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基于花后累积地上生物量比例的冬小麦动态收获指数估算

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农业工程学报 2022年第7期38卷 189-199页

作者：张宁丹任建强吴尚蓉中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 农业农村部农业遥感重点实验室北京100081

针对已有基于遥感信息的收获指数估算对籽粒灌浆过程中作物生物量变化和收获指数变化过程考虑不足且估算精度有待进一步提高的现状,该研究以冬小麦为研究对象,基于冠层高光谱数据、地上生物量和动态籽粒产量等数据,在提出灌浆至成熟阶... 详细信息

针对已有基于遥感信息的收获指数估算对籽粒灌浆过程中作物生物量变化和收获指数变化过程考虑不足且估算精度有待进一步提高的现状,该研究以冬小麦为研究对象,基于冠层高光谱数据、地上生物量和动态籽粒产量等数据,在提出灌浆至成熟阶段动态收获指数(Dynamic Harvest Index, DHI)和构建花后累积地上生物量比例动态参数(Dynamic f_(G), D-f_(G))基础上,提出了敏感波段中心构建归一化差值光谱指数(Normalized Difference Spectral Index, NDSI)估算D-f_(G)的作物动态收获指数估测技术方法并进行精度验证。在此基础上,通过敏感波段宽度扩展确定了冬小麦D-f_(G)估算敏感波段最大宽度,并实现了最大波宽下D-f_(G)和DHI的遥感获取。结果表明,筛选的5个敏感波段中心λ(366 nm, 489 nm)、λ(443 nm, 495 nm)、λ(449 nm, 643 nm)、λ(579 nm, 856 nm)、λ(715 nm, 849 nm)构建NDSI进行D-f_(G)遥感估算均达到了较高精度水平,均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)在0.036~0.050之间,归一化均方根误差(Normalized Root Mean Square Error, NRMSE)在10.46%~14.59%之间;基于敏感波段中心的DHI估算中,RMSE在0.039~0.053之间,NRMSE在10.50%~14.28%之间;估算D-f_(G)的5个敏感波段中心最大波段宽度分别为30、68、58、20和86 nm,基于最大波宽获取DHI估算结果中,RMSE在0.054~0.055之间,NRMSE在14.38%~14.65%之间。可见,该研究所提收获指数遥感估算方法具有一定的可行性,为获取冬小麦动态收获指数提供了新思路和新方法,也为窄波段高光谱卫星遥感和宽波段多光谱卫星遥感获取大范围作物收获指数空间信息提供一定技术参考。

关键词：遥感高光谱冬小麦动态收获指数敏感波段波段扩展

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生态涵养区农村居民点内部用地结构特征研究

农业机械学报 2022年第3期53卷 189-196页

作者：唐秀美刘玉任艳敏杨亚楠北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097 农业农村部农业遥感机理与定量遥感重点实验室北京100097

科学划分农村居民点内部用地土地利用类型,并对其结构进行系统分析,是编制村庄发展规划和实施差异化整治措施的基础。以北京市密云区为例,基于细化分类的农村居民点内部用地数据和密云水库保护区范围,综合运用Weaver-Thomas组合系数法... 详细信息

科学划分农村居民点内部用地土地利用类型,并对其结构进行系统分析,是编制村庄发展规划和实施差异化整治措施的基础。以北京市密云区为例,基于细化分类的农村居民点内部用地数据和密云水库保护区范围,综合运用Weaver-Thomas组合系数法、洛伦兹曲线、基尼系数和景观格局分析等方法,分析农村居民点内部用地结构特征。结果表明:密云区农村居民点以生活空间为主,生产空间和生态空间为辅,居住、农业生产、工业生产和商旅服务是主要的用地类型;农村居民点内部生活空间的分布最均衡,其次是生产空间,生态空间用地类型最不均衡,水源保护区内的农村居民点用地生态空间面积比例高于区外。农村居民点内部用地类型较为混合,景观破碎;比较而言,水源保护区内的景观相对聚集和规则,说明水源保护区的划定和管理对农村居民点内部用地结构有一定影响。研究结果可为村庄用地的有序整治与高效利用提供依据。

