基于光学与雷达遥感影像协作的多云雾区域农作物信息提取研究

及时掌握农作物分布信息,对农业结构调整和国家粮食安全保障具有重要的战略意义。然而,多云雾区域受气候条件制约,难以获取全时序的光学影像,无法构建涵盖农作物完整生长季的物候特征数据集,农作物信息提取受到限制。因此,本研究以西南多云雾区域重要的产粮地之一——四川省广汉市为例,基于SAR影像（Sentinel-1）和光学影像（Sentinel-2）数据协作,构建了研究区冬季农作物典型时相光谱特征和夏季农作物SAR时序特征,采用面向对象决策树分类方法,提取了研究区农作物时空分布信息并进行精度分析。结果表明：(1)广汉市农作物以粮油作物为主,主要包括小麦—水稻、油菜—水稻、土豆—大豆、土豆—玉米4种一年两熟的轮作种植模式。(2)水稻、大豆、玉米3种夏季农作物SAR时序特征差异明显,光学—雷达遥感数据协作提取冬季—夏季农作物类型及空间分布为多云雾区域农作物信息提取提供了新的思路。(3)面向对象的决策树分类方法分类总体精度和Kappa系数分别为85.49%和0.81,分类结果保持了大面积作物的完整性,避免了分类结果的“椒盐现象”。     

Sentinel-2A与Landsat-8影像在油菜识别中的差异性研究

油菜是中国最重要的农作物之一,准确、及时掌握高精度的油菜面积具有重要意义。与Landsat-8数据相比,新一代光学卫星Sentinel-2A数据具有众多优点,但是Sentinel-2A数据在农作物识别方面的应用效果是否一定优于Landsat-8数据仍然是个未知的问题。因此,以油菜最佳识别期内的Sentinel-2A和Landsat-8影像各一景为数据源,选取种植结构复杂的小尺度都市农业区为研究区,基于影像的光谱特征与植被指数信息利用不同分类方法提取油菜种植面积。通过比较不同分类条件、不同方法下的两种影像的油菜识别精度,结果表明:(1)Sentinel-2A影像中不同地物的光谱特征差异与植被指数可分离性高于Landsat-8影像;(2)支持向量机(SVM)分类器下,Sentinel-2A数据的光谱特征获得的油菜制图精度与用户精度最高,分别为89.7%和91.3%,比同等条件下的Landsat-8油菜识别精度分别高7.0%和6.2%;(3)加入纹理信息后,两种数据的总体精度和Kappa系数明显提高,但油菜的制图精度与用户精度并无明显提升。以上结果表明:与Landsat-8数据相比,Sentinel-2A数据能够在种植结构复杂的小尺度区域提取更高精度的作物分布信息。研究结果可以为Sentinel-2A数据的农作物识别与应用提供理论基础。     

基于SAR与Landsat TM的小区域稻田的识别研究——以南京市江宁区为例

以南京市江宁区为研究区域,根据区域特征、作物物候期和水稻的生长特点,采用分层分类的方法提取稻田分布信息。通过比较多时相SAR数据、TM和多时相SAR融合与TM和单时相SAR融合数据识别水稻的精度和提取的水稻种植面积,分析了不同数据对区域多云雨,不同种植方式、面积小且分布破碎的水稻稻田的识别程度,并根据野外实地走访调查分析了主要影响因素。结果表明:多时相SAR数据、TM和多时相SAR数据的水稻识别精度都高于72%,高于TM和单时相SAR融合数据的结果;前两者提取的水稻种植面积和稻田分布接近,主要影响因素是地物分布、不同种植方式水稻物候期和水稻稻田面积小且分布破碎。     

