一种基于冬小麦种植制度利用中分辨率卫星数据提取黄淮平原区冬小麦种植面积的方法技术

本发明专利技术提供一种基于冬小麦种植制度利用中分辨率卫星数据提取黄淮平原区冬小麦种植面积的方法，按以下步骤进行：数据获取、机播冬小麦种植面积提取、稻茬麦种植面积提取、将两种种植模式下冬小麦面积合并，获得冬小麦种植面积。本发明专利技术的优势在于：本发明专利技术利用免费的中等空间分辨率、高等时间分辨率的MODIS影像，解决了冬小麦提取过程中大蒜、温室蔬菜的干扰问题，在12月中下旬即可提取获得冬小麦种植面积的数据，比利用拔节期冬小麦NDVI值的方法获取结果提前4个月，且精度超过90%，能够满足大区域内数据获取的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于冬小麦种植制度利用中分辨率卫星数据(M0DIS数据)提取黄淮平原区冬小麦种植面积的方法，属于卫星遥感农业

技术介绍
遥感技术以其获取数据客观、准确、及时等特点成为农业资源调查、农作物长势监测的工具。利用遥感技术获取冬小麦种植面积可以节约人力物力的投入，提高数据的准确性。 冬小麦面积提取的关键是数据源及时相的选择。20世纪90年代利用美国国家海洋和大气管理局的第三代实用气象观测卫星(Ν0ΑΑ卫星)，求得冬小麦种植面积。由于我国人多地少、种植结构复杂，NOAA空间分辨率相对较低，导致了冬小麦种植面积提取精度不高。进入21世纪，随着粮食战略地位的提高，部分地区采用了空间分辨率较高的专题制图仪数据(TM数据)、法国的地球观测卫星(SPOT卫星)数据提取冬小麦种植面积。提取方法有目视解译、监督分类、非监督分类和基于波谱库的纯像元识别。虽然影像空间分辨率的提高及影像处理技术的改善使得冬小麦种植面积提取精度达到了 90%以上，但是由于影像时间分辨率低，受天气影响较大，而且费用较高，只能在较小范围应用，不适于大范围的冬小麦种植面积调查。与Ν0ΑΑ、TM相比，MODIS数据具有较高的时间分辨率，中等的空间分辨率。利用 MODIS数据提取冬小麦种植面积，主要采用多时相比较的方法，提取时间最早在4月拔节期，提取精度随着提取时间的推迟、所获信息量的增加而增高。根据冬小麦的种植、生长情况，探讨一种精度较高的、在生育前期即可获取种植面积的方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于冬小麦种植制度利用中分辨率卫星数据(M0DIS数据)提取黄淮平原区冬小麦种植面积的方法，以实现在冬小麦生育前期即可大范围高精度的获取冬小麦种植面积，为黄淮平原区冬小麦农业资源调查、农作物长势监测提供准确的决策依据。术语解释MODIS数据中分辨率成像光谱仪数据。MODIS全称Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer。NOAA卫星美国国家海洋和大气管理局第三代实用气象观测卫星。NOAA全称 National Oceanic and Atmospheric Administration，即美国国家海洋和大气管理局。TM数据专题制图仪数据。TM全称Thematic Mapper，即专题制图仪。SPOT卫星是法国空间研究中心(CNES)研制的一种地球观测卫星系统。SPOT系法文 Systeme Probatoired’ Observation dela Tarre 的缩写，即地球观测系统。冬小麦种植制度冬小麦主产区中冬小麦与前后巷作物的种植结构和组合方式。 黄淮平原冬小麦种植区是中国的主要产麦区。全区年积温4000 5000°C，年降水量500 1000毫米，热量资源可满足小麦、玉米或小麦、水稻两熟需要。种植制度包括机播冬小麦一玉米和人工撒播冬小麦一水稻两种，即
技术实现思路