关键词：农村居民点内部用地结构水源保护区均衡度密云区

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遥感技术农业资源台账建设应用潜力分析

中国农业资源与区划 2022年第11期43卷 145-154页

作者：李映祥张华滕飞王利民季富华中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 农业农村部农业遥感重点实验室北京100081

[目的]为了系统地分析遥感技术在农业资源台账建设中的应用潜力。[方法]文章通过文献研究,阐述了农业资源台账的研究现状,分析了农业资源遥感监测数据源与监测技术的发展趋势,研判了当前遥感技术在农业资源台账建设中的应用潜力。[结果]... 详细信息

[目的]为了系统地分析遥感技术在农业资源台账建设中的应用潜力。[方法]文章通过文献研究,阐述了农业资源台账的研究现状,分析了农业资源遥感监测数据源与监测技术的发展趋势,研判了当前遥感技术在农业资源台账建设中的应用潜力。[结果](1)农业资源台账的建设内容主要包括农业资源清单、农业资源评价两个方面,具有空间与时间两种属性。(2)农业遥感数据源向着高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率的方向发展,其监测技术向着多源遥感数据融合应用、智能分类、多维海量数据高效计算的方向发展。(3)遥感技术可对农业资源清单中的主要农业自然资源和社会经济资源的信息进行获取,对农业资源组分评价与农业生态系统整体评价也有很大潜力。[结论]总的来看,农业资源台账建设内容不断丰富,遥感技术在农业资源台账建设中的应用能力显著提升,其应用潜力仍有很大的上升空间,对高效开展农业资源台账建设具有积极作用。

关键词：农业资源台账建设遥感技术应用潜力

新一代信息技术对农产品追溯系统智能化影响的综述

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农业工程学报 2020年第5期36卷 182-191页

作者：钱建平吴文斌杨鹏中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部农业遥感重点实验室北京100081

从为应对疯牛病问题至今,追溯系统作为农产品及食品质量安全保障的有效手段引入已有近30a,如何降低追溯断链化、增强追溯可信度、提升质量预警力,已成为追溯系统研究的热点,也是应用中亟待解决的问题。该文基于国内外相关文献,瞄准热点... 详细信息

从为应对疯牛病问题至今,追溯系统作为农产品及食品质量安全保障的有效手段引入已有近30a,如何降低追溯断链化、增强追溯可信度、提升质量预警力,已成为追溯系统研究的热点,也是应用中亟待解决的问题。该文基于国内外相关文献,瞄准热点问题,综述了新一代信息技术对农产品追溯系统智能化的影响。首先,提出了追溯系统从1.0到3.0的发展历程,总结了追溯系统1.0以信息记录为主、2.0以数据整合为主、3.0以智能决策为主的核心特征;其次,描述了以物联网、大数据、云计算、人工智能、区块链等为核心的新一代信息技术之间在信息感知、数据处理、高效计算、智能分析、加密防伪等方面各有侧重又相互关联的内在关系,分析了大数据、人工智能及区块链的发展趋势;最后,从人工智能技术降低追溯过程断链程度、大数据技术提升质量安全预警能力、区块链技术增强全程追溯可信度等3个方面,综述了相关研究,结合发展趋势提出了深入研究的方向,即人工智能从供应链内部及供应链之间提升追溯粒度,大数据从微观、中观及宏观层面实现预测与优化,区块链从追溯区块结构优化、隐私保护及共识算法等方面增强追溯可信度。该文为把握农产品追溯系统发展趋势、研究热点、应用瓶颈提供有益参考。

关键词：农产品追溯新一代信息技术人工智能大数据区块链食品安全

NDVI时序相似性对冬小麦种植面积总量控制的制图精度影响

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农业工程学报 2021年第9期37卷 127-139页

作者：李方杰任建强吴尚蓉张宁丹赵红伟中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 农业农村部农业遥感重点实验室北京100081

