一种有效灌溉面积监测方法技术

本发明专利技术公开了一种有效灌溉面积监测方法，包括以下步骤：(1)利用遥感影像数据获得敏感因子，包括地表反照率(SAL)、地表温度(LST)和土壤表面含水量(SM)，判断研究区灌溉开始与结束时间，分别获取灌溉前、灌溉中和灌溉后的遥感影像，并对其选取的遥感影像进行数据的预处理；(2)利用遥感数据判断是否降雨，若降雨则要剔除降雨的影响；(3)分别获得△AL、△LST和△SM空间分布；(4)获得基于不同组合方式的有效灌溉面积空间分布；(5)根据地面数据和逻辑判断，获得区域的有效灌溉面积；(6)利用合理的空间分辨率遥感影像，获得研究区的种植结构；(7)利用研究区域的种植结构分类图，最终可得到不同作物的实际灌溉面积。

An effective irrigation area monitoring method

【技术实现步骤摘要】
一种有效灌溉面积监测方法
本专利技术涉及灌溉水管理、水资源优化和遥感
，特别是指一种有效灌溉面积监测方法。
技术介绍
我国是一个人口众多、耕地面积少的发展中国家，又是一个干旱缺水严重的国家，创造了以世界6％的可更新水资源量和9％的耕地面积养活了世界18％人口的奇迹。随着社会经济的发展，农业用水和工业城市用水之间的矛盾不断加剧，因此水资源的合理开发、高效利用和优化配置，显得越来越重要。我国灌溉面积占总耕地面积45％，有效灌溉耕地是我国粮食安全的重要保障。有效灌溉面积的监测，掌握准确的灌溉面积数据，为提高区域用水效率、合理配置水量与可持续发展具有一定的指导意义。目前有效灌溉面积的监测方法比较单一，多数仅用一个敏感因子监测，而且没有考虑到降雨对监测结果的影响，也不能提供有效灌溉面积的动态变化，灌溉面积监测精度较低。因此，为解决上述问题，本专利技术提出了一种有效灌溉面积监测方法。
技术实现思路
本专利技术提出一种有效灌溉面积监测方法，能够快速的获得实际灌溉面积，为提高区域用水效率、合理配置水量与可持续发展具有一定的指导意义。包括以下步骤：本专利技术实现专利技术目的采用如下技术方案：一种有效灌溉面积监测方法，利用多时相多源遥感资料作为数据源，利用地表反照率(SAL)、地表温度(LST)和土壤表面含水量(SM)等作为敏感因子，判断研究区灌溉开始与结束时间，判断研究区是否降雨，解决了以往研究过分依靠灌溉资料和忽略了研究区降雨影响的问题，进一步地提高了灌溉面积监测精度；一种有效灌溉面积监测方法，步骤为：步骤1，利用遥感影像数据获得敏感因子，判断研究区灌溉开始与结束时间，分别获取灌溉前、灌溉中和灌溉后的遥感影像，并对其选取的遥感影像进行数据的预处理；步骤2，利用遥感数据判断是否降雨，若降雨则要剔除降雨的影响；步骤3，分别获得△SAL、△LST和△SM空间分布；步骤4，获得基于不同组合方式的有效灌溉面积空间分布；步骤5，根据地面数据和逻辑判断，获得区域的有效灌溉面积；进一步地，所述步骤5之后还包括：步骤6，利用合理的空间分辨率遥感影像，获得研究区的种植结构；步骤7，利用研究区域的种植结构分类图，最终可得到不同作物的实际灌溉面积。进一步地，所述步骤1包括：步骤8，以时间分辨率为1天的遥感影像作为数据源，用于判断灌溉开始与结束时间。计算每日SAL、每日LST和每日SM，若△SAL＝SALi-SALi-1<0，△LST＝LSTi-LSTi-1<0和△SM＝SMi-SMi-1>0时，则判断灌溉开始，若△SAL＝SALi-SALi-1>0，△LST＝LSTi-LSTi-1>0和△SM＝SMi-SMi-1<0时，则判断灌溉结束；步骤9，根据灌溉时间，选取时间分辨率、空间分辨率和光谱分辨率适合的遥感影像，遥感影像时间选取灌溉开始之前最近时期、灌溉中时期和灌溉结束之后最近时期；步骤10，选取的遥感影像需要进行预处理过程，包括大气校正、辐射校正和几何校正等环节；步骤11，地表反照率SAL可以直接选用产品，例如MODIS有关产品；步骤12，地表温度LST可以直接选用产品，例如MODIS有关产品，也可以通过用单波段、多波段和多角度反演算法计算