基于时差特征与随机森林的水稻种植面积提取

准确提取水稻种植面积是探讨气候变化背景下水稻生产与粮食安全的重要前提。我国南方的水稻种植区域,地块破碎且受云雨天气影响严重,如何充分利用有限时相的数据获得较高精度的水稻面积提取是亟需解决的关键问题。提出了一种利用两个时相的数据,通过构建差值特征突出水稻物候变化的特点,并与随机森林算法结合高精度提取水稻种植面积的方法。将之应用于湖南省常德市鼎城区的水稻种植面积提取,结果表明:采用本方法进行水稻提取的最终总体精度达到93.01%,Kappa系数0.91,与单时相提取结果相比,总体精度提高了近3%。为了进一步分析差值特征对其他分类器的改进效果,分别将差值特征与决策树和随机森林组合,并分析了两种组合提取水稻的精度。研究发现构建的差值特征能够有效反映植物的生长状况,增加地物的可区分性,可为对象的分割及分类提供更多有用的信息,能够有效改善水稻种植面积的提取精度。
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基于Sentinel-1双极化数据改进水体提取的Otsu算法

基于SAR图像的阈值分割法是水体信息有效提取的常用方法之一。针对Otsu算法对于SAR影像水体提取精度低、噪声大的问题,以C波段Sentinel-1 SAR为数据源,提出一种基于Otsu算法的SAR图像水体提取新方法。该方法首先基于双极化数据构建自然指数函数,优化原始Sentinel-1数据图像像元直方图分布,再结合Otsu算法对图像进行水体提取,最后基于DEM数据去除误提取的山体阴影。以同一天的Landsat 8光学影像作为真实水体样本进行精度评定,结果表明：在不同水体占比情况下,该方法水体提取精度均优于Otsu算法,在水体占比小于10%时综合精度提升约为20%—60%,而且噪声小、适用性强,可用于快速高效获取大范围内水体信息。     

基于多时相Sentinel-2影像的黑河中游玉米种植面积提取研究

玉米是黑河中游种植面积最大的农作物,生长期需水量大、蒸散量高.准确获取玉米种植面积对该区域农作物种植结构调整、水资源合理规划有重要参考意义.基于2019年4月至9月Sentinel-2多时相影像,采用随机森林算法开展了黑河中游玉米种植面积提取研究.研究方法分为两类—直接提取法和两步提取法.进一步探讨了多时间信息量对玉米...     

基于面向对象分类的南方水稻种植面积提取方法

南方丘陵地区水稻种植具有分散、地块小、形状多样等特点,利用中低分辨率遥感数据提取水稻种植面积,难以满足精度要求。以SPOT5遥感影像为数据源,应用面向对象的分类方法提取了广西玉林市辖区晚稻种植面积。针对试验区不同稻作区的种植特点,选择其适合的尺度及参数进行多尺度影像分割,建立影像对象的层次结构,计算对象的光谱、几何及拓扑关系等特征,形成分类规则对不同稻作区进行信息提取。采用野外实地调查数据对分类结果进行类别和面积一致性检验,总体精度96.31%,Kappa系数0.9226,面积一致性精度99.92%。
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基于遥感影像时间序列的冬小麦种植监测最佳时相选择研究

遥感影像植被分类的最佳时相对作物种植面积遥感监测非常重要。根据2005~2006年北京冬小麦不同物候期的Landsat TM影像和2006年Spot\|2影像,计算了各时期影像中主要植被类型的光谱可分性距离,分析了北京郊区主要植被物候差异和光谱可分性;对各生育期的遥感影像及其主要组合进行了监督分类,采用总体精度和分类效率指标两个参数,结合地面GPS调查数据,对分类结果进行了精度评价。结果表明：北京地区小麦监测最佳时相是4月上旬,影像分类的总体精度为92.9％,明显优于其它单时相影像的分类结果;发现北京郊区冬小麦光谱分类的最佳时相组合为4月上旬(起身期)和5月下旬(灌浆期),分类总体精度为94％。     