遥感技术获取的区域作物面积与作物面积统计数据间常常存在不一致的问题,这在一定程度上影响了作物分布遥感制图信息的应用。为获得与作物面积统计数据一致的高精度作物分布遥感制图信息,该研究以河北省衡水市武邑县为研究区,以时序Sent... 详细信息

遥感技术获取的区域作物面积与作物面积统计数据间常常存在不一致的问题,这在一定程度上影响了作物分布遥感制图信息的应用。为获得与作物面积统计数据一致的高精度作物分布遥感制图信息,该研究以河北省衡水市武邑县为研究区,以时序Sentinel-2遥感影像生成的归一化差值植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)为研究数据,将冬小麦面积目视解译数据作为遥感提取的区域冬小麦面积总量参考,提出基于复合型混合演化算法(Shuffled Complex Evolution-University of Arizona,SCE-UA)和区域作物种植面积总量控制的NDVI时序相似性阈值优化冬小麦分布制图方法,并进行精度验证。在此基础上,进一步开展不同生育阶段NDVI时序相似性及其相似性组合的冬小麦分布提取精度对比研究。结果表明,利用全生育期NDVI时序相似性获得的冬小麦分布制图结果总量精度达99.99%以上,总体精度达98.08%,Kappa系数为0.96,可以保证遥感提取的区域冬小麦面积与冬小麦种植面积总量控制参考间的高度一致性且能获得较高的作物遥感识别精度。从不同生育阶段NDVI时序相似性及其相似性组合的冬小麦分布提取结果可知,利用出苗期-分蘖期、返青期-拔节期的NDVI时序可获得高精度冬小麦分布提取结果,而利用抽穗期-成熟期的NDVI时序数据提取冬小麦结果则精度较低,且综合不同生育阶段NDVI时序数据有利于冬小麦制图精度的提高。该研究可为高精度冬小麦分布提取和制图技术及其方案优化提供一定参考依据,也可为遥感数据和作物面积统计数据融合的大范围农作物分布遥感制图及统计数据空间化提供一定技术方法参考和思路借鉴。

关键词：遥感作物制图冬小麦相似性全局优化算法 NDVI时序

光谱变换和光谱分辨率对土壤有机质含量估测精度的影响

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中国土壤与肥料 2023年第3期 184-193页

作者：张霄羽姚艳敏颜祥照北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部农业遥感重点实验室北京100081

利用高光谱遥感数据结合统计建模是当前土壤有机质(SOM)含量高光谱估测的主要方法。为了探讨SOM含量高光谱估测适宜的光谱变换方法和光谱分辨率,以黑龙江省建三江黑土区土壤样本为研究对象,采用SR-6500便携式光谱仪在实验室测量土样的... 详细信息

利用高光谱遥感数据结合统计建模是当前土壤有机质(SOM)含量高光谱估测的主要方法。为了探讨SOM含量高光谱估测适宜的光谱变换方法和光谱分辨率,以黑龙江省建三江黑土区土壤样本为研究对象,采用SR-6500便携式光谱仪在实验室测量土样的光谱反射率。对土壤光谱数据重采样为1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 nm共12种光谱分辨率,经过Savitzky-Golay光谱曲线平滑处理后,将光谱反射率R进行反射率倒数1/R、对数logR、倒数对数log(1/R)、对数倒数1/logR、一阶导数R′、倒数一阶导数(1/R)′、对数一阶导数(logR)′、倒数对数一阶导数[log(1/R)]′和对数倒数一阶导数(1/logR)′共10种光谱变换;利用多元线性逐步回归(MLSR)和偏最小二乘回归(PLSR)的方法建立SOM含量估测模型。结果表明:(1)1/R和(1/R)′光谱变换对于提高SOM含量估测精度的效果较好,其中1/R光谱变换的SOM含量估测精度R^(2)_(val)均高于0.87,(1/R)′光谱变换的SOM含量估测精度R^(2)_(val)均高于0.90;(2)5、10 nm光谱分辨率对于1/R和(1/R)′光谱变换下的MLSR与PLSR估测SOM含量的精度都较高,为较适宜的光谱分辨率;(3)SOM含量估测的光谱分辨率并非越高越好,适度的降低光谱分辨率以及选择合适的光谱变换方法,不仅可以减少数据处理的工作量,也可以提高SOM含量的估测精度。

