一种基于MODIS地表温度日较差的灌区灌溉面积提取阈值确定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于MODIS地表温度日较差的灌区灌溉面积提取阈值确定方法，包括：研究区地表温度信息的获取、降雨数据的剔除、地表温度日较差曲线图的绘制、多角度结果分析，进而利用阈值率定判断是否发生灌溉，最终确定罐区灌溉面积的监测。本发明专利技术所述方法以遥感方法为技术支撑，采用MODIS遥感数据源，结合研究区物候、气象、灌水量等资料，以地表温度方法为技术手段，获取灌区灌溉面积时空信息。可通过实时有效的动态监测，定量掌握灌溉用水的去向，对灌溉用水的合理分配、调度和管理，提供数据支撑。支撑。支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MODIS地表温度日较差的灌区灌溉面积提取阈值确定方法


[0001]本专利技术属于灌溉水管理领域，特别涉及一种基于MODIS地表温度日较差的灌区灌溉面积提取阈值确定方法。

技术介绍

[0002]灌溉用水量是世界淡水资源最大的消耗去向，约占世界用水总量的75％，但其利用全球约17％的耕地生产出的粮食占全球粮食总产量的40％左右。而我国利用全球7％的耕地养活了22％的世界人口，其中主要的功劳在于灌溉。根据水利部20世纪80年代初对于全国灌溉耕地与雨养耕地的粮食产量调查分析，灌溉耕地的粮食产量一般比雨养耕地的粮食产量高出1
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3倍，尤其是对于干旱以及半干旱地区效果更加明显。所以，灌溉对于提高粮食产量具有重要意义。而灌溉面积的监测是灌区管理的重要环节，是获取灌区灌溉信息的重要来源。准确掌握灌溉面积、空间分布及其变化信息对灌区作物结构调整、灌溉信息化和管理、水资源优化配置、干旱监测和应急减灾均具有重要意义。大范围灌溉面积遥感监测使我们能够及时了解灌区的灌溉情况和干旱情势，为管理部门决策提供数据支持。
[0003]目前，获取灌溉面积的传统方法主要是通过灌溉用户上报，灌区工作人员记录整理的方式或利用灌溉用水量除以每亩所需水量的经验值的方式获得。但这两种方法不仅需要耗费大量的人力、物力、时间，而且会因漏记错记等问题造成获得的灌溉面积相关信息不准确，同时也不能获得较为准确的灌溉面积的空间分布情况，所以不能为灌区在水资源管理方面提供更为科学、准确的数据。此外，灌溉面积最直观的监测指标就是土壤含水量。如果耕地的土壤含水量骤增，则说明土壤发生了水的补给，即灌溉或降水。传统获取土壤含水量的方法有很多，如烘干称重法、电阻法、中子仪法、TDR测量法等，但这些方法只能获取某一点的不同土层深度的土壤含水量，不具有代表性，不仅费时、费力，还不能获取较大范围的土壤含水量信息。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种基于MODIS地表温度日较差的灌区灌溉面积提取阈值确定方法，以遥感方法为技术支撑，采用MODIS遥感数据源，结合研究区物候、气象、灌水量等资料，以地表温度方法为技术手段，获取灌区灌溉面积时空信息。可通过实时有效的动态监测，定量掌握灌溉用水的去向，对灌溉用水的合理分配、调度和管理，提供数据支撑。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：
[0006]一种基于MODIS地表温度日较差的灌区灌溉面积提取阈值确定方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，研究区地表温度信息的获取：
[0008]根据研究区选定研究作物的生育期，选用对应研究作物灌溉期间的遥感卫星
MODIS地表温度数据，利用MRT工具对MODIS地表温度数据进行第1通道与第5通道波段的提取，提取后的数据再经过包括重投影、镶嵌、重采样、裁剪在内的预处理；
[0009]所述MODIS地表温度数据进行第1通道、第5通道的数据分别对应一天中最高的地表温度(Tmax)和最低地表温度(Tmin)；
[0010]步骤2，降雨数据的剔除：
[0011]获取步骤1选定的研究作物灌溉期内的历史气象数据，利用所述历史气象数据对步骤1获取的数据进行剔除处理；
[0012]首先，剔除降水当天和降水后第1天的数据，降水后第2天至第5天的数据依据不同情况进行判定，是否剔除；
[0013]步骤3，地表温度日较差曲线图的绘制：
[0014]基于经上述步骤1、2处理后的数据，计算地表温度日较差，并绘制地表温度日较差曲线图；
[0015]所述地表温度日较差定义为一天中最高的地表温度(Tmax)和最低地表温度(Tmin)之间的差值，即MODIS第1通道数据与第5通道数据的差值；
[0016]步骤4，多角度结果分析：
[0017]分别从空间、时间不同角度，对步骤3绘制的地表温度日较差曲线图进行分析，具体的：
