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1、26卷第6期资 源 科 学Vol.26,No.62004年11月RESOURCESSCIENCENov.,2004基于MODIS时序NDVI特征值提取多作物播种面积的方法杨小唤,张香平,江 东(中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101) 摘要:MODIS数据的1、2波段是具有250m空间分辨率的红和近红外波段,并具有较高的时间分辨率,可对农作物进行动态跟踪监测。随着农作物的生长,NDVI值逐渐增大,并在一定生育期达到最大值后开始下降。由于不同作物具有不同的生育期,NDVI峰值的大小、出现的时间各不相同。通过对北京市主要农作物的种植结
2、构调查和3月中旬到11月上旬的不同作物的NDVI值采样分析,得出:①冬小麦NDVI值3月下旬相对较高,5月上旬最大;②春玉米的NDVI峰值出现于8月上旬;③夏玉米的NDVI峰值出现于8月中旬;④大豆的NDVI峰值也出现在8月中上旬,可通过物候历与春玉米区分开来(春玉米是单季作物,大豆是双季作物),通过峰值大小与夏玉米区分开来。结合北京市1:10万土地利用数据,通过NDVI值时序变化规律从MODIS数据中提取了冬小麦、春玉米、夏玉米、大豆等作物的种植面积,总体精度达到95%以上。关键词:农作物;种植面积;MODIS数据;NDVI中图分类号:S12
3、6;S127(01) 文献标识码:A 文章编号:1007-7588(2004)06-0017-061 引言我国应用遥感技术进行农作物估产研究是从1981年开始的,1990年以前属于起步阶段,只开展[1]了单一作物品种的遥感估产试验。到“八五”期间,遥感估产成为国家科技攻关内容,开展了小麦、[2～6]玉米和水稻大面积遥感估产试验研究,在1993年～1996年的4年间分别对4省2市(河北、山东、河南、安徽北部和北京市、天津市)的冬小麦,湖北、江苏和上海市的水稻,吉林省的玉米种植面积、长[7]势和产量开展监测预报。通过“九五”的深化提高,我国的农
4、作物遥感估产已进入实用化的运行,在作物生长期内,每旬按品种向国家有关部门提交全国作物长势分析报告,在作物收获前的2周～3周内提交准确的产量预报,并对国际上部分粮食主产国进行产量估算,为国家粮食供需平衡及国际粮食贸易决策提供科学依据。尽管我国农作物遥感估产技术发展较快,但如何自动提取多种作物播种面积数据和空间分布信[7]息仍然需要研究。目前获取不同作物播种面积的主要方法是地面农情采样,即首先根据地面农情采样获取各种作物当年种植成数,再根据区域耕地面积得出作物播种总面积。本文以北京市为例,探讨利用高时间分辨率中等空间分辨率的MODIS数据自动提取冬
5、小麦、玉米、大豆等作物播种面积数据及其空间分布信息的技术方法。2 技术方法MODIS数据具有波段多(36个)、时间分辨率高(1天～2天)和中低空间分辨率(250m～1000m)[8]的特点。因此,MODIS数据可以用来动态监测农作物,结合农作物的生长规律,可以将主要作物的收稿日期:2004-03-30;修订日期:2004-05-26基金项目:国家发展计划委员会高技术产业化示范工程项目“北京精准农业示范工程”之课题“作物长势、病虫害遥感监测研究”(编号:A003001005842RS02)。作者简介:杨小唤(1965～),男,安徽潜山人,博士,研
6、究员,主要研究方向是遥感技术应用、数据与信息处理等。E2mail:yangxh@igsnrr.ac.cn©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.18资 源 科 学26卷第6期种植空间分布信息提取出来。各种农作物的生长都有各自的规律,如播种、出苗的日期,何时生长最旺盛,何时开始成熟、收获,[9]同一种作物在同一地区具有相对稳定的生长发育规律。不同作物的物候期的不同,导致反映作物生长的植被指数(NDVI)的时间曲线形态不同,并按一定规律变化。211 农作物种植结构
7、调查与分析农作物种植结构调查的目的是了解研究区域农作物的一般种植规律,为以后的数据处理和模型构建提供基础信息,以保证遥感获取作物面积的精度。通过对10个监测地块及5区县农作物种植结构的调查,得出北京地区种植规律(表1)。表1 北京市耕地播种一般规律Table1CropplantingstructureinBeijing种植模式说明冬小麦-夏玉米传统模式。9月底播种冬小麦,10月初出苗,3月中旬开始返青进入快速生长期,6月15日左右收获;6月18日到20日播种夏玉米,7天～10天后出苗,8月中旬达到生长鼎盛期,9月底收获后又播种冬小麦,以此循环往
8、复。冬小麦-夏大豆与冬小麦-夏玉米模式相似,只是大豆生长鼎盛期在8月上旬,9月底收获后又播种冬小麦。冬小麦-牧草牧草种植比例近年增加,8月中旬至9月中
