基于國產(chǎn)數(shù)據(jù)及物候特征的水稻面積精細(xì)遙感監(jiān)測方法研究

劉道芳 許志輝 盧欣

摘 要：及時、準(zhǔn)確地監(jiān)測水稻種植面積，對于糧食安全十分重要。本文在分析靈武市域水稻及同期作物物候特點(diǎn)及影像特征基礎(chǔ)上，提出了基于國產(chǎn)數(shù)據(jù)及物候特征的水稻面積精細(xì)遙感監(jiān)測方法，并在2018—2019年靈武市水稻面積精細(xì)遙感監(jiān)測中得到應(yīng)用，取得了良好的效果。實(shí)踐證明，基于國產(chǎn)數(shù)據(jù)及物候特征的灌區(qū)水稻面積精細(xì)遙感監(jiān)測方法，既能反映水稻的時序變化信息，提高判讀精度，也能將監(jiān)測對象精確到地塊，提高解譯精度。

關(guān)鍵詞：物候特征;水稻面積;解譯;遙感;精細(xì)監(jiān)測

中圖分類號：S423 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）21-0023-04

Research on the Method of Elaborate Monitoring of Rice Area Based on Phenological Characteristics

LIU Daofang? ? XU Zhihui? ? LU Xin

（Information Center，Yellow River Conservancy Commission，Zhengzhou Henan 450004）

Abstract： Rice is one of the three major food crops in my country， and timely and accurate monitoring of the rice planting area is particularly important. Based on the analysis of the phenological characteristics and image characteristics of rice and crops in Lingwu City， this paper proposes a method for elaborate monitoring of rice area in Lingwu City based on phenological characteristics， and is applied in the elaborate monitoring of rice area in Lingwu City form 2018 to 2019， and achieved good results. Practice has proved that the elaborate monitoring method of rice area in Lingwu City based on phenological characteristics can not only reflect the time series change information of rice， and improve the accuracy of interpretation; it can also accurately interpret the monitored objects to the plots and improve the interpretation accuracy.

Keywords： phenological characteristics; rice area; interpretation; remote sensing; elaborate monitoring

1 引言

水稻是我國三大糧食作物之一，約占全國糧食種植面積的25%，水稻產(chǎn)量對于保障國家糧食安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-3]。及時、準(zhǔn)確地監(jiān)測水稻種植面積顯得尤為重要。

遙感具有豐富的時空信息，是進(jìn)行作物種植面積調(diào)查的有效手段。采用中低分辨率遙感數(shù)據(jù)國內(nèi)外學(xué)者開展了多種水稻提取方法研究，主要包含兩大類方法：單時相遙感影像識別和多時相變化檢測方法。單時相遙感影像識別方法主要是通過水稻關(guān)鍵生長期的單期影像的地物光譜信息進(jìn)行水稻提取[4-5]。多時相變化檢測方法能夠充分利用多期遙感影像有效刻畫地物在不同時期的表現(xiàn)特征，能夠充分利用作物不同生長期的物候特征在遙感影像上呈現(xiàn)出顯著的光譜差異進(jìn)行作物的識別[6-9]。

針對中低分辨率遙感數(shù)據(jù)的水稻提取方法，對于監(jiān)測全國甚至全球范圍的水稻種植面積是高效的、適用的，但無法滿足局部范圍內(nèi)精細(xì)農(nóng)業(yè)的監(jiān)管要求（精細(xì)農(nóng)業(yè)需要監(jiān)管到田間地塊）。近年來，國產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)展迅速，研究基于國產(chǎn)數(shù)據(jù)的水稻面積精細(xì)監(jiān)測方法，對于精細(xì)農(nóng)業(yè)管理具有重要的意義。

2 研究區(qū)概況

靈武市是寧夏回族自治區(qū)下轄縣級市，位于寧夏中部，地理坐標(biāo)東經(jīng)105.59°—106.37°，北緯37.60°—38.01°。地處黃河?xùn)|岸，東靠鹽池縣，南接同心縣、吳忠市，西濱黃河與永寧縣相望，北與內(nèi)蒙古鄂托克前旗接壤，是寧夏回族自治區(qū)首府銀川市所轄市縣區(qū)之一。南北長98 km，東西寬54 km，總面積4 639 km2。

3 靈武水稻物候特點(diǎn)及影像特征分析

水稻是靈武的主要糧食作物之一。長期以來，靈武種植水稻采用以插秧栽培為主，水田撒播為輔的方式。隨著水稻栽培技術(shù)的發(fā)展，靈武市逐步采用旱播幼苗旱長、水稻直播、插秧等栽培方式。水稻一般要經(jīng)過泡田、播種、出苗、三葉、移栽、返青、分蘗、拔節(jié)、始穗、齊穗、完熟、收割等生長過程。

每年5月上旬至6月上旬，一般為水稻的泡田、播種、插秧期。7月至9月初，為水稻的生長期。9月中下旬至10月初，為水稻的成熟期，水稻開始泛黃，稻田的植被指數(shù)開始下降，并逐步收割完畢。

在遙感影像上，水稻種植區(qū)在5月底和6月初的遙感影像上表現(xiàn)出較強(qiáng)的水田特征，與周邊地物相比，影像呈現(xiàn)暗色調(diào)，水陸邊界比較清晰。在整個6月，由于水稻還處于生長前期，尚未完全覆蓋稻田，加之此時水稻處于灌溉時期，受灌溉水層的影響，水稻種植區(qū)影像仍然呈現(xiàn)暗色調(diào)。7—8月，水稻生長旺盛，在假彩色影像上呈現(xiàn)亮紅色的植被特征。9月上旬水稻開始成熟發(fā)黃，在假彩色合成影像上，呈現(xiàn)粉色調(diào)、明暗相間的斑塊狀，與其他作物有比較明顯的區(qū)別。9月下旬至10月上旬，水稻逐步收割完畢，在遙感影像上呈現(xiàn)明顯的裸地特征。