基于高分六號影像的四川盆地油菜種植調查

蔣 怡，董秀春，王 昕，李宗南，魏 來，任國業，劉忠友

(四川省農業科學院遙感應用研究所，四川 成都 610066)

四川是中國13個糧食主產區之一，近年來四川農業種植結構變化快，糧油作物種植面積及空間分布發生較大變化。及時準確的作物種植空間信息對農業部門進行農業生產管理以及糧食安全預警有重要作用。中國自1999年開始開展全國范圍的大宗作物業務化遙感監測工作[1-3]，包括每年種植面積變化監測、定期作物種植面積本底調查等；早期受限于國產遙感衛星的傳感器波段、分辨率等性能，主要使用國外Landsat、SPOT、Rapideye、Sentienl等系列衛星影像[4-5]。隨著我國高分重大專項實施，國產遙感衛星的傳感器性能不斷提升，國產高分遙感影像逐步成為農業遙感監測的主要數據源[6-7]。2018年6月2日我國首顆精準農業遙感衛星“高分六號”發射成功，該星突破國產遙感衛星傳統多波段設置，增加了黃邊、紅邊等觀測波段，極大提高遙感識別多種作物類型的精度，同時兼具高分辨率和寬覆蓋的特點，突破國外同類數據重訪周期長的問題，大幅提高對農業、林業、草原等資源監測能力，為農業農村發展、生態布局調整等重大需求提供遙感數據支撐。四川地處中國西南腹地，受多云霧天氣影響，可獲取優質無云遙感影像的時間窗口少，對影像覆蓋面及重訪周期要求更高。高分六號遙感衛星通過在軌測試后，對四川農業遙感監測工作有極大推動。本文通過2019年3月份高分六號遙感多光譜影像，快速獲取四川盆地油菜種植空間分布信息，評估四川盆地油菜種植現狀，為四川農業產業結構調整及優化提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

四川省位于中國西南，地處長江上游，總面積48.6萬km2。全省地貌東西差異大，地形復雜多樣，地勢呈西高東低的特點，可分為四川盆地、川西北高原和川西南山地三大部分。本研究以四川盆地油菜種植區為研究區，具體位于28°39′N～32°40′N，102°39′E～108°12′E(圖1)，涉及四川省120個縣(市)，占全省總面積27.25%。該區域氣候溫暖濕潤，冬暖夏熱，大部分地區年降水量900～1200mm，屬亞熱帶濕潤季風氣候。盆地西部為川西平原，中部為紫色丘陵區，東部為川東平行嶺谷區，農業利用方式為一年兩熟制，是四川省水稻、小麥及油菜等作物種植的主要區域。

1.2 數據來源

1.2.1 遙感影像數據 高分六號衛星配置的2m全色/8m多光譜高分辨率相機觀測寬幅為90km，16m多光譜中分辨率寬幅相機的觀測幅寬為800km。16m多光譜中分辨率寬幅相機較高分一號衛星增加了4個波段，包括：海岸藍波段(0.4～0.45μm)，黃光波段(0.59～0.63μm)，紅邊波段1(0.69～0.73μm)和紅邊波段2(0.73～0.77μm)。研究使用的遙感數據為2019年3月11日油菜遙感監測最優時期內高分六號遙感多光譜影像。該時期研究區內油菜普遍處于開花期，在光譜影像中易于識別。遙感影像RGB分別對應B4,B5,B3波段，即近紅外波段、紅邊波段和紅光波段，對原始影像進行正射校正、幾何糾正、分幅裁剪等預處理，得到空間分辨率為15m的影像數據。

1.2.2 樣方調查數據 四川油菜移栽時間是11月上旬和中旬，收割時間次年為4月中下旬至5月。通過野外實地調查，在全省54個市縣區建立78個油菜樣方作為解譯標志。

1.3 油菜分類及精度評價

對預處理完成的高分六號遙感影像采用B4,B5,B3波段數據進行 RGB假彩色顯示，選取油菜、小麥、林地、居民地、水體等地物的感興趣區，采用最大似然法對油菜進行分類，提取油菜空間信息。通過ArcGIS創建漁網工具，將驗證區矢量數據重采樣至與影像一致的分辨率，并與影像配準，使得誤差小于1個像元，然后計算誤差混淆矩陣，得到油菜分類精度。

1.4 油菜連片規模種植現狀評估

生成種植區內規則公里網格，統計每個網格內油菜的種植面積比例，網格內油菜種植面積比例小于等于5%的區域為Ⅰ區，比例大于5%且小于等于15%的區域為Ⅱ區，比例大于15%且小于等于25%的區域為Ⅲ區，比例大于25%且小于等于35%的區域為Ⅳ區，比例大于35%的區域為Ⅴ區。Ⅳ區和Ⅴ區可視為油菜優勢種植區域。

表1 油菜遙感分類精度

2 結果與分析

2.1 基于高分六號遙感影像的油菜空間信息精度驗證

通過地面調查樣方數據驗證研究區內的油菜分類精度，見表1。油菜的遙感分類總體精度達到82%以上，表明高分六號遙感影像在四川盆地油菜分類中具備較高的精度，適用于大范圍業務化工作。

2.2 油菜連片規模種植現狀評估

油菜的空間分布結果見圖3。通過遙感解譯，2019年四川盆地油菜種植面積約為103.24萬hm2。其中Ⅰ區種植面積約為10.38萬hm2，Ⅱ區種植面積約為37.24萬hm2，Ⅲ區種植面積約為30.00萬hm2，Ⅳ區種植面積約為14.04萬hm2，Ⅴ區種植面積約為12.17萬hm2，分別占四川盆地油菜面積的10.06%，36.07%，29.06%，13.02%和11.79%。根據圖3，四川盆地油菜主要分布在成都、德陽、綿陽、雅安、眉山、樂山、廣安等市，內江隆昌縣、南充南部縣、宜賓屏山縣也有成片種植。

3 討論與結論

(1)四川盆地油菜種植面積遙感結果較客觀反映目前四川盆地油菜種植情況。由于云霧影響，研究所采用的高分六號遙感影像未能完全覆蓋四川盆地，遙感解譯結果只能說明部分區域的種植情況。

(2)四川是糧油大省，隨著近年來川菜風靡、消費升級和國際貿易形勢的變化，油菜產業的優勢十分突出。特別隨著2018年四川省將川糧(川油)納入“10+3”產業體系，同時實施“天府菜油”行動，使得四川油菜產業迎來新的發展機遇。研究通過高分六號遙感數據及監測結果可為四川農業產業發展及種植結構調整優化提供參考，對推進鄉村振興戰略，促進農民持續增收和優質油菜產業發展發揮重要作用。