遙感如何進行糧食種植面積檢測

糧食安全問題關系社會穩定，是社會經濟實現可持續發展的一個關鍵保障，各國都把糧食問題作為重中之重來抓。在各國穩定糧食種植面積、促進糧食穩產增產過程中，對農業特別是糧食種植面積進行實時遙感監測，日漸成為重要手段之一。

在糧食種植面積遙感監測技術的研究與應用方面，歐美發達國家走在前列，我國在這一方面的研究起步較晚。

近年來，在我國廣大農村地區，大量農民進城務工、農村出現大規模拋荒的現象。在這種背景下，我國加快了對糧食種植面積的遙感監測研究，擴大了這些技術的應用范圍，試圖以此掌握各地的糧食種植情況，對糧食種植進行科學指導。

從2012年開始，湖南省國土資源規劃院緊隨國內外最新研究形勢，首次開展了對湖南省糧食特別是水稻種植面積的遙感監測，走在全國糧食種植面積遙感監測的前列。

省情所需

湖南省地處我國中南部，是全國糧食種植面積和產糧大省。隨著我國城鎮化進程的不斷加快，加上近年來糧食種植收入增長緩慢，眾多農民選擇外出務工，農村勞動力不足，糧食種植面積減少。大量田地荒廢問題成為威脅我國糧食安全、阻礙農業進一步發展的一大因素。

為調動廣大農民的種糧積極性，國家從2004年開始對種糧農民實行直接補貼。自實施以來，糧食補貼政策極大地調動了農民的積極性，促進了糧食增產，增加了農民的收入，糧食安全得到進一步保障。湖南省在落實補貼政策上，堅持“擴面積、攻單產、增總量、提效益”的方針，增加種糧補貼金額，改進補貼方式，以確保種糧農民真正得到實惠。

然而，從客觀角度來看，目前的種糧補貼發放政策仍存在一定的弊端：種糧補貼根據農戶承包面積進行計算，沒有做到與農戶實際種糧面積掛鉤，在一定程度上，難以激發農民的種糧積極性。

遙感技術通過衛星對地觀測方式，具有大范圍地面目標識別能力，能快速、準確、客觀地反應地表信息，現已廣泛應用于作物種植面積監測中。作為湖南地理省情監測的一個典型監測專題，湖南省糧食種植面積遙感監測能準確地估算作物種植面積，為糧食種植補貼發放提供科學依據。

此外，通過對糧食作物種植面積的監測，能夠準確掌握我省各地區的糧食種植情況，可以為各級政府及相關部門制定農業政策、調控農產品市場提供決策支持。

科學分區提高監測精度

糧食作物生產受環境因素與社會經濟條件影響，會形成一定的地區性和物候差異。湖南省轄區總面積為21.18萬平米公里，東南西三面環山，北部為洞庭湖平原，中部多為丘陵、盆地，整個地勢南高北低，造成了湖南糧食作物生長存在一定的差異。

為提高監測的科學性與準確度，根據地形地貌狀況、糧食作物耕作制度、耕地主要分布情況，并保持縣級行政轄區的完整性，湖南省國土資源規劃院將湖南省分為湘西北山地丘陵區、湘東北平原山地區、湘中部丘陵平原區、湘南部山地丘陵區、湘東南山地區五個片區來進行監測。

各分區內部自然、經濟條件具有相對一致性，根據各區特點，分區實地采集地物樣本，分區采集遙感數據，分區進行監測可在一定程度上提高監測數據的準確性。

項目流程

湖南省糧食種植面積遙感監測項目是通過基于抽樣技術的地面調查與遙感影像分類相結合提取大面積作物種植面積信息的方法，利用全省土地利用數據在全省耕地范圍內開展樣方、樣線調查，獲取訓練樣本及檢驗樣本，對遙感影像進行分類識別，提取全省年度糧食作物種植面積信息，在此基礎上利用糧食種植面積估算模型估算全省年度糧食作物種植面積，并且，選取一定縣（市、區），利用高分光學影像和雷達數據及外業工作對其糧食種植面積進行監測，對估算結果進行驗證。其流程主要可分為準備階段、樣方設計階段、樣方（樣線）外業調查階段、內業處理與糧食種植面積估算階段、利用包分辨率光學影像和雷達數據進行驗證與后處理階段。

