基于RS和GIS的縣域棉花信息提取及分區(qū)管理研究——以山東省夏津縣為例.pdf

1、利用遙感技術(shù)快速、及時(shí)的監(jiān)測(cè)棉花的種植面積、長(zhǎng)勢(shì)及其空間分布，對(duì)于及時(shí)了解棉花的生產(chǎn)狀況，指導(dǎo)棉花生產(chǎn)與管理，具有極為重要的意義。棉田精確化分區(qū)管理是提高棉花生產(chǎn)管理水平及我國(guó)數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展的客觀需求。
　　 本文以山東省夏津縣為研究區(qū)，選取2009和2011年棉花生長(zhǎng)期內(nèi)5個(gè)不同時(shí)相的HJ1B衛(wèi)星遙感影像，通過(guò)物候歷分析和主要農(nóng)作物的光譜特征分析，確定棉花識(shí)別最佳時(shí)相。選取棉花識(shí)別最佳時(shí)相的HJ1B衛(wèi)星遙感影像，結(jié)合光譜特征值和

2、植被指數(shù)，建立決策樹提取模型，獲取棉花種植區(qū)信息。建立棉花長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)模型，分析棉花長(zhǎng)勢(shì)動(dòng)態(tài)變化。將棉花花鈴期遙感影像特征光譜指數(shù)與實(shí)測(cè)的5種主要土壤養(yǎng)分有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀結(jié)合，運(yùn)用相關(guān)分析、主成分分析和K均值聚類分析方法，劃分棉田管理區(qū)，并對(duì)分區(qū)結(jié)果的合理性進(jìn)行差異顯著性評(píng)價(jià)分析。研究的主要結(jié)論有：
　　 (1)對(duì)夏津縣主要農(nóng)作物進(jìn)行物候歷分析，結(jié)合遙感影像各地類光譜特征分析，確定棉花種植區(qū)遙感識(shí)別的最佳時(shí)相。結(jié)

3、果顯示：山東省夏津縣棉花種植區(qū)提取的最佳時(shí)相為6月下旬到7月上旬即蕾期。
　　 (2)利用2009年7月1日HJ1B和2011年6月28日HJ1B衛(wèi)星遙感影像，經(jīng)輻射校正、幾何精校正和圖像掩膜等預(yù)處理，選擇訓(xùn)練樣區(qū)，評(píng)價(jià)訓(xùn)練樣區(qū)的可分離性，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的各地類的光譜特征值和提取的歸一化植被指數(shù)建立決策樹分類模型，對(duì)遙感影像進(jìn)行分類。結(jié)果顯示：建立的分類模型比較準(zhǔn)確，棉花的空間分類精度達(dá)到了95％，2009年和2011年的棉花種植面積

4、提取精度分別為93.81%和92.86%，夏津縣土地利用類型總體分類精度達(dá)到了93%，kappa系數(shù)為0.91。2009年棉花種植面積為39700hm2，2011年比2009年棉花種植面積減少了5900hm2，減幅為13.8%。
　　 (3)利用2009年7月1日，8月7日，8月30日和9月20日的HJ1B衛(wèi)星遙感影像，經(jīng)預(yù)處理后，計(jì)算棉花種植區(qū)優(yōu)化土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)(OSAVI)。結(jié)果顯示：優(yōu)化土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)(OSAVI)能夠

5、較好的反映棉花的長(zhǎng)勢(shì)信息，隨著棉花的生長(zhǎng)進(jìn)程，OSAVI發(fā)生有規(guī)律的變化。7月1日其平均值為0.618，8月7日達(dá)0.834，8月30日為0.792，9月20日降到0.579。棉花在七月初到八月上旬處于旺盛生長(zhǎng)的階段，棉花進(jìn)入花鈴期后，長(zhǎng)勢(shì)總體趨于穩(wěn)定。七月上旬棉花處于蕾期，部分棉花由于苗情不好，生長(zhǎng)較慢，長(zhǎng)勢(shì)較差的比例相比后期偏高。八月中下旬以后棉花生長(zhǎng)速度減慢，九月中、下旬棉花處于吐絮期，原來(lái)長(zhǎng)勢(shì)較好的棉花進(jìn)入吐絮期較早，OSAVI

6、值急速下降，長(zhǎng)勢(shì)較好的比例減少。
　　 (4)利用普通克里格插值法將GPS采樣點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)插值為柵格的土壤養(yǎng)分空間分布圖。對(duì)反映棉花長(zhǎng)勢(shì)信息的優(yōu)化土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)(OSAVI)與土壤養(yǎng)分進(jìn)行相關(guān)性分析，利用主成分分析法獲取管理分區(qū)指標(biāo)，采用K均值聚類算法進(jìn)行嘗試性反復(fù)快速聚類，通過(guò)F統(tǒng)計(jì)量和單因素方差分析結(jié)果綜合確定合理分區(qū)數(shù)目，將研究區(qū)棉田劃分為3個(gè)管理區(qū)。結(jié)果顯示：OSAVI與各土壤養(yǎng)分具有顯著相關(guān)性，管理一區(qū)占總棉田面積的2

7、4.67%，土壤有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀含量最高，棉花長(zhǎng)勢(shì)旺盛；管理二區(qū)占47.02%，土壤養(yǎng)分含量中等，棉花長(zhǎng)勢(shì)一般；管理三區(qū)占28.31%，土壤肥力最低，棉花長(zhǎng)勢(shì)較差。整個(gè)研究區(qū)被分區(qū)后，各管理分區(qū)內(nèi)養(yǎng)分含量和棉花長(zhǎng)勢(shì)空間差異較小，而管理分區(qū)間差異顯著，顯示了分區(qū)的合理性，適宜在同一管理區(qū)采用相同的栽培管理措施。
　　 本研究為山東省小尺度棉花遙感信息提取提供了準(zhǔn)確簡(jiǎn)便的方法，為實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的棉花栽培管理與決策提供了科學(xué)依據(jù)，對(duì)科學(xué)指導(dǎo)棉