关键词：土壤有机质含量高光谱光谱分辨率光谱变换估测

空间自相关性对冬小麦种植面积空间抽样效率的影响

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农业工程学报 2021年第3期37卷 188-197页

作者：王迪仲格吉张影田甜曾妍中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 农业农村部农业遥感重点实验室北京100081

空间抽样是实现区域农作物面积高效估算的重要手段,农作物分布受自然条件等因素影响普遍存在空间自相关性,但以往针对空间相关性对农作物面积抽样效率的影响研究明显不足。该研究选取安徽省凤台县为研究区,通过2017年4月4景GF-1全色多... 详细信息

空间抽样是实现区域农作物面积高效估算的重要手段,农作物分布受自然条件等因素影响普遍存在空间自相关性,但以往针对空间相关性对农作物面积抽样效率的影响研究明显不足。该研究选取安徽省凤台县为研究区,通过2017年4月4景GF-1全色多光谱影像(Panchromatic and Multispectral,PMS)与Google Earth高空间分辨率影像相结合提取研究区冬小麦。设计10种抽样单元尺度、3种抽样外推方法、2种相对允许误差和5种样本布局方式,构建多种冬小麦面积空间抽样方案。利用全局莫兰指数(global Moran’s index)评价不种尺度下抽样单元内冬小麦面积比的空间自相关强度,分析空间自相关性对冬小麦面积抽样效率(抽样误差、样本容量和空间布局)的影响。研究结果表明,抽样单元内冬小麦面积比的空间自相关强度随单元尺度的增大而减小,全局莫兰指数相应地由0.75降至0.50。无论在何种尺度下抽样单元内冬小麦面积比都呈显著的空间正相关性;抽样外推冬小麦面积总体的误差随空间自相关强度的减小呈先减小后明显增大的趋势。在10种抽样单元尺度中,当抽样单元尺度为2000m且抽样比为5%时,无论采用何种抽样方法外推总体的误差均为最小(简单随机抽样、系统和分层抽样外推总体的相对误差分别为17.94%、9.48%和1.82%);当相对允许误差设计为5%时,简单随机抽样外推总体所需样本容量随空间自相关强度的降低从660降至56。而分层抽样的样本容量不受空间自相关性的影响;5种样本布局方式中,采用分层随机抽样方式外推冬小麦面积总体的平均相对误差、平均变异系数和均方根误差最小,分别为1.82%、3.19%和0.11×10^(8)m^(2)。该研究可为有空间自相关存在下的农作物面积空间抽样方案合理设计提供参考依据。

关键词：外推总体误差分析空间抽样冬小麦种植面积 GF-1卫星空间自相关性全局莫兰指数

河南省冬小麦种植频率时空变化及影响因素分析

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中国农业科学 2020年第9期53卷 1773-1794页

作者：李方杰任建强吴尚蓉陈仲新张宁丹中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部农业遥感重点实验室

【目的】通过对河南省2001—2015年间不同时期(2001—2005、2006—2010及2011—2015年)冬小麦种植频率(winter wheat planting frequency,WWPF)时空变化及其主要影响因素定量分析,进一步明晰区域作物种植频率变化时空变化分布特征和主... 详细信息