[0018]从空间角度，进行单景影像空间分布分析：从不同像元间的空间温度差异判断像元是否发生灌溉；
[0019]从时间角度，进行一段时间多景影像纵向分析，根据发生灌溉后地表温度日较差曲线是否出现“先降低、后升高，最后趋于稳定”的变化趋势，判断发生灌溉的时间段；
[0020]步骤5，利用阈值率定判断是否发生灌溉：
[0021]首先，根据研究区选定研究作物的灌溉期气温变化特征和研究作物的物候特征(植被生长阶段、覆盖度变化等)，将灌溉期划分为若干时间段；
[0022]其次，结合步骤4获得的空间、时间趋势分析结果，利用步骤2所述历史气象数据，共同率定阈值
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Ts，从而判断是否发生灌溉，并通过地表温度日较差变化曲线图率定不同时段的阈值，当地表温度日较差小于
△
Ts时则认为发生了灌溉；
[0023]所述阈值为地表温度日较差曲线中经历先降低后升高的最低值。
[0024]进一步的，步骤1中所述研究作物为水稻，选用每年5月～9月水稻灌溉期间的遥感卫星MODIS地表温度数据。
[0025]进一步的，步骤2中所述历史气象数据包括：日最高气温、日最低气温、气温日较差，从中国气象局数据网获取。
[0026]进一步的，步骤2中采用决策树方法进行降雨数据剔除，对降水后第2天至第5天的数据处理方法具体为：
[0027]若降水后第1天没有显示灌溉，而降水后第2天或以后几天显示灌溉，则说明未受降水影响，不需要进行剔除；
[0028]若降水后第1天显示灌溉，降水后第2天至第5天内显示灌溉且地表温度日较差逐渐变大，则说明受降水影响，需要进行剔除。
[0029]本专利技术的优点和有益效果是：
[0030]1、本专利技术所述基于MODIS地表温度日较差的灌区灌溉面积提取阈值确定方法，采用MODIS遥感数据源，结合研究区物候、气象、灌水量等资料，以地表温度方法为技术手段，获取灌区灌溉面积时空信息。可通过实时有效的动态监测，定量掌握灌溉用水的去向，对灌溉用水的合理分配、调度和管理，提供数据支撑；
[0031]2、本专利技术基于MODIS卫星遥感数据，利用地表温度日较差等技术方法，建立基于遥感技术的多尺度的实际灌溉面积获取技术方案，制作研究区不同空间尺度的实际灌溉面积数据产品。
附图说明
[0032]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0033]图1是典型地物表面温度日变化曲线图；
[0034]图2是实施例步骤2剔除受降水影响数据的决策树分类图；
[0035]图3是实施例监测期间某日的地表温度日较差曲线图；
[0036]图4～8分别是2016
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2020年灌溉强度和灌溉面积空间分布图；
[0037]图9是实施例精度验证部分样本点分布图；
[0038]图10是实施例精度验证部分IWMI灌溉面积提取结果样本点分布图；
[0039]图11是实施例精度验证部分基于地表温度日较差方法的提取结果与国外数据对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MODIS地表温度日较差的灌区灌溉面积提取阈值确定方法，其特征在于，所述提取阈值确定方法包括以下步骤：步骤1，研究区地表温度信息的获取：根据研究区选定研究作物的生育期，选用对应研究作物灌溉期间的遥感卫星MODIS地表温度数据，利用MRT工具对MODIS地表温度数据进行第1通道与第5通道波段的提取，提取后的数据再经过包括重投影、镶嵌、重采样、裁剪在内的预处理；所述MODIS地表温度数据进行第1通道、第5通道的数据分别对应一天中最高的地表温度(Tmax)和最低地表温度(Tmin)；步骤2，降雨数据的剔除：获取步骤1选定的研究作物灌溉期内的历史气象数据，利用所述历史气象数据对步骤1获取的数据进行剔除处理；首先，剔除降水当天和降水后第1天的数据，降水后第2天至第5天的数据依据不同情况进行判定，是否剔除；步骤3，地表温度日较差曲线图的绘制：基于经上述步骤1、2处理后的数据，计算地表温度日较差，并绘制地表温度日较差曲线图；所述地表温度日较差定义为一天中最高的地表温度(Tmax)和最低地表温度(Tmin)之间的差值，即MODIS第1通道数据与第5通道数据的差值；步骤4，多角度结果分析：分别从空间、时间不同角度，对步骤3绘制的地表温度日较差曲线图进行分析，具体的：从空间角度，进行单景影像空间分布分析：从不同像元间的空间温度差异判断像元是否发生灌溉；从时间角度，进行一段时间多景影像纵向分析，根据发生灌溉后地表温度日较差曲线是否出现“先降低、后升高，最后趋于稳定”的变...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文龙，仝道斌，刘军，卢奕竹，林胜杰，叶茂，陈敏，余琅，刘宏洁，赵冠亮，
申请(专利权)人：宿迁市宿城区水利局，
类型：发明
国别省市：