[發明專利]一種基于頻率特征的耕地復種指數提取方法

有效

• 申請號: 201310466137.1
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN103500421B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 邱炳文;范占領
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06Q50/02
• 分類號: G06Q50/02;G06K9/46
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及農業遙感技術領域，特別是一種基于頻率特征的耕地復種指數提取方法。

背景技術

復種指數(cropping?index,CI)是一塊耕地一年內種植農作物的次數。按照種植的次數，可以分為一熟、二熟、三熟制種植模式。逐步提高與穩定復種指數，鼓勵有條件的地區實施二熟、三熟制種植模式，對于確保我國糧食安全至關重要。

準確高效地獲取全國耕地復種指數，及時掌握農作物種植模式，成為我國農業領域面臨的重要課題。目前耕地復種指數的提取方法有兩種：其一為土地調查與農業統計，其二為基于遙感的方法。前一種方法雖然簡單易行，但受統計口徑與人為因素的干擾大，難以滿足大范圍、高時效性快速監測的需求。因此基于遙感技術的耕地復種指數提取方法成為研究的熱點問題。

目前基于遙感技術的耕地復種指數提取方法大多以植被指數時序數據為基礎，首先通過各種濾波去噪的方法獲得平滑的年內植被指數變化曲線，然后依據峰值法及其相關方法進行不同熟制判別。由于數據噪聲、不同地區管理措施與短期氣候變化的影響，導致峰值數與熟制之間并非一一對應關系，直接影響到峰值法及其相關方法的推廣與使用。雖然可以通過一定的閾值對出現的峰值加以限制，但閾值設置存在區域適應性與局限性。因此目前需求需要一種簡單易行并且具有推廣價值的耕地復種指數提取方法。

發明內容

本發明的目的在于充分利用一熟制、二熟制、三熟制種植模式下植被指數年內時序原始數據信號在不同尺度上的變化頻率與幅度特征，進行耕地復種指數提取，具有自動化程度高、分類精度高以及便于推廣使用等優點。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于頻率特征的耕地復種指數提取方法，其特征在于：基于時序遙感影像，利用多尺度小波變換，分別依次獲得月尺度時序信號以及季節尺度時序信號，依據其變化頻率與幅度特征建立熟制判別標準，從而有效地提取耕地復種指數，其具體包括以下步驟：

S01：基于N天合成的植被指數遙感數據，逐像元建立研究區某個年份的植被指數年內時序原始數據，N為大于1的自然數；

S02：通過閾值法剔除研究區非植被單元；

S03：基于植被指數年內時序原始數據，通過多尺度小波變換，分別依次獲得月尺度以及季節尺度時序信號；

S04：綜合月尺度與季節尺度時序信號的變化規律，建立三熟制判別標準，進行三熟制種植識別；

S05：依據季節尺度時序信號的變化規律，建立二熟制判別標準，進行二熟制種植識別；

S06：統計研究區內一熟制、二熟制、三熟制的像元個數，確定研究區耕地復種指數。

進一步的，所述的多尺度小波變換的流程為：首先對植被指數年內原始時序信號做1次小波變換，分別獲得低頻成分A₁和高頻成分D₁，然后繼續對低頻成分A₁進行小波變換，進一步獲得第二次小波變換后的低頻成分A₂和高頻成分D₂，接下來繼續對低頻成分A₂進行小波變換，以此類推，直至依次獲得大致對應月尺度以及季節尺度上的時序信號為止。

進一步的，所述三熟制判別標準是依據月尺度和季節尺度時序信號的變化幅度特征來建立。

進一步的，所述二熟制判別標準是依據不同季節尺度時序信號的變化頻率特征來建立。

進一步的，所述建立三熟制判別標準的依據為：三熟制種植在月尺度時序信號的變化幅度比季節尺度時序信號的變化幅度更強，而一熟制、二熟制的月尺度時序信號的變化幅度均弱于季節尺度時序信號的變化幅度。

進一步的，所述建立二熟制判別標準的依據為：二熟制種植在季節尺度上的時序信號具有峰谷峰谷的變化特征，而一熟制種植僅有谷峰谷的變化特征。

相較于現有技術，本發明具有基本不依賴先驗知識、魯棒性好、分類精度高、自動化程度高等特點，主要表現在：

1、通過多尺度小波變換的方法，將植被指數年內時序原始數據分別轉換為月尺度、季節尺度時序信號，無形中消除了小于月尺度以內的細節信號，因此既保留了原始信號的主要特征，同時也具有很強的抗噪能力；

2、巧妙利用三熟制種植模式在月尺度上植被指數時序信號變化幅度偏強的特點，進行三熟制種植識別；

3、巧妙利用二熟制種植在季節尺度上的時序信號具有峰谷峰谷的變化特征，而一熟制種植僅有谷峰谷的變化特征，依據其變化頻率特征，進行二熟制種植識別；

4、所需參數少，不需要人為干預，方法簡單明了，具有很好的推廣使用價值。

附圖說明