基于面向对象的多源卫星遥感影像玉米倒伏面积提取

风灾引起的玉米倒伏可能导致玉米大量减产,利用遥感技术准确监测玉米倒伏面积与空间分布信息对灾情的评估非常重要。利用Planet和Sentinel-2影像分别结合面向对象与基于像元方法提取研究区玉米倒伏,同时评估了不同影像特征（光谱特征、植被指数和纹理特征）与不同分类方法（支持向量机法SVM、随机森林法RF和最大似然法MLC）对玉米倒伏提取精度的影响。结果表明：(1)使用高空间分辨率的Planet影像进行玉米倒伏提取的精度普遍高于Sentinel-2影像;(2)从分类精度和面积精度来看,Planet影像的光谱特征+植被指数+均值特征结合面向对象RF分类,总体精度和Kappa系数分别为93.77%和0.87,面积的平均误差最低为4.76%;(3)采用Planet和Sentinel-2影像结合面向对象分类提取玉米倒伏精度高于基于像元分类。研究不仅分析了面向对象方法的优势,还评估了使用不用影像数据结合面向对象方法的适用性,可以为遥感提取作物倒伏相关研究提供一定的借鉴。     

基于SVM的高分时序冬小麦种植区提取研究

冬小麦作为我国重要的粮食作物,准确获取其空间分布情况,对农业生产管理及农情监测有重要意义。以河南省商丘市为例,利用覆盖冬小麦完整生育期的GF-1数据,计算归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）、增强植被指数（Enhanced Vegetation Index,EVI）时间序列,结合关键生育期影像,构建不同特征量组合数据集,利用支持向量机方法进行冬小麦提取。同时采用主成分分析法对数据进行降维处理,尝试通过压缩特征集数据量来提高冬小麦提取效率。研究结果表明：EVI时序数据较NDVI能更好地描述作物的物候,提取精度皆高于NDVI,其中EVI时序数据与关键生育期影像组合提取精度最高,达到97.67%。结果表明,降维后数据并未对提取精度造成显著影响,达到压缩数据量保持提取精度的目的,为大区域作物提取提供参考价值。     

基于GF-1影像的耕地地块破碎区水稻遥感提取

耕地地块破碎区水稻遥感提取是作物监测研究的热点问题之一。以苏州市高新区为例，通过挖掘关键物候期水稻与下垫面水体光谱特征组合差异，基于分蘖期与齐穗期两景16 m分辨率的GF-1 WFV数据，构建归一化差值植被指数（NDVI）差值法、归一化水体指数和比值植被指数（NDWI-RVI）差值法提取水稻分布，并深入探究了水稻面积提取精度及空间重合度影响因素。结果显示：与非监督分类和监督分类方法相比，植被指数差值法水稻识别精度贡献率可提升30%以上，NDVI差值法提取水稻种植面积的精度、空间重合度、制图总体精度和Kappa系数分别为86.2%、66.1%、92.2%和0.72；NDWI-RVI差值法上述指标分别高达95.5%、78.4%、93.5%和0.846，实现了利用少量中高分辨率遥感影像精确提取耕地地块破碎区水稻分布的目的，可实际服务于太湖地区农业生产及相关决策支持。     

基于GEE和Sentinel-2时序数据的呼伦贝尔沙地及其周边植被类型识别研究

沙地及其周边植被对固定沙丘、防止水土流失和环境治理等方面具有重要作用,开展沙地及其周边植被类型识别研究对于客观地反映沙地及其周边的生态环境,进而为沙地恢复治理政策制定具有重要意义。GEE云平台丰富的长时间序列遥感数据和强大的云计算能力,为开展大区域植被类型识别提供了便捷。本研究基于GEE云平台存储的2019年Sentinel-2时序数据,采用RF算法开展呼伦贝尔沙地及其周边主要植被类型的空间判识研究,探索了GEE平台下顾及植被物候信息的植被类型识别效果。研究发现：(1)Sentinel-2影像的光谱信息和近红外波段的纹理信息对研究区的主要植被类型识别能力有限,而物候特征有效地弥补了原始光谱特征等对研究区不同植被类型区分能力的不足;(2)基于RF算法顾及物候特征的植被类型识别精度达到84.37%,Kappa系数为0.8,比单一时相数据的识别精度提高了10.01%;(3)呼伦贝尔沙地及其周边主要植被类型的物候特征差异明显,有助于不同类型植被的空间识别,特别是提高了灌草丛和草原的识别精度。研究表明利用Sentinel-2数据和GEE云平台对沙地等大区域植被类型的识别具有较大的潜力和广阔的应用...     

