基于多时相卫星影像的复杂山区烤烟种植区域提取_刘芸.pdf
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1、引用本文格式刘芸,宋善海,李雪,等基于多时相卫星影像的复杂山区烤烟种植区域提取 J农业工程,2023,13(1):67-70 DOI:10.19998/ki.2095-1795.2023.01.012 LIU Yun,SONG Shanhai,LI Xue,et alExtraction of flue-cured tobacco in complex mountainous area based on multi-temporal satellite imagesJAgricultural Engineering,2023,13(1):67-70基于多时相卫星影像的复杂山区烤烟种植区域提取刘
2、芸1,宋善海1,李雪1,廖瑶1,李慧璇1,王伟2(1.贵州省生态气象和卫星遥感中心,贵州 贵阳 550002;2.贵州省特种水产工程技术中心,贵州 贵阳 550025)摘要:为提高卫星影像对复杂山区烤烟种植区的提取精度,以高分六号 2 m 分辨率卫星影像作为遥感数据源,基于多时相卫星遥感影像序列,根据烤烟不同生长期的卫星影像特征,采取面向对象分类方法,分别完成 3 个不同时相卫星影像的烤烟种植区初步提取,再利用多时相植被指数规则初步提取烤烟种植区,最后通过交叉验证获取烤烟种植区域,并完成精度验证。结果表明,研究方法能较为准确地提取复杂山区烤烟种植区,能够保持较低的错分率(5.3%),提取精度达
3、 94.67%,较基于单一时相卫星影像提取烤烟种植区域精度(90%)明显提升。关键词:遥感;卫星影像;烤烟;面向对象分类方法中图分类号:S572文献标识码:A文章编号:2095-1795(2023)01-0067-04DOI:10.19998/ki.2095-1795.2023.01.012Extraction of Flue-cured Tobacco in Complex Mountainous AreaBased on Multi-temporal Satellite ImagesLIU Yun1,SONG Shanhai1,LI Xue1,LIAO Yao1,LI Huixuan1,W
4、ANG Wei2(1 Guizhou Ecological Meteorological and Satellite Remote Sensing Center,Guiyang Guizhou 550002,China;2 Guizhou Engineering and Technology Center of Special Fisheries,Guiyang Guizhou 550025,China)Abstract:In order to improve extraction accuracy of satellite images for complex mountainous tob
5、acco planting areas,Gaofen No.6 2 mresolution satellite images were used as remote sensing data sourcesBased on multi temporal satellite remote sensing image sequencesand satellite image features of different growth stages of tobacco,an object-oriented classification method was adopted to completepr
6、eliminary extraction of tobacco planting areas from three different temporal satellite imagesmulti temporal vegetation index rules wereused for preliminary extraction of tobacco planting areas,and finally obtaining tobacco planting areas through cross validation,andcompleting accuracy verificationRe
