 249 257 265 289 297 321 329 6 2地理信息数据 山东省 市 县境界线矢量图 山东省耕地矢量图 比例尺1 1万 7图像处理 7 1坐标投影转换 在遥感影像处理软件中定义新的地图投影 命名为Albers 84 投影类型选择Albers Conical Equal Area 参数设置 第一条标准纬线纬度25 第二条标准纬线纬度47 中央经线经度105 坐标原 点0 东移0 北移0 椭球体和大地基准面WGS 84 将8天合成数据MOD09Q1按照Albers 84进行坐 标投影转换 DB37 T 3241 2018 4 7 2计算 NDVI 植被指数并进行滤波处理 在遥感影像处理软件中 通过光谱计算功能实现 输入表达式 S2 S1 S2 S1 其中S1代表MOD09Q1 文件中的波段1 S2代表MOD09Q1文件中的波段2 进行滤波处理 去除噪声 7 3最大合成数据 为了减少气象因素及空气质量的影响 考虑冬小麦面积提取所需关键几个生育时期数据的特点 将 能代表生育时期特征的几个邻近时期的数据进行最大合成 通过光谱计算功能实现 两期数据最大合成 公式 122211 SgtSSSgeSS 数据时期多于两期时 通过循环来获得最大合成值 表 1第 n 年 11 月中下旬监测冬小麦面积所需关键生育时期数据合成说明 生成合成数据 文件名称 定义最大合成使用数据时间生育时期 NDVI最大合成 2 月中旬 NDVI第 n 年数据 17 25 33 41 49冬小麦返青期 NDVI4最大合成 4 月中旬 NDVI第 n 年数据 105 113冬小麦拔节期 NDVI9最大合成 9 月中旬 NDVI第 n 年数据 249 257 265前茬作物生物量最大时期 NDVI10最大合成 10 月中旬 NDVI第 n 年数据 289 297冬小麦播种期 NDVI11最大合成 11 月中旬 NDVI第 n 年数据 321 329冬小麦苗期 NDVI4 2 最大合成 4 月中旬减最大合成 2 月中旬 NDVI NDVI4 NDVI2生物量快速升高 表 2第 n 年 4 月中下旬监测冬小麦面积所需关键生育时期数据合成说明 生成合成数据 文件名称 定义最大合成使用数据时间生育时期 NDVI2最大合成 2 月中旬 NDVI 第 n 年数据 17 25 33 41 49 冬小麦返青期 NDVI4最大合成 4 月中旬 NDVI第 n 年数据 105 113冬小麦拔节期 NDVI9最大合成 9 月中旬 NDVI 第 n 1 年数据 249 257 265 前茬作物生物量最大时期 NDVI10最大合成 10 月中旬 NDVI第 n 1 年数据 289 297冬小麦播种期 NDVI11最大合成 11 月中旬 NDVI第 n 1 年数据 321 329冬小麦苗期 NDVI4 2 最大合成4月中旬减最大合成2月 中旬 NDVI NDVI4 NDVI2生物量快速升高 7 4遥感图像初步分类 7 4 1建立决策树 在遥感影像处理软件中 通过决策树功能实现 定义 Class 1 同 Class 2 两个非冬小麦类颜色为 White Class 3 初步冬小麦类颜色为 Green 决策树节点名称 表达式按照表 3 决策树结构按照图 3 DB37 T 3241 2018 5 表 3决策树节点定义 节点名 称 表达式意义 Node 1 48 0 91011119 gtNDVIandNDVIgtNDVIandNDVIgtNDVI 麦田特征 10 月播种 期耕地基本裸露 生物 量全年最低 结合耕作 制度前茬作物 9 月份 生物量最高 与此特征 相同的还包括大蒜和 部分设施蔬菜地块 Node 2 29 0 2 0 224 gtNDVIandgtNDVI 2 月到 4 月冬小麦 大 蒜 设施蔬菜生物量迅 速升高 但 2 月份大 蒜 设施蔬菜生物量整 体弱于冬小麦 以此区 分冬小麦 大蒜及设施 蔬菜地块 图 3决策树结构图 7 4 2对遥感图像进行初步分类 打开经验决策树 运行 得到初步分类结果 7 5对初步分类遥感图像进行裁剪 用山东省矢量文件 对7 4 2得到的初步分类结果进行裁剪 7 6对裁剪完数据进行耕地区掩膜 用山东省耕地矢量文件 对7 5得到的图像进行掩膜 得山东省冬小麦种植面积监测图像 8精度验证与评价 DB37 T 3241 2018 6 8 1精度检验方法 对监测区冬小麦种植面积提取结果精度检验 可以采用两种方法 在有地面调查样点区域 选取地 面样本点用于精度验证 对于无地面验证点的监测区 采用与进行冬小麦面积监测的遥感影像获取时间 相近 且空间分辨率更高的遥感数据 随机均匀选取不少于50个的样本用于精度评价 8 2精度评价 根据分类结果 计算分类精度 要求精度达到90 以上 受环境因素影响 冬小麦相同时间 相同 地点不同年际之间的长势会有所差别 因此 提取精度低于90 时 需要根据研究区实际情况 适当调 整决策树中表达式的域值 直至达标 9监测产品制作 监测产品以文字 专题图及统计表格等形式表示冬小麦种植面积监测结果 文字信息是指描述卫星 遥感提取有关信息 包括时间 范围 卫星及传感器 监测面积等 冬小麦种植面积遥感监测专题图包