利用多时相HJ卫星CCD遥感影像提取嘉祥县秋收作物

作物种植面积对调整农业结构、制定区域粮食安全政策有着十分重要的意义。本文以山东省嘉祥县为研究区,利用3景不同时相的HJ卫星CCD遥感数据,结合野外调查样本,通过分析研究区主要秋收作物(玉米、棉花和水稻)在不同生育期的光谱特征和归一化植被指数(NDVI)的特点,对分类影像进行系列阈值分割、掩膜处理,最后利用决策树算法成功提取了山东省嘉祥县的玉米、棉花和水稻的种植面积,总体精度分别达到93.31%、89.41%、95.82%。     

基于多源遥感影像的青海云杉和祁连圆柏分类

青海云杉和祁连圆柏是祁连山自然保护区的优势种,提取两种类型树木的空间分布对保护区森林资源的管理和监测方面有重要意义。使用Sentinel-2A(S2)、Sentinel-1A(S1)、Landsat-8(L8)3种遥感影像及来自SRTM DEM的地形数据,基于随机森林分类方法,设置8种组合方案共22个特征变量,以祁连山东段的甘肃连城自然保护区为例,对青海云杉和祁连圆柏进行分类试验。结果表明：融合Sentinel-1A(S1)数据的VV和VH两种后向散射信息的精度最高,达到92.85％,比使用单一影像Landsat-8提高了11.64%。实验表明:结合多源遥感影像的不同波段信息是提高森林类型分类精度的有效手段,有助于复杂山区森林资源调查、植被信息提取等需求。     

基于高时空分辨率可见光遥感数据的热带山地橡胶林识别

20世纪90年代以来橡胶林种植面积在西双版纳地区迅猛扩大,对该区域橡胶林种植面积、种植结构变化的精确监测是客观评价该地区橡胶林种植与生态环境变化关系的关键。针对西双版纳热带山地地区植被光谱特征的相似性及地形和气候条件的复杂性问题,结合该地区橡胶林冬季落叶的物候特征,采用时空数据融合算法,分别选取中分辨率的ETM+、OLI、Sentinel-2A数据与高时间分辨率的MODIS数据融合,建立高时空分辨率可见光遥感数据集,并分析不同融合数据源对热带山地环境下橡胶林识别精度的差异。结果表明:(1)基于时空融合数据提取的橡胶林物候变化特征能够实现较高精度的橡胶林识别,识别精度可以达到89%以上,Kappa高于0.83;(2)运用10m分辨率的Sentinel-2A数据进行分类时,能够获取比Landsat数据更高精度的分类结果,表明Sentinel-2A数据在高时空数据融合及热带植被遥感应用中有较好前景。     

基于多时相协同变化检测的耕地撂荒遥感监测

针对地表覆被复杂、地块破碎等原因导致的撂荒地提取精度较低问题,提出一种基于多时相协同变化检测的耕地撂荒信息提取方法。以河北省石家庄市鹿泉区为研究区,采用Sentinel-2A和Landsat 7多光谱影像,在野外样本的支持下,分析耕地各种覆盖类型的归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）季相变化规律,以季节性撂荒、常年性撂荒、冬小麦、多年生园地为分类体系,构建多时相协同变化检测模型,开展研究区耕地撂荒状态遥感监测。研究结果表明：基于Sentinel-2A影像的季节性撂荒和常年撂荒耕地的分类精度分别为95.83%和96.55%;基于Landsat 7影像的季节性撂荒和常年撂荒耕地的分类精度分别为91.67%和93.10%;2019年鹿泉区季节性撂荒占耕地面积的4.7%,常年撂荒耕地占7.1%。利用该方法能够快速、准确地获取研究区耕地空间分布、面积等信息,对于不同分辨率的影像均具有较好的撂荒地提取精度。     

