省域冬小麥種植面積遙感本底調(diào)查方法
——以安徽省冬小麥遙感本底調(diào)查為例

婁 徑，解華明

(1.安徽省經(jīng)濟(jì)研究院，安徽合肥 230001；2.安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽合肥 230601)

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省域冬小麥種植面積遙感本底調(diào)查方法
——以安徽省冬小麥遙感本底調(diào)查為例

婁 徑1，解華明2

(1.安徽省經(jīng)濟(jì)研究院，安徽合肥 230001；2.安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽合肥 230601)

遙感技術(shù)目前在農(nóng)業(yè)方面得到了廣泛的應(yīng)用，冬小麥作為我國重要糧食作物，農(nóng)業(yè)部先后2次在全國范圍內(nèi)組織開展了冬小麥遙感本底調(diào)查工作。該研究介紹了2015年安徽省冬小麥遙感本底調(diào)查的遙感數(shù)據(jù)選擇、數(shù)據(jù)預(yù)處理、解譯方法，并對調(diào)查結(jié)果進(jìn)行了分析，總結(jié)了省域冬小麥種植面積遙感本底調(diào)查方法和經(jīng)驗(yàn)。

冬小麥；遙感；種植面積；本底調(diào)查

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面得到了廣泛的應(yīng)用[1-6]。冬小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食作物，其面積是農(nóng)情信息的主要內(nèi)容之一，準(zhǔn)確地監(jiān)測冬小麥的播種面積和產(chǎn)量，對于政府決策部門及時(shí)掌握冬小麥生產(chǎn)情況，制定合理的對策具有重要意義。2009、2015年農(nóng)業(yè)部分別組織開展了2次遙感本底調(diào)查工作。筆者介紹了2015年安徽省冬小麥遙感本底調(diào)查的遙感數(shù)據(jù)選擇、數(shù)據(jù)預(yù)處理、解譯方法，并對調(diào)查結(jié)果進(jìn)行了分析，為省域冬小麥種植面積遙感本底調(diào)查提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1　數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1.1.1確定最佳遙感觀測時(shí)間。安徽省冬小麥主要生育期如表 1所示，可以看出安徽省小麥種植情況的最佳遙感觀測時(shí)間為3月～5月上旬。

表1　安徽省冬小麥主要生育期進(jìn)程

1.1.2確定影像空間分辨率要求。冬小麥種植面積遙感調(diào)查最佳影像分辨率確定的依據(jù)主要有以下3點(diǎn)。

(1)解譯精度要求。解譯精度要求越高，則影像分辨率要求越高，但是影像精度高了，解譯的工作量也就變大，調(diào)查時(shí)間相應(yīng)增加。因此，需要在解譯精度和解譯工作量、調(diào)查時(shí)間之間取個(gè)平衡值。

(2)種植區(qū)地形條件。地形平坦地區(qū)，田塊面積較大，機(jī)械化作業(yè)條件好，作物一般連片種植，較低空間分辨率影像即可達(dá)到較高解譯精度；在丘陵和山地地區(qū)，地塊面積較小，需要較高空間分辨率影像才能有效識別農(nóng)作物。

(3)影像獲取成本。農(nóng)作物種植面積調(diào)查覆蓋面積大，遙感影像采購成本是重要決定因素，一般優(yōu)先采用免費(fèi)、國產(chǎn)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

綜合考慮上述3個(gè)依據(jù)，皖北地區(qū)最佳分辨率為15～16 m，皖南地區(qū)5～10 m。

1.1.3確定影像時(shí)間分辨率要求。根據(jù)冬小麥3～5月上旬最佳遙感觀測期，衛(wèi)星應(yīng)有足夠多的重訪周期，確保在這期間有一至兩景無云影像。一般情況下，衛(wèi)星重訪周期小于20 d有較多可能獲取到合格影像。

1.1.4遙感影像數(shù)據(jù)定購。根據(jù)影像空間分辨率、時(shí)間分辨率的要求，此次調(diào)查主要采用2015年3月、4月的國產(chǎn)GF-1 WFV傳感器16 m影像25景，安徽省各縣解譯使用影像時(shí)間分布見圖1。鑒于難以獲取5～10 m空間分辨率免費(fèi)遙感影像數(shù)據(jù)，因此皖南地區(qū)也采用該分辨率遙感影像。

圖1　安徽省各縣解譯使用的影像時(shí)間分布Fig.1　Image time of interpretation in each county in Anhui Province

