一种基于频率特征的耕地复种指数提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于频率特征的耕地复种指数提取方法。基于植被指数年内时序原始数据，首先剔除非植被单元，然后通过多尺度小波变换，分别依次获取大致对应于月尺度、季节尺度上的时序信号，进而利用三熟制的月尺度时序信号比季节尺度的变化幅度更强的特征，进行三熟制种植识别，并且基于二熟制的季节尺度时序信号具有峰谷峰谷的变化频率特征，进行二熟制种植识别，从而获得研究区耕地复种指数。本发明专利技术方法克服了通过人为设定的参数或阈值方法计算耕地复种指数的局限性，依据月尺度、季节尺度时序信号的变化频率与幅度特征进行熟制识别，具有基本不依赖先验知识、鲁棒性好、分类精度高、抗噪声能力强以及自动化程度高等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于频率特征的耕地复种指数提取方法
本专利技术涉及农业遥感
，特别是一种基于频率特征的耕地复种指数提取方法。
技术介绍
复种指数(croppingindex,CI)是一块耕地一年内种植农作物的次数。按照种植的次数，可以分为一熟、二熟、三熟制种植模式。逐步提高与稳定复种指数，鼓励有条件的地区实施二熟、三熟制种植模式，对于确保我国粮食安全至关重要。准确高效地获取全国耕地复种指数，及时掌握农作物种植模式，成为我国农业领域面临的重要课题。目前耕地复种指数的提取方法有两种：其一为土地调查与农业统计，其二为基于遥感的方法。前一种方法虽然简单易行，但受统计口径与人为因素的干扰大，难以满足大范围、高时效性快速监测的需求。因此基于遥感技术的耕地复种指数提取方法成为研究的热点问题。目前基于遥感技术的耕地复种指数提取方法大多以植被指数时序数据为基础，首先通过各种滤波去噪的方法获得平滑的年内植被指数变化曲线，然后依据峰值法及其相关方法进行不同熟制判别。由于数据噪声、不同地区管理措施与短期气候变化的影响，导致峰值数与熟制之间并非一一对应关系，直接影响到峰值法及其相关方法的推广与使用。虽然可以通过一定的阈值对出现的峰值加以限制，但阈值设置存在区域适应性与局限性。因此目前需求需要一种简单易行并且具有推广价值的耕地复种指数提取方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于充分利用一熟制、二熟制、三熟制种植模式下植被指数年内时序原始数据信号在不同尺度上的变化频率与幅度特征，进行耕地复种指数提取，具有自动化程度高、分类精度高以及便于推广使用等优点。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于频率特征的耕地复种指数提取方法，其特征在于：基于时序遥感影像，利用多尺度小波变换，分别依次获得月尺度时序信号以及季节尺度时序信号，依据其变化频率与幅度特征建立熟制判别标准，从而有效地提取耕地复种指数，其具体包括以下步骤：S01：基于N天合成的植被指数遥感数据，逐像元建立研究区某个年份的植被指数年内时序原始数据，N为大于1的自然数；S02：通过阈值法剔除研究区非植被单元；S03：基于植被指数年内时序原始数据，通过多尺度小波变换，分别依次获得月尺度以及季节尺度时序信号；S04：综合月尺度与季节尺度时序信号的变化规律，建立三熟制判别标准，进行三熟制种植识别；S05：依据季节尺度时序信号的变化规律，建立二熟制判别标准，进行二熟制种植识别；S06：统计研究区内一熟制、二熟制、三熟制的像元个数，确定研究区耕地复种指数。进一步的，所述的多尺度小波变换的流程为：首先对植被指数年内原始时序信号做1次小波变换，分别获得低频成分A1和高频成分D1，然后继续对低频成分A1进行小波变换，进一步获得第二次小波变换后的低频成分A2和高频成分D2，接下来继续对低频成分A2进行小波变换，以此类推，直至依次获得大致对应月尺度以及季节尺度上的时序信号为止。进一步的，所述三熟制判别标准是依据月尺度和季节尺度时序信号的变化幅度特征来建立。进一步的，所述二熟制判别标准是依据不同季节尺度时序信号的变化频率特征来建立。进一步的，所述建立三熟制判别标准的依据为：三熟制种植在月尺度时序信号的变化幅度比季节尺度时序信号的变化幅度更强，而一熟制、二熟制的月尺度时序信号的变化幅度均弱于季节尺度时序信号的变化幅度。进一步的，所述建立二熟制判别标准的依据为：二熟制种植在季节尺度上的时序信号具有峰谷峰谷的变化特征，而一熟制种植仅有谷峰谷的变化特征。相较于现有技术，本专利技术具有基本不依赖先验知识、鲁棒性好、分类精度高、自动化程度高等特点，主要表现在：1、通过多尺度小波变换的方法，将植被指数年内时序原始数据分别转换为月尺度、季节尺度时序信号，无形中消除了小于月尺度以内的细节信号，因此既保留了原始信号的主要特征，同时也具有很强的抗噪能力；2、巧妙利用三熟制种植模式在月尺度上植被指数时序信号变化幅度偏强的特点，进行三熟制种植识别；3、巧妙利用二熟制种植在季节尺度上的时序信号具有峰谷峰谷的变化特征，而一熟制种植仅有谷峰谷的变化特征，依据其变化频率特征，进行二熟制种植识别；4、所需参数少，不需要人为干预，方法简单明了，具有很好的推广使用价值。附图说明图1本专利技术实施例流程图。图2一熟制、二熟制、三熟制的MODISEVI年内时序原始数据信号图。