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基于HJ卫星数据的甘蔗长势监测与估产研究

刘吉凯

  广西兴宾蔗区是全国最大的蔗糖生产基地,蔗糖业已成为当地经济的主导和支柱产业。及时准确地获取甘蔗种植面积、监测甘蔗长势、进而对产量进行预测,对甘蔗生产管理、稳定食糖市场、保障食糖安全及经济健康循环发展具有重要意义。目前,“3S”技术在甘蔗长势动态监测与产量预测方面的应用研究在国内方兴未艾,特别是缺乏国产卫星数据的应用示例。本文选用国产HJ-1A/B星CCD数据,以监督分类、多时相迭代法相结合的方法提取甘蔗种植面积;通过引入随机变量的标准差和离均差的概念并结合田间农学观测数据构建甘蔗长势监测模型;在此基础上利用表征甘蔗长势的植被指数和产量数据构建甘蔗单产遥感估产模型。主要研究成果包括以下三方面:(1)甘蔗种植面积是甘蔗遥感长势监测与产量估算的基础内容,基于多源数据,利用多种遥感方法相结合提取甘蔗种植面积。首先,建立研究区典型地物的遥感解译标志;其次,采用监督分类法,结合广西耕地图层、坡度等本底信息数据库获取甘蔗可能种植区;最后,根据解译标志逐时相设定甘蔗NDVI阂值,逐步向下通过掩膜迭代剔除其他地物信息,获得甘蔗种植面积信息。利用野外实测样点和农业部门提供的部分乡镇甘蔗面积验证遥感解译结果,总体精度达91.18%,Kappa系数为0.8101,与农业部门统计数据的平均相对误差为10.17%。(2)建立了基于随机变量理论的长势监测模型。针对甘蔗长势遥感监测缺乏统一分级标准的研究现状,通过分析多种遥感指标与田间农学观测数据的相关性差异,确定增强型植被指数EVI和归一化差值植被指数NDV1分别作为甘蔗茎伸长期和工艺成熟期的长势监测指标。长势监测模型假设甘蔗生长满足正态分布规律,引入离均差的概念,通过离均差与标准差的差异定量研究了兴宾区2009~2013年的甘蔗长势情况。以甘蔗产量的整体波动情况和2013年地面观测点数据推测的甘蔗长势样区以及在县(区)尺度的实际应用结果对长势遥感监测结果进行验证。对比分析结果表明,基于随机变量的标准差和离均差理论的长势评价模型可以满足县(区)尺度的甘蔗长势动态监测要求,适用于不同蔗区和多种遥感数据。(3)构建了基于植被指数的甘蔗单产估算模型。分析甘蔗植被指数与其单产的数学关系,建立了甘蔗关键生育期和全生育期的“遥感植被指数-甘蔗产量”估产模型。从模型本身和当年甘蔗实际单产的相对误差分析模型精度,其结果表明:基于全生育期的植被指数估产模型效果最好,拟合系数最高,相对误差最低;关键生育期以茎伸长中期的估产模型精度最高,其中又以线性方程模型的估产效果较佳;糖分积累期次之;工艺成熟期的估产模型拟合效果最差,相对误差最大。……   
[关键词]:甘蔗;植被指数;长势;估产;广西兴宾区
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:南京信息工程大学2015年