；步骤13，土壤表面含水量SM可以选用条件植被温度指数VTCI或温度植被干旱指数TVDI进行计算；步骤14，计算条件植被温度指数VTCI，公式如下：其中，TSNDVIimax＝a+b·INDViTSNDVIimin＝a’+b’·INDVi式中，TSNDVIimax，TSNDVIimin分别表示在研究区域内，当·INDVi值等于某一特定值时的所有像素的地表温度的最大值和最小值；TSNDVIi表示某一像素的NDVI值为·INDVi时的地表温度；a,b,a’,b’为待定系数；步骤15，温度植被干旱指数TVDI，公式如下：式中：TS是影像中任意像元对应的地表温度，分别为影像中同一NDVI值对应的最高与最低地表温度。进一步地，所述步骤2包括：步骤16，判断是否降雨，就是利用遥感数据反演可降水气，常用方法可选用近红外方法、微波方法和热红外方法；步骤17，若有降雨，则当天或该时间段的LST、SAL和SM删除，再根据雨量的大小，判断其数值的大小，是否用降雨前1天和雨晴第一天的数值的平均值替代，通过掩膜剔除降雨对灌溉面积监测的影响；进一步地，所述步骤3包括：步骤18，获得研究区灌溉后和灌溉前的地表反照率的差值△SAL空间分布，公式如下：△SAL＝△SALt2-△SALt1<0式中，△SALt1是研究区灌溉前的地表反照率，△SALt2是研究区灌溉后的地表反照率，满足条件的像元标记为1，否则对应的像元标记为0；步骤19，获得研究区灌溉后和灌溉前的地表温度的差值△LST空间分布，公式如下：△LST＝△LSTt2-△LSTt1<0式中，△LSTt1是研究区灌溉前的地表温度，△LSTt2是研究区灌溉后的地表温度，满足条件的像元标记为1，否则对应的像元标记为0；步骤20，获得研究区灌溉后和灌溉前的土壤表面含水量的差值△SM空间分布，公式如下：△SM＝△SMt2-△SMt1>0式中，△SMt1是研究区灌溉前的土壤表面含水量，△SMt2是研究区灌溉后的土壤表面含水量，满足条件的像元标记为1，否则对应的像元标记为0；进一步地，所述步骤4包括：步骤21，组合方式有以下几种：(1)既满足△SAL，又满足△SM的空间分布，标记为△SALand△SM；(2)既满足△SAL，又满足△LST的空间分布，标记为△SALand△LST；(3)既满足△LST，又满足△SM的空间分布，标记为△LSTand△SM；(4)既满足△SAL，又满足△SM、△LST的空间分布，标记为△SALand△SMand△LST；满足条件的像元标记为1，否则对应的像元标记为0；步骤22，将所有的标记为1的像元确定为灌溉面积单元，将所有的灌溉面积单元相加可获得基于不同组合的区域有效灌溉面积；进一步地，所述步骤5包括：步骤23，选用一些耕地、非耕地的地物样本作为参考点对步骤21、步骤22中的不同组合的灌溉面积进行验证，对比分析；步骤24，选择精度最好的组合方式，最终获得区域有效灌溉面积空间分布；进一步地，所述步骤6包括：步骤25，选取时相在包括灌溉时期的作物种植季期间的空间分辨率合理的遥感影像作为数据源，并对该遥感影像进行预处理，包括几何校正、辐射校正和大气校正等环节；步骤26，根据研究区作物的特点，可通过监督分类、非监督分类以及决策树分类的方法，获得研究区的作物种植结构空间分布；进一步地，所述步骤7包括：步骤27，研究区的作物种植结构空间分布与区域有效灌溉面积空间分布进行配准处理；步骤28，影像配准处理之后，再跟据作物种植结构空间分布对有效灌溉面进行掩模处理，对不同作物种类的灌溉面积进行统计，获得不同作物种类的实际灌溉面积；本专利技术的实施例具有以下有益效果：上述方案中，利用研究区域前后两天的SAL、SM和LST数据差值，作为依据，判断研究区灌溉开始与结束时间，减轻了地面观测点的工作强度；方案中还利用遥感数据对降雨进行判断，及时修正研究区有效灌溉面积数据，可进一步提高监测精度；方案中利用多时相遥感影像数据，可以监测不同时间段的灌溉面积，获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