基于多时相HJ卫星的冬小麦面积提取

我国环境与灾害监测预报小卫星HJ-1A/B具有较高的时间和空间分辨率,在作物种植面积提取和长势监测等方面具有较大优势。本文以江苏省姜堰市为研究区,根据冬小麦的物候规律和季相节律的差异性,选取返青期和拔节期两个生育期的HJ卫星影像,借鉴分层信息提取法原理,综合利用监督分类和非监督分类法,结合人机交互目视解译和实地定位调查等资料提取了姜堰市的冬小麦种植面积,总体面积提取精度达到90.22%,样点空间匹配精度为81.25%,实验基地空间匹配精度为80.34%。结果表明：HJ卫星能够用于提取南方地区冬小麦种植面积和长势监测,满足农情监测的需要,且利用多时相遥感影像能有效地增加信息量,实现信息互补,有助于提高监测精度。     

基于GF-1影像的耕地地块破碎区水稻遥感提取

耕地地块破碎区水稻遥感提取是作物监测研究的热点问题之一。以苏州市高新区为例,通过挖掘关键物候期水稻与下垫面水体光谱特征组合差异,基于分蘖期与齐穗期两景16 m分辨率的GF-1 WFV数据,构建归一化差值植被指数（NDVI）差值法、归一化水体指数和比值植被指数（NDWI-RVI）差值法提取水稻分布,并深入探究了水稻面积提取精度及空间重合度影响因素。结果显示：与非监督分类和监督分类方法相比,植被指数差值法水稻识别精度贡献率可提升30%以上,NDVI差值法提取水稻种植面积的精度、空间重合度、制图总体精度和Kappa系数分别为86.2%、66.1%、92.2%和0.72;NDWI-RVI差值法上述指标分别高达95.5%、78.4%、93.5%和0.846,实现了利用少量中高分辨率遥感影像精确提取耕地地块破碎区水稻分布的目的,可实际服务于太湖地区农业生产及相关决策支持。     

基于GF-1影像的耕地地块破碎区水稻遥感提取

耕地地块破碎区水稻遥感提取是作物监测研究的热点问题之一。以苏州市高新区为例,通过挖掘关键物候期水稻与下垫面水体光谱特征组合差异,基于分蘖期与齐穗期两景16 m分辨率的GF-1 WFV数据,构建归一化差值植被指数(NDVI)差值法、归一化水体指数和比值植被指数(NDWI-RVI)差值法提取水稻分布,并深入探究了水稻面积提取精度及空间重合度影响因素。结果显示:与非监督分类和监督分类方法相比,植被指数差值法水稻识别精度贡献率可提升30%以上,NDVI差值法提取水稻种植面积的精度、空间重合度、制图总体精度和Kappa系数分别为86.2%、66.1%、92.2%和0.72;NDWI-RVI差值法上述指标分别高达95.5%、78.4%、93.5%和0.846,实现了利用少量中高分辨率遥感影像精确提取耕地地块破碎区水稻分布的目的,可实际服务于太湖地区农业生产及相关决策支持。     

南方地区复杂条件下的耕地面积遥感提取方法

针对我国南方地区植被类型复杂、地形复杂和地块破碎等原因导致耕地信息提取精度较低问题,提出了一种面向对象和CART决策树结合的复杂条件下耕地面积提取方法。以广西南宁市隆安县与武鸣县地区为研究区,采用Sentinel-2A影像,结合数字高程数据（Digital Elevation Model,DEM）及归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）等多源数据,利用面向对象分割技术识别地块信息,然后以地块为单位采用CART（Classification And Regression Tree,CART）决策树分类法,依据不同地类的形状、光谱特征,提取研究区的耕地。结果表明：面向对象的CART决策树分类方法分类总体精度和Kappa系数分别为96.1%和0.94,相比较于未加入面向对象分割的CART决策树耕地信息提取总体精度提高Kappa系数提高0.54,面向对象的分割方法有利于减少复杂背景对耕地提取的影响。基于面向对象的CART决策树分类方法相比较于传统方法对研究区耕地信息的提取有较好的精确性,能够提高耕地信息的提取精度。