中所提到的两种种植制度，两种种植制度下的小麦分别简称机播冬小麦、稻巷麦。MYD09Q1数据由MODIS数据加工获得的250m地表反射率8天合成产品。NDVI值归一化植被指数，又称标准化植被指数，全称Normalized Difference Vegetation Index, Index,它是植物生长状态以及植被空间分布密度的最佳指示因子， 与植被分布密度呈线性相关。归一化植被指数(NDVI)是近红外与红色通道反射率比值 (SR=NIR/RED)的一种变换形式，NDVI= (NIR-R) / (NIR+R)。 ENVI软件是一个完整的遥感图像处理平台，其软件处理技术覆盖了图像数据的输入/输出、图像定标、图像增强、纠正、正射校正、镶嵌、数据融合以及各种变换、信息提取、图像分类、基于知识的决策树分类、与GIS的整合、DEM及地形信息提取、雷达数据处理、 三维立体显示分析。ArcGIS软件是一个用于构建集中管理、支持多用户的企业级GIS应用的平台。 ArcGIS Server提供了丰富的GIS功能，例如地图、定位器和用在中央服务器应用中的软件对象。亚尔勃斯(Albers)投影又名“正轴等积割圆锥投影”，“双标准纬线等积圆锥投影”。圆锥投影的一种。为阿伯斯(Albers)拟定，故名。纬线为同心圆弧，经线为圆的半径， 经线夹角与相应的经差成正比。两条割纬线投影后无任何变形。投影区域面积保持与实地相等。本专利技术的技术方案如下，包括利用计算机，按以下步骤进行(I)数据获取10月下旬进行机播冬小麦、稻茬麦及同期地物样本GPS定位，获取I月中旬、4月中旬、9月中旬、10月中旬、12月中旬5期MYD09Q1数据，对数据进行投影转换，计算NDVI 值，提取定位点数据，在EXCEL中打开，并求各类地物平均值；(2)机播冬小麦种植面积提取在时间序列上制作机播冬小麦及同期地物样本的9月中旬、10月中旬、12月中旬3 期的NDVI折线图，分析机播冬小麦NDVI折线区别于同期地物的特征，在ENVI软件中建立分类决策树，设定提取域值，并对面积提取结果进行检验，提取精度大于90%时，最终确立决策树；机播冬小麦提取面积记为SI，将SI保存为矢量文件；(3)稻茬麦种植面积提取应用Arcgis软件，建立黄淮平原稻茬麦种植区矢量图，在ENVI软件中，建立稻茬麦种植区掩膜及机播冬小麦提取面积SI掩膜；对I月中旬、4月中旬、9月中旬3期NDVI数据应用所建立的两个掩膜，获得稻茬麦种植区3期NDVI数据；利用EXCEL，在时间序列上制作稻茬麦及同期易干扰地物温室蔬菜、大蒜样本的I 月中旬、4月中旬、9月中旬3期的NDVI折线图，分析稻茬麦NDVI折线区别于温室蔬菜、大蒜的特征，在ENVI软件中建立分类决策树，设定提取域值，并对面积提取结果进行检验，提取精度大于90%时，最终确立决策树；应用决策树，稻茬麦提取面积记为S2，将S2保存为矢量文件；(4)将两种种植模式下冬小麦面积，即机播冬小麦的种植面积SI和稻茬麦的种植面积S2合并，获得冬小麦种植面积S=S1+S2。根据本专利技术优选的，所述步骤(I)中的样本GPS定位是采用手持式GPS。所述手持式GPS的型号为麦哲伦600。MODIS数据空间分辨率为250m*250m，为了保证像元的纯正性， 定位点应位于至少750m*750m同种地物范围中心。根据本专利技术优选的，所述步骤⑴中的MYD09Q1数据，由MODIS数据共享平台 ftp://e4ftl01u. ecs. nasa. gov/ 下载；利用 ENVI 软件进行投影转换，选择 Map>Convert Map Projection,根据MODIS数据自身的特点，选用亚尔勃斯(Albers)投影，采用WGS-84坐标系。根据本专利技术优选的，所述步骤(I)中的求取NDVI值，在ENVI软件中，选择 Spectral>Spectral Math。在 Spectral Math 对话框中的 Enter an expression 文本框里，键入(S2-S1)/(S2+S1)然后将波谱值赋给变量SI、S2 ;点击OK继续，出现Variable to Spectra Pairings 对话框，在 Variables used in expression本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于冬小麦种植制度利用中分辨率卫星数据提取黄淮平原区冬小麦种植面积的方法，其特征在于，其包括步骤如下 (1)数据获取 10月下旬进行机播冬小麦、稻茬麦及同期地物样本GPS定位，获取I月中旬、4月中旬、9月中旬、10月中旬、12月中旬5期MYD09Q1数据，对数据进行投影转换，计算NDVI值，提取定位点数据，在EXCEL中打开，并求各类地物平均值； (2)机播冬小麦种植面积提取 