【目的】通过对河南省2001—2015年间不同时期(2001—2005、2006—2010及2011—2015年)冬小麦种植频率(winter wheat planting frequency,WWPF)时空变化及其主要影响因素定量分析,进一步明晰区域作物种植频率变化时空变化分布特征和主要影响因素顺序。【方法】以河南省为研究区,冬小麦为研究作物,在利用中低分辨率MODIS EVI时序遥感数据和CART决策树算法进行连续15年(2001—2015年)作物种植空间分布信息提取基础上,获取了研究区不同时期冬小麦种植频率空间信息。在此基础上,开展不同时期冬小麦种植频率时空变化分析,并利用相关分析、主成分分析和线性回归分析等数理统计方法对不同时期研究区种植频率变化的影响因素进行分析,最终确定主要影响因素的重要性排序。【结果】基于MODIS EVI时序遥感数据和CART决策树算法可获得河南省较高精度连续多年冬小麦种植空间分布信息,经验证,研究区冬小麦遥感提取平均总体精度为90.39%,Kappa系数在0.82—0.92之间,可满足区域冬小麦种植频率变化研究所需作物空间分布精度要求;通过分析河南省不同时期冬小麦种植频率时空变化信息,省域内冬小麦主产区大部分具有较高的冬小麦种植频率(WWPF>80%),而豫西南和豫南等山区由于地形复杂、自然条件较差导致冬小麦种植频率普遍较低(WWPF≤40%)。此外,3个时段期间,河南省冬小麦主产区高频种植冬小麦面积呈逐步增加趋势,WWPF>80%的面积比例分别为42.68%、59.94%和63.07%,低频种植面积呈减小趋势,WWPF≤40%的面积比例分别为28.53%、17.99%和16.63%,这对我国冬小麦主产区稳定粮食种植面积具有重要意义;从冬小麦种植频率影响因素分析结果看,河南省冬小麦种植频率与有效灌溉面积比例、土壤质量综合指数、播期气候适宜度、坡度和高程等指标间均存在显著的相关性,且除与坡度、高程呈负相关外,与其余因素均为正相关关系。以上指标对河南省冬小麦种植频率变化影响程度的排序结果为土壤综合质量指数>播期气候适宜度>有效灌溉面积比例>坡度(高程),即土壤质量>播期气候条件>灌溉条件>地形条件。【结论】通过对河南省冬小麦种植频率时空变化及其影响因素进行定量分析,明确了河南省冬小麦种植频率时空分布特征和变化规律,明晰了河南省区域冬小麦种植频率变化影响因素及其重要性排序,为开展作物种植面积变化分析提供了一定技术方法和思路借鉴,为区域农业土地利用决策模型构建提供一定基础理论支撑。

关键词：河南省冬小麦作物面积提取作物种植频率时空变化影响因素

我国农业水土资源监测与信息服务体系发展战略研究

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中国工程科学 2022年第1期24卷 64-72页

作者：查燕吴文斌余强毅梁社芳陆苗钱建平唐华俊中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 农业农村部农业遥感重点实验室北京100081

耕地和水资源极为宝贵,农业水土资源的合理开发利用事关国家粮食安全、生态安全与资源安全;实时准确地监测并获取农业水土资源数量及其利用状况信息,对国家稳定、民生福祉、经济社会至关重要。本文梳理了我国农业水土资源监测与信息服... 详细信息

耕地和水资源极为宝贵,农业水土资源的合理开发利用事关国家粮食安全、生态安全与资源安全;实时准确地监测并获取农业水土资源数量及其利用状况信息,对国家稳定、民生福祉、经济社会至关重要。本文梳理了我国农业水土资源监测与信息服务体系发展现状和面临的问题,阐述了水土资源监测与信息服务管理系统构架,针对性提出了领域发展目标:提高农业水土资源利用率和产出率、优化水土资源空间配置,实现农业资源环境监测的自动化、智能化、无人化以及监测信息服务的市场化、社会化。研究分析了在信息技术与农业深度融合的新形势下,未来我国农业水土资源监测的技术发展路线,从基础设施建设、核心技术研发与集成、信息服务三方面提出了重大项目建议。研究认为,加强顶层统筹布局规划,加大科技创新,搭建重要农业资源监测共享平台,推动"政产学研用"协同发展,注重高端人才培养,可为我国农业水土资源监测发展提供坚实保障。

关键词：农业水资源土地资源资源监测信息服务 “天空地”一体化