1.2數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.2.1幾何校正。先利用GF-1 WFV傳感器自帶的rpb文件中的控制點(diǎn)和全球分辨率7.5 s(約200 m)DEM數(shù)據(jù)對影像進(jìn)行正射校正，再以美國地質(zhì)調(diào)查局下載的Landsat8衛(wèi)星15 m分辨率全色波段(第8波段)影像為取控制點(diǎn)源影像，將正射校正后影像進(jìn)行進(jìn)一步修正。最后將校正后影像從WGS84大地坐標(biāo) UTM投影轉(zhuǎn)換為WGS84大地坐標(biāo)Albers等面積投影。

1.2.2圖像剪裁。以安徽省分縣行政界線為基礎(chǔ)，按縣域邊界對遙感圖像進(jìn)行剪裁。同一地區(qū)可能有多景影像可以使用，圖像選取時(shí)優(yōu)先使用4月份無云圖像。如無4月份影像，則依次選擇3月份無云影像、5月份無云影像。根據(jù)影像選優(yōu)結(jié)果，制作影像裁剪框，利用裁剪框按縣對所有對應(yīng)的校正后的圖像分別進(jìn)行裁剪，形成全省全覆蓋遙感影像(圖2)。

圖2　按行政區(qū)裁剪后的安徽省全覆蓋遙感影像Fig.2　Full coverage of remote sensing images of Anhui Province after cutting by administrative region

1.3遙感解譯方法

1.3.1建立解譯標(biāo)志。GF-1 WFV影像數(shù)據(jù)1、2、3、4波段分別是藍(lán)、綠、紅和近紅外波段，使用對植被特征反映較好的標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成影像來目視判讀識別冬小麥。由于圖像成像光照條件不同、區(qū)域環(huán)境背景差異等，同樣是小麥地塊，在影像色調(diào)有一定的差異。對野外獲得的解譯標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行了梳理，從解譯標(biāo)志點(diǎn)的代表性及區(qū)域布點(diǎn)的均衡性兩方面考慮，共選取了60個(gè)小麥標(biāo)志點(diǎn)，在解譯過程中對比參考。為便于對小麥解譯標(biāo)志的總體把握，對小麥影像基本特征進(jìn)行描述，建立如圖3所示的解譯標(biāo)志。

圖3　小麥影像解譯標(biāo)志Fig.3　Image interpretation mark of wheat

1.3.2影像解譯。

(1)建立分類模板。根據(jù)解譯縣地形特點(diǎn)，對影像按地形和種植特點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步裁剪，然后再對每個(gè)小塊進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動分類。因?yàn)槭芨鞣N內(nèi)、外在因素影響(天氣、灌溉條件、種植時(shí)間)，不同地點(diǎn)小麥的光譜差異較大，將遙感圖像切割成小塊再進(jìn)行分類，可以根據(jù)切割成小塊區(qū)域的圖像特征建立分類模板，這樣分類模板更貼近各區(qū)域?qū)嶋H，分類精度更高。

(2)監(jiān)督分類。利用ERDAS Imagine軟件進(jìn)行最大似然法監(jiān)督分類，得到分類后的柵格圖像。

(3)去碎點(diǎn)。分類結(jié)果的柵格圖像中有大量的小于2個(gè)像元的區(qū)域，根據(jù)最小上圖圖斑原則，可以進(jìn)行去碎點(diǎn)處理。

(4)分類結(jié)果轉(zhuǎn)矢量。分類結(jié)果是柵格圖像，需要將其轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)后進(jìn)行目視解譯。利用ArcGIS的“刪格轉(zhuǎn)面”功能將分類柵格結(jié)果轉(zhuǎn)化shape矢量格式。

(5)人工目視解譯修正小麥種植區(qū)矢量數(shù)據(jù)。利用ArcMap的Editor模塊對自動分類結(jié)果不準(zhǔn)確的地方進(jìn)行目視解譯修改，得到如圖4所示的矢量文件。

圖4　小麥種植區(qū)與線狀地物解譯結(jié)果示例Fig.4　Interpretation results of wheat growing areas and line features

2　結(jié)果與分析

2015安徽省冬小麥種植面積遙感解譯結(jié)果見表2。根據(jù)全省冬小麥種植區(qū)解譯結(jié)果，繪制2015年安徽省冬小麥種植區(qū)分布圖(圖5)。