在时间序列上制作机播冬小麦及同期地物样本的9月中旬、10月中旬、12月中旬3期的NDVI折线图，分析机播冬小麦NDVI折线区别于同期地物的特征，在ENVI软件中建立分类决策树，设定提取域值，并对面积提取结果进行检验，提取精度大于90%时，最终确立决策树；机播冬小麦提取面积记为SI，将SI保存为矢量文件； (3)稻茬麦种植面积提取 应用Arcgis软件，建立黄淮平原稻茬麦种植区矢量图，在ENVI软件中，建立稻茬麦种植区掩膜及机播冬小麦提取面积SI掩膜；对I月中旬、4月中旬、9月中旬3期NDVI数据应用所建立的两个掩膜，获得稻茬麦种植区3期NDVI数据； 利用EXCEL，在时间序列上制作稻茬麦及同期易干扰地物温室蔬菜、大蒜样本的I月中旬、4月中旬、9月中旬3期的NDVI折线图，分析稻茬麦NDVI折线区别于温室蔬菜、大蒜的特征，在ENVI软件中建立分类决策树，设定提取域值，并对面积提取结果进行检验，提取精度大于90%时，最终确立决策树；应用决策树，稻茬麦提取面积记为S2，将S2保存为矢量文件; (4)将两种种植模式下冬小麦面积，即机播冬小麦的种植面积SI和稻茬麦的种植面积S2合并，获得冬小麦种植面积S=S1+S2。2.根据权利要求I所述的提取黄淮平原区冬小麦种植面积的方法，其特征在于，所述步骤(I)中的样本GPS定位是采用手持式GPS。3.根据权利要求I所述的提取黄淮平原区冬小麦种植面积的方法，其特征在于，所述步骤(I)中的MYD09Q1数据，由MODIS数据共享平台ftp://e4ftl01u. ecs. nasa. gov/下载；利用ENVI软件进行投影转换,选择Map>Convert Map Pro jection,根据MODIS数据自身的特点，选用亚尔勃斯(Albers)投影，采用WGS-84坐标系。4.根据权利要求I所述的提取黄淮平原区冬小麦种植面积的方法，其特征在于，所述步骤(I)中的求取 NDVI 值,在 ENVI 软件中，选择 Spectral>Spectral Math ;在 SpectralMath对话框中的Enter an expression文本框里,键入(S2-S1) / (S2+S1)然后将波谱值赋给变量 SI、S2 ;点击 OK 继续，出现 Variable to Spectra Pairings 对话框,在 Variablesused in expression 文本框中，选择 Sl_[undefined]点击 Map Variable to Input File,弹出Spectra Math Input File对话框,在Select Input File文本框中选择所需文件，点击Spectral Subset按钮,选择Warp (Sur Refl BOl),连续点击两次0K,完成变量SI的赋值，同时回到Variable to Spectral Pairings对话框,进行同样操作，将Warp (Sur ReflB02)赋给变量S2 ;赋值完毕，选择结果文件保存路径，点击OK开始计算。5.根据权利要求I所述的提取黄淮平原区冬小麦种植面积的方法，其特征在于，所述步骤(I)中的提取定位点NDVI值，在ENVI中打开计算生成的NDVI文件，选择 Basic Tools>Region of Interest) ROI Tool ;将出现 ROI Tool 对话框，选择R0I-Type>Point>Input Points from ASCII,打开Enter ASCII Points Filename对话框，选择机播冬小麦样本定位点文件，打开Input ASCII File对话框,选择Geographic Lat/Lon点击OK,返回到ROITooI对话框，选择刚定义的感兴趣区Region#l,选择File>OutputROIs to ASCII,打开 Select Input File for ROI data,选择 ND...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋学艳，张晓冬，党伟，杨丽萍，杨洁，姚慧敏，王素娟，袁奎明，郭洪海，
申请(专利权)人：山东省农业可持续发展研究所，
类型：发明
国别省市：