有效灌溉面积监测方法，其特征在于，包括：步骤1，利用遥感影像数据获得敏感因子，包括地表反照率(SAL)、地表温度(LST)和土壤表面含水量(SM)，判断研究区灌溉开始与结束时间，分别获取灌溉前、灌溉中和灌溉后的遥感影像，并对其选取的遥感影像进行数据的预处理；步骤2，利用遥感数据判断是否降雨，若降雨则要剔除降雨的影响；步骤3，分别获得△SAL、△LST和△SM空间分布；步骤4，获得基于不同组合方式的有效灌溉面积空间分布；步骤5，根据地面数据和逻辑判断，获得区域的有效灌溉面积；步骤6，利用合理的空间分辨率遥感影像，获得研究区的种植结构；步骤7，利用研究区域的种植结构分类图，最终可得到不同作物的实际灌溉面积。

【技术特征摘要】
1.一种有效灌溉面积监测方法，其特征在于，包括：步骤1，利用遥感影像数据获得敏感因子，包括地表反照率(SAL)、地表温度(LST)和土壤表面含水量(SM)，判断研究区灌溉开始与结束时间，分别获取灌溉前、灌溉中和灌溉后的遥感影像，并对其选取的遥感影像进行数据的预处理；步骤2，利用遥感数据判断是否降雨，若降雨则要剔除降雨的影响；步骤3，分别获得△SAL、△LST和△SM空间分布；步骤4，获得基于不同组合方式的有效灌溉面积空间分布；步骤5，根据地面数据和逻辑判断，获得区域的有效灌溉面积；步骤6，利用合理的空间分辨率遥感影像，获得研究区的种植结构；步骤7，利用研究区域的种植结构分类图，最终可得到不同作物的实际灌溉面积。2.根据权利要求1所述的一种有效灌溉面积监测方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤8，以时间分辨率为1天的遥感影像作为数据源，用于判断灌溉开始与结束时间。计算每日SAL、每日LST和每日SM，若△SAL＝SALi-SALi-1<0，△LST＝LSTi-LSTi-1<0和△SM＝SMi-SMi-1>0时，则判断灌溉开始，若△SAL＝SALi-SALi-1>0，△LST＝LSTi-LSTi-1>0和△SM＝SMi-SMi-1<0时，则判断灌溉结束；步骤9，根据灌溉时间，选取时间分辨率、空间分辨率和光谱分辨率适合的遥感影像，遥感影像时间选取灌溉开始之前最近时期、灌溉中时期和灌溉结束之后最近时期；步骤10，选取的遥感影像需要进行预处理过程，包括大气校正、辐射校正和几何校正等环节；步骤11，地表反照率SAL可以直接选用产品，例如MODIS有关产品；步骤12，地表温度LST可以直接选用产品，例如MODIS有关产品，也可以通过用单波段、多波段和多角度反演算法计算；步骤13，土壤表面含水量SM，可以选用条件植被温度指数VTCI或温度植被干旱指数TVDI进行计算；步骤14，计算条件植被温度指数VTCI，公式如下：其中，TSNDVIimax＝a+b·INDViTSNDVIimin＝a’+b’·INDVi式中，TSNDVIimax，TSNDVIimin分别表示在研究区域内，当·INDVi值等于某一特定值时的所有像素的地表温度的最大值和最小值；TSNDVIi表示某一像素的NDVI值为·INDVi时的地表温度；a,b,a’,b’为待定系数；步骤15，温度植被干旱指数TVDI，公式如下：式中：TS是影像中任意像元对应的地表温度，分别为影像中同一NDVI值对应的最高与最低地表温度。3.根据权利要求1所述的一种有效灌溉面积监测方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤16，判断是否降雨，就是利用遥感数据反演可降水气，常用方法可选用近红外方法、微波方法和热红外方法；步骤17，若有降雨，则当天或该时间段的LST、SAL和SM删除，再根据雨量的大小，判断其数值的大小，是否用降雨前...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏涛，崔杏园，崔灵芝，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34