7、sults showed that research method could accurately extract complex mountainous tobacco plantingareas,maintain a low misclassification rate(5.3%),and achieve an extraction accuracy of 94.67%,significantly improving accuracyof extracting tobacco planting areas based on a single temporal satellite imag
8、e(90%)Keywords:remote sensing,satellite imagery,flue-cured tobacco,object-oriented classification method0引言烤烟是我国重要的经济作物,其种植和产量受到严格管控,其定量化管理对维护市场秩序有着重要意义1。卫星遥感具有监测范围广、时效性高、使用成本低等特点,在农作物面积监测方面具有广泛的应用。研究者基于多源遥感影像开展了烤烟种植信息的提取:吴孟泉等2应用监督分类法研究了复杂山区烟草种植的提取;董梅等3通过无人机影像对烟草种植面积进行了提取和监测;李天坤4利用面向对象分类方法研究了烟草种植面积的
9、提取;符勇5应用 SAR 雷达卫星研究了烟草产量估测。作物的生长发育随着生育期的变化具有不同的物候特征,其光谱信息也会随之发生改变,因此,基于多时相卫星遥感影像的作物提取更具优势。刘吉凯等6基于多时相 Landsat8 OLI 影像,根据作物农事历,基于作物光谱特征及植被指数,采用决策树分类模型,完成了对研究区的种植结构信息提取;邓刘洋等7基于光谱特征及地块信息开展了多收稿日期:2022-10-18修回日期:2022-12-23基金项目:贵州省科技计划项目(黔科合基础-ZK2022 一般 278)作者简介:刘芸,硕士,工程师,主要从事卫星遥感应用研究E-mail:李雪,通信作者,硕士,副高级工
10、程师,主要从事卫星遥感应用研究E-mail:第 13 卷 第 1 期农业工程Vol.13No.12023 年 1 月AGRICULTURAL ENGINEERINGJan.2023时相遥感影像的冬小麦种植面积提取。但目前基于多时相卫星影像的烤烟种植区域提取还很少见。贵州省是我国烤烟生产大省,2019 年烤烟播种面积为 13 万 hm2,居全国第 2 位,产量为 21.58 万 t,居全国第 3 位,占全国总产量的 10.68%8-9。贵州地处云贵高原,地形以喀斯特山地丘陵为主,耕地资源匮乏且分散,耕地细碎化,传统单一时相卫星遥感数据无法满足耕地细碎化条件下作物提取的精度。为进一步提升卫星遥感影
11、像对烤烟种植区域的提取精度,基于多时相影像序列,根据烤烟不同生长期的物候特征,构建多时相烤烟种植区域提取模型,完成研究区域烤烟种植区域提取。1研究区概况及影像选择与预处理1.1研究区概况石阡县(1074410833E,27172742N),隶属于贵州省铜仁市,位于贵州省东北部,铜仁市西南部,总面积为 2 173 km2。石阡县为典型贵州山地地貌,山地面积占 77.3%,丘陵、谷地占 22.7%。石阡县属中亚热带季风湿润气候区,年平均气温 17.6 C,年降雨量 1 301.2 mm,年日照时数 1 060.4 h10。研究区位于贵州省铜仁市石阡县西部,包括河场坝乡、本庄镇、白沙镇和聚凤乡 4
12、个乡镇,占地面积 690.6 km2,烤烟为该地区重要的经济作物。1.2卫星影像资料选择及预处理农作物在生长发育不同阶段会表现出不同的物候特征,这就造成了其在卫星影像上的光谱差异11。烤烟大田生育期分为还苗期、伸根期、旺长期和成熟期等阶段,如表 1 所示4。因此,选择 2019 年 5 月 23 日(还苗伸根期)、7 月 3 日(旺长期)及 8 月 13 日(成熟期)的高分六号 2 m 分辨率卫星影像资料,并对卫星影像进行辐射定标、大气校正、正射校正和影像融合等预处理。2研究方法2.1技术路线烤烟种植区域提取流程如图 1 所示。2.2烤烟种植区光谱特征及植被指数特征分析2.2.1光谱特征分析根
13、据外业 GPS 调查采集到的样本点,将研究区地物大致分为烤烟、其他植被、水体、建设用地和裸地5 种地物类型,统计每一类地物样本点在不同时相卫星影像上的光谱特征,并绘制其光谱曲线,如图 2 所示。结合实际调研和图 2 可知,烤烟在 5 月还苗生根期为覆膜种植,其光谱曲线与建设用地及裸地相似;而到了 7、8 月,烤烟叶片迅速生长,其光谱曲线明显呈现出植被的特征,即在第 2 波段的 DN 值高于第 3 波段,并且第 4 波段上的 DN 值明显增大,但烤烟与其他植被的光谱差异体现在近红外波段烤烟 DN 值明显大于其他植被。7 月烤烟处于旺长期,因此,其在第 2 波段(绿波段)的 DN 值明显高于 8
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