2015年安徽全省冬小麥種植面積3 020 051.06 hm2，約占全省耕地總面積的26%。與2009年調(diào)查的全省冬小麥種植面積相比，冬小麥種植面積總體擴(kuò)大約10%，主要原因是安徽中南部地區(qū)近幾年受農(nóng)作物種植效益、土地流轉(zhuǎn)等因素影響，減少了原有的油菜、雙季稻種植，擴(kuò)大了冬小麥種植面積。

表22015年安徽省冬小麥種植面積遙感解譯結(jié)果

Table 2Remote sensing interpretation of winter wheat planting area in Anhui Province in 2015

hm2

圖5　2015年安徽省冬小麥種植區(qū)分布Fig.5　The distribution of winter wheat planting area in Anhui Province in 2015

從圖5中可以看出，2015年安徽省冬小麥種植主要分布在六安—合肥—滁州一線以北地區(qū)，其他地區(qū)小麥種植面積相對較少。亳州地區(qū)、阜陽地區(qū)、宿州地區(qū)、蚌埠地區(qū)是安徽省冬小麥主產(chǎn)區(qū)，種植面積占耕地面積百分比大，約占到40%～60%。江淮之間地區(qū)壽縣、定遠(yuǎn)、來安、天長4縣(市)

種植相對較多，約占到耕地面積的20%～50%，江淮之間其他地區(qū)和長江以南種植較少，但近年來有不斷擴(kuò)大的趨勢。

3　結(jié)論

以2005年安徽省冬小麥遙感本底調(diào)查為例，對省域冬小麥種植面積遙感本底調(diào)查的方法和結(jié)果進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論。

(1)安徽省冬小麥種植最佳遙感觀測時(shí)間為3月至5月上旬，遙感影像最佳空間分辨率皖北地區(qū)為15～16 m，皖南地區(qū)為5～10 m。

(2)基于遙感技術(shù)進(jìn)行大面積、業(yè)務(wù)化冬小麥種植面積遙感本底調(diào)查在技術(shù)方法完全可行，調(diào)查結(jié)果可信。

(3)2015年安徽全省冬小麥種植面積約3 020 051.06 hm2，約占全省耕地總面積的26%。與2009年調(diào)查的全省冬小麥種植面積相比，冬小麥種植面積總體擴(kuò)大了約10%。

[1] 陸忠軍.多源遙感數(shù)據(jù)在黑龍江水稻種植面積本底調(diào)查中的應(yīng)用[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009(6)：134-136.

[2] 趙麗花，李衛(wèi)國，杜培軍.基于多時(shí)相HJ衛(wèi)星的冬小麥面積提取[J].遙感信息，2011(2)：41-45.

[3] 王來剛，鄭國清，陳懷亮，等.基于HJ-CCD影像的河南省冬小麥種植面積變化全覆蓋監(jiān)測[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2011，32(2)：58-62，67.

[4] 權(quán)文婷，王釗.冬小麥種植面積遙感提取方法研究[J].國土資源遙感，2013，25(4)：8-15.

[5] 潘學(xué)鵬，李改欣，劉峰貴，等.華北平原冬小麥面積遙感提取及時(shí)空變化研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015(4)：497-505.

[6] 王利民，劉佳，楊福剛，等.基于GF-1衛(wèi)星遙感的冬小麥面積早期識別[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015(11)：194-201.

Remote Sensing Background Investigation of Winter Wheat Planting Area in Provincial Region—A Case Study in Anhui Province

LOU Jing1, XIE Hua-ming2

(1. Anhui Economic Research Institute, Hefei, Anhui 230001; 2. School of Environment and Energy Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei, Anhui 230601)

Remote sensing technology in agriculture has been widely used at present. Ministry of Agriculture has twice organized a remote sensing background investigation of winter wheat planting area in the nationwide, which is an important food crop in China. Remote sensing background investigation method of winter wheat planting area in Anhui Province in 2015 was introduced, including image selection, data preprocessing and interpretation, the survey results were analyzed, remote sensing background investigation methods and experience of winter wheat planting area in provincial region were summarized.

Winter wheat; Remote sensing; Planting area; Background investigation

農(nóng)業(yè)部遙感應(yīng)用中心2015年冬小麥種植面積本底調(diào)查項(xiàng)目。

婁徑(1972- )，男，安徽合肥人，副研究員，從事遙感、資源環(huán)境區(qū)劃與管理研究。

2016-05-13

S 127

A

0517-6611(2016)17-269-03