基于Landsat8遙感數據的棉花長勢快速監測

劉曉晨

新疆維吾爾自治區農業資源區劃辦公室，烏魯木齊 830049

基于Landsat8遙感數據的棉花長勢快速監測

劉曉晨

新疆維吾爾自治區農業資源區劃辦公室，烏魯木齊 830049

選擇新疆棉花主產縣瑪納斯縣作為研究區，利用遙感技術進行棉花長勢的提取與評價，實現了較為準確、快速的縣級棉花長勢監測[1-5]。

Landsat8；棉花；長勢

1 研究區概況和數據來源

1.1 研究區概況

瑪納斯縣位于新疆維吾爾自治區中北部，農業種植主要以棉花、玉米、特色作物為主。

1.2 數據來源

本研究采用Landsat8遙感數據下載自美國國家地質調查局Global Visualizaton Viewer，數據軌道號為143029，獲取日期分別為2014年8月15日和2015年8月18日，減少作物物候的影響。

2 研究方法和技術路線

如圖1所示，為本研究采用的技術路線圖。下載的原始Landsat8數據為Geotiff格式，每個波段為一個單獨的Geotiff文件，因此首先利用ENVI軟件進行波段合成，并檢查頭文件信息是否完全，接著進行遙感數據的定標以便將DN值轉化為表觀反射率，接著利用FLAASH模塊進行大氣校正，以便去除大氣的影響，其結果得到地表反射率數據。然后利用瑪納斯矢量縣界進行裁切，從而得到該縣的縣域遙感圖像。接著計算植被指數，并計算其差值，最后進行分級從而得到棉花長勢分級圖。

圖1 技術路線圖

3 棉花長勢的遙感監測

3.1 棉花種植區域識別

本研究利用在瑪納斯縣采集的作物解譯標志點進行棉花解譯標志的建立與判讀，利用最大似然方法結合解譯標志進行棉花種植區域的提取，在此區域內進行棉花長勢的監測與評價。

3.2 植被指數的選擇與計算

植被在可見光的紅光波段有很強的吸收特性，反射率低，在近紅外波段有很強的反射特性，反射率高，通過上述兩個波段的不同組合可以得到不同的植被指數，植被指數有比值、差值、垂直、土壤調節、歸一化植被指數等等40余種。其中歸一化差值植被指數NDVI是目前應用最廣泛的一種植被指數，由于植物葉綠素發生光合作用而吸收紅光,所以長勢越好的植物吸收紅光越多,反射近紅外光也越多.所以NDVI能反應植物生物量的多少,NDVI越大,植物長勢越好.考慮到上述兩點因素，本研究即采用NDVI作為研究棉花長勢的指數。NDVI的計算公式為：

NDVI=（NIR-R）/（NIR+R）

NIR為近紅外波段反射率，R為紅光波段反射率，對應本研究采用的Landsat8數據，NIR為第四波段，R為第三波段。利用公式將2014與2015年對應波段帶入公式，得出兩年的NDVI。

3.3 棉花長勢的監測

在計算出相鄰兩年NDVI的基礎上，對2015年NDVI與2014年NDVI進行差值運算，數值為0的區域表明相鄰兩年棉花長勢相同，數值為正值的區域表明2015年棉花長勢好于2014年，同理，數值為負值的區域表明2015年棉花長勢弱于2014年，據此對差值圖進行分級，從而得到相鄰兩年棉花的長勢分級圖，更進一步也可以在數值為正或者負的區域內進行細分，以便得到更加精細的棉花長勢分級結果。根據長勢分級圖，大部分區域都集中在0值附近，表明總體上相鄰兩年棉花長勢相差不大，小部分變化較大的區域（正值或者負值）主要分布在北部沙漠邊緣，表明該區域脆弱的生態環境對棉花長勢還是有一定影響。

4 結論

本研究利用Landsat8遙感數據，在瑪納斯縣進行了棉花長勢監測與評價，研究表明，第一，Landsat8遙感數據為免費下載，獲取難度低，數據成像質量好，周期穩定，便于實施作物長勢監測，且Landsat系列衛星數據延續周期長，便于進行長時間序列的作物長勢監測；第二，本研究采用的技術方法簡單，可靠，可以在短時間內獲取長勢監測結果，便于在基層推廣使用。

[1]黃青,周清波,王利民,李丹丹.基于遙感的冬小麥長勢等級與氣象因子相關性分析 [J].農業機械學報，2014,45 (12):301-304.

[2]黃青，李丹丹，陳仲新，等.基于MODIS數據的冬小麥種植面積快速提取與長勢監測[J]．農業機械學報，2012，43( 7):163-167．

[3]吳炳方,張峰,劉成林,等.農作物長勢綜合遙感監測方法[J]．遙感學報，2004,8（6）：498-514.

[4]張峰,吳炳方,劉成林等.區域作物生長過程信息的遙感提取方法[J].遙感學報,2004,8(6):515—528.

劉曉晨（1980年8月—），農業推廣碩士，農藝師，研究方向：農業項目管理。

2015-11-17