基于MODIS波譜分析的作物信息提取研究.pdf

1、作物信息遙感提取是遙感技術在農業(yè)領域應用的重要內容。遙感技術作為地球信息科學的前沿技術，可以在短期內連續(xù)獲取大范圍的地面信息，實現(xiàn)農業(yè)信息的快速收集和定量分析，反應迅速，客觀性強，是目前最為有效的對地觀測技術和信息獲取手段。尤其近年來新的高空間分辨率、高光譜、雷達等遙感技術的發(fā)展，為農業(yè)現(xiàn)代化管理提供了新的機遇。 我國幅員遼闊，作物種類豐富，如何及時、客觀、準確地收集我國作物信息，對科學指導農業(yè)發(fā)展具有重要的意義。我國從20世紀

2、80年代起開始開展農業(yè)遙感監(jiān)測工作，在農作物遙感估產方面已取得了長足的進步。但在過去的二十幾年中，大尺度農作物信息提取多以NOAA/AVHRR數(shù)據為基礎。由于NOAA/AVHRR本身不是為土地覆蓋和植被研究所設計的，受其本身數(shù)據特性的局限，其監(jiān)測精度有待進一步提高。 Terra/MODIS是一種新型和重要的衛(wèi)星遙感器，其數(shù)據性能有了很大改善，空間分辨率為1000m，500m，250m，在波譜0.4-14.5μm范圍內有36個波段

3、，覆蓋了可見光、近紅外和短波紅外波段，而且波段均較窄，加上其每天一次對地區(qū)覆蓋的高時間分辨率，MODIS的發(fā)射為大尺度作物遙感監(jiān)測和估產提供了新的機遇。 本論文以MODIS數(shù)據為主要信息源，以農作物的波譜特性和生物學特性機理為基礎，開展利用MODIS數(shù)據的高光譜多時相及免費獲取的優(yōu)勢，進行大尺度農情遙感監(jiān)測研究，發(fā)展了適用的模型和算法，實現(xiàn)大尺度主要作物類型信息的遙感提取和產量遙感估算，提高了農作物遙感定量精度，同時探討建立基于

4、MODIS數(shù)據的全球重點地區(qū)主要農作物遙感監(jiān)測技術與方法。 論文主要創(chuàng)新點和主要研究成果如下：(1)基于MODIS數(shù)據的特征波段選取與時相選擇基于農學知識，結合MODIS數(shù)據的具體特點和農業(yè)工程的實際應用，根據作物的波譜特性和生物學特性，對MODIS的7個對地觀測光學波段進行波譜信息分析，選取了Red、Blue、NIR、ESWIR四個特征波段及NDVI、EVI、LSWI三個特征指數(shù)作為作物信息提取的特征參量，并根據研究區(qū)作物物候

5、歷特征，通過對比分析不同時相的MODIS圖像對主要農作物信息的反映特點，確定了9個時相的MODIS數(shù)據作為研究區(qū)主要作物信息提取的最佳遙感時相。為該地區(qū)農業(yè)應用中衛(wèi)星特征波段選取和時相選擇提供依據，達到利用有限的遙感數(shù)據聚集最大量的農業(yè)信息。 (2)基于MODIS波譜特性的主要農作物類型信息提取從我國大尺度作物監(jiān)測需求出發(fā)，以華北地區(qū)主要農作物類型(冬小麥、玉米、水稻、棉花、大豆)遙感提取為例，研究利用Terra/MODIS數(shù)據

6、相對于NOAA/AVHRR數(shù)據具有的光譜和空間分辨率優(yōu)勢，建立了基于MODIS遙感影像全覆蓋的大尺度作物類型信息提取方法：基于模糊ARTMAP的夏季作物類型提取(冬小麥)和基于分層決策樹的秋季作物類型提取(春玉米、夏玉米、水稻、棉花、大豆)，從而實現(xiàn)了主要農作物類型的遙感自動提取，為農業(yè)決策部門提供信息服務。 (3)基于MODISTVA/ETVA的作物產量遙感估算模型的構建研究利用MODISNDVI/EVI-Ts空間構建的兩種新

7、型指數(shù)溫度植被角度(TVA)和增強型溫度植被角度(ETVA)與作物產量的關系。以河北省石家莊和邢臺地區(qū)冬小麥產量為試驗，建立了基于MODISTVA/ETVA的冬小麥產量遙感估算模型。實踐證明，MODISTVA/ETVA是綜合了MODIS光學反射和輻射信息而構成的一個指標，能很好地反映作物的產量信息。尤其是MODISETVA，能大大地提高作物產量預測的準確性，為作物產量遙感預測提供了一種新的思路和方法。 (4)全球重點地區(qū)主要農作

8、物遙感監(jiān)測技術與方法為了提高全球作物監(jiān)測的準確性及時效性，研究利用MODIS數(shù)據建立全球重點地區(qū)主要農作物遙感監(jiān)測技術與方法。以美國冬小麥的遙感監(jiān)測為例，建立了基于MODISEVI的冬小麥長勢監(jiān)測模型和產量預測模型。研究表明，MODISEVI是對NDVI的繼承和改進，優(yōu)化了植被信息，能更好地反映作物的生長狀況，更有利于提高作物估產的精度。因此，開展基于MODIS數(shù)據的全球作物遙感監(jiān)測研究，為未來實現(xiàn)全球重點地區(qū)農作物長勢監(jiān)測和產量預測提