項目實施的首要步驟是根據項目需求進行遙感數據源采集，對數據源進行分析，制定遙感數據源采集方案。通過優化配置各類遙感數據，采購符合時相要求的覆蓋全省的遙感數據。同時制定監測方案，采集野外訓練樣本，特別是容易與水稻、小麥、玉米相混淆的地物。

數據采購完成后，該院以第二次全國土地調查底圖、高程數據等控制資料為基礎，以區縣為單位制作了正射影像圖（DOM）。通過第二次全國土地調查項目、年度變更調查項目、耕地后備資源調查項目、永久基本農田劃定項目的開展，湖南省積累了豐富的基礎數據，主要包括湖南省土地利用現狀數據庫、基本農田數據庫、湖南省全省坡度圖、高程數據、二調底圖等。這些基礎數據為本項目后期精度評價奠定了數據基礎。

目前，該項目主要對湖南省的早、中、晚稻，小麥以及玉米的種植面積進行監測，時間段集聚在3月至10月。因這個時間段湖南省降雨較多，云量較高，所以采用了數據幅寬大，重訪周期短的衛星來進行監測，在三至四個月的作物生長期內，獲取四次影像。

在獲取遙感數據的同時，該院利用湖南省土地利用數據在全省耕地范圍內開展樣方、樣線調查，獲取訓練樣本及檢驗樣本。

獲取樣方、樣線成果及完成正射影像圖（DOM）制作后，利用最大似然、支持向量機等分類方法和空間建模方法提取糧食種植面積信息。在此基礎上，設計糧食種植面積估算模型，對全省年度糧食作物種植面積進行估算。

為確保監測數據的準確性，根據湖南省糧食作物種植監測所分的5個片區，該院在每區選擇一個縣（市、區），共5個縣（市、區），采用高分光學影像及雷達數據進行糧食作物種植監測，對省農作物種植面積估算成果進行驗證。

最后，對監測成果進行整理、統計，結合往年數據，歸納全省糧食種植數量及空間上的變化信息；同時，更新糧食種植面積遙感監測數據庫，逐步建立面向糧食補貼作物種植面積遙感監測系統。

技術與人才實行雙重保障

糧食作物種植面積遙感監測時效性要求高，遙感數據采集在一定程度上受天氣影響較大，特別是云雨天氣給遙感數據采集帶來較大的困難。

湖南省全省皆屬亞熱帶濕潤季風氣候，雨水集中，其中春夏之交梅雨期多暴雨或長時間降雨，4-6 月降水占全年降水量的40%。此外，云量概率是影響光學影像數據獲取的重要因素之一。通常，某地某月的云量概率越高，則該地該月獲取合格光學影像的機會（成功率）就越低，采集難度就越大。3-10月，湖南省平均云量較高，項目需求的光學遙感影像數據獲取難度比較大。

遙感影像分類精度問題。受“同物異譜”、“異物同譜”的影響，影像分類過程中不可避免地會存在同類地物呈現不同光譜特征，不同地物呈現同種光譜特征的現象，會對分類過程造成干擾。

根據計劃，項目要對全省早、中、晚稻進行監測，實行影像全覆蓋 ，而現有的經費較少，這也是制約項目順利進行的一個因素。

為確保該項目的順利開展，湖南省國土資源規劃院成立了由主管部門和中科院遙感應用研究所專家組成項目專家顧問組，負責項目技術設計方案、實施方案、技術標準及成果的評估審查等，并負責向項目實施提供全程咨詢、監督和評估等，以保證項目技術含量，提升項目成果應用性。

此外，該院連續五年承擔了全國土地利用變更調查監測與核查遙感監測任務，現已形成了一支技術水平較高、創新能力強的遙感監測及相關系統開發技術隊伍；培養了一批影像判讀能力強、外業調查經驗豐富的外業核查隊伍。技術過硬、經驗豐富的人才隊伍為該項目的順利開展提供了第二重保障。