图3一熟制、二熟制、三熟制的MODISEVI月尺度(D2)、季节尺度(D3S)时序信号图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。如图1所示，本专利技术的一种基于频率特征的耕地复种指数提取方法，其特征在于：基于时序遥感影像，利用多尺度小波变换，分别依次获得月尺度时序信号以及季节尺度时序信号，依据其变化频率与幅度特征建立熟制判别标准，从而有效地提取耕地复种指数，其具体包括以下步骤：S01：基于N天合成的植被指数遥感数据，逐像元建立研究区某个年份的植被指数年内时序原始数据，N为大于1的自然数；S02：通过阈值法剔除研究区非植被单元；S03：基于植被指数年内时序原始数据，通过多尺度小波变换，分别依次获得月尺度以及季节尺度时序信号；S04：综合月尺度与季节尺度时序信号的变化规律，建立三熟制判别标准，进行三熟制种植识别；S05：依据季节尺度时序信号的变化规律，建立二熟制判别标准，进行二熟制种植识别；S06：统计研究区内一熟制、二熟制、三熟制的像元个数，确定研究区耕地复种指数。为了获得大致对应月尺度以及季节尺度上的时序信号，所述的多尺度小波变换的流程为：首先对植被指数年内原始时序信号做1次小波变换，分别获得低频成分A1和高频成分D1，然后继续对低频成分A1进行小波变换，进一步获得第二次小波变换后的低频成分A2和高频成分D2，接下来继续对低频成分A2进行小波变换，以此类推，直至依次获得大致对应月尺度以及季节尺度上的时序信号为止。所述三熟制判别标准是依据月尺度和季节尺度时序信号的变化幅度特征来建立。所述二熟制判别标准是依据不同季节尺度时序信号的变化频率特征来建立。为了对三熟制判别标准进行具体描述，所述建立三熟制判别标准的依据为：三熟制种植在月尺度时序信号的变化幅度比季节尺度时序信号的变化幅度更强，而一熟制、二熟制的月尺度时序信号的变化幅度均弱于季节尺度时序信号的变化幅度。为了对二熟制判别标准进行具体描述，所述建立二熟制判别标准的依据为：二熟制种植在季节尺度上的时序信号具有峰谷峰谷的变化特征，参见图3-(b)的D3曲线的所示，而一熟制种植仅有谷峰谷的变化特征，参见图3-(a)的D3曲线的所示。以下结合附图1-3及具体实施例进行对本专利技术进行讲述：如图1所示，通过多尺度小波变换分别依次获取对应到月尺度、季节尺度上的时序信号，综合依据其变化频率和幅度特征，确定耕地复种指数；具体的，本实施例提出一种基于频率特征的耕地复种指数提取方法，包括以下步骤：步骤S01：建立研究区植被指数年内时序原始数据集：基于16天合成的MODISEVI(增强型植被指数)数据(MOD09Q1)，逐像元建立研究区植被指数年内时序原始数据信号，总计23期，表示为：Nt{n1,n2,……n23}，一熟制、二熟制、三熟制的MODISEVI年内原始时序信号如图2所示；步骤S02：剔除研究区非植被单元：通过阈值法首先可以将研本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于频率特征的耕地复种指数提取方法，其特征在于：基于时序遥感影像，利用多尺度小波变换，分别依次获得月尺度时序信号以及季节尺度时序信号，依据其变化频率与幅度特征建立熟制判别标准，从而有效地提取耕地复种指数，其具体包括以下步骤：S01：基于N天合成的植被指数遥感数据，逐像元建立研究区某个年份的植被指数年内时序原始数据，N为大于1的自然数；S02：通过阈值法剔除研究区非植被单元；S03：基于植被指数年内时序原始数据，通过多尺度小波变换，分别依次获得月尺度以及季节尺度时序信号；S04：综合月尺度与季节尺度时序信号的变化规律，建立三熟制判别标准，进行三熟制种植识别；S05：依据季节尺度时序信号的变化规律，建立二熟制判别标准，进行二熟制种植识别；S06：统计研究区内一熟制、二熟制、三熟制的像元个数，确定研究区耕地复种指数。

【技术特征摘要】
1.一种基于频率特征的耕地复种指数提取方法，其特征在于：基于时序遥感影像，利用多尺度小波变换，分别依次获得月尺度时序信号以及季节尺度时序信号，依据其变化频率与幅度特征建立熟制判别标准，从而有效地提取耕地复种指数，其具体包括以下步骤：S01：基于N天合成的植被指数遥感数据，逐像元建立研究区某个年份的植被指数年内时序原始数据，N为大于1的自然数；S02：通过阈值法剔除研究区非植被单元；S03：基于植被指数年内时序原始数据，通过多尺度小波变换，分别依次获得月尺度以及季节尺度时序信号；S04：综合月尺度与季节尺度时序信号的变化规律，建立三熟制判别标准，进行三熟制种植识别；所述三熟制判别标准是依据月尺度和季节尺度时序信号的变化幅度特征来建立；S05：依据季节尺度时序信号的变化规律，建立二熟制判别标准，进行二熟制种植识别；S06：统计研究区内一熟制、二熟制、三熟制的像元个数，确定研究区耕地复种指数。2.根据权利要求1所述的基于频率特征的耕地复种指数提取方法，其特征在于：所述的多尺度小波变换的流程为：首...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱炳文，范占领，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：