[發明專利]引入地形因子的黑土區大豆生物量多時相遙感反演方法

在審

• 申請號: 201811073363.2
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109325433A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 張新樂;徐夢園;劉煥軍;潘越;楊昊軒;鮑依臨
• 申請（專利權）人: 東北農業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/36;G06F16/29
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 何強

本發明公開了引入地形因子的黑土區大豆生物量多時相遙感反演方法，包括如下步驟：步驟一，地形特征信息獲?。徊襟E二，生物量樣本數據獲?。徊襟E三，獲取植被指數；步驟四，分段建模；步驟五，建立反演模型；步驟六，生物量預測；步驟七，生成圖層；其中在上述的步驟一中，實地測量裸土期內地塊高精度DEM數據，使用定位精度為厘米級的海星達iRTK2對研究區地塊進行實地測量；本發明，在傳統植被指數基礎上，創新性的加入地形相關因子，不僅提高了傳統模型的精度和穩定性，而且也能夠對作物生長多時期反演估算；同時，解決了以往單純用植被指數模型精度不高，穩定性不強的問題，也解決了生物量反演時空不連續的問題。

技術領域

本發明涉及大豆生物量多時期精準反演與監測技術領域，具體為引入地 形因子的黑土區大豆生物量多時相遙感反演方法。

背景技術

生物量是作物長勢監測的重要指標，單位面積生物量反映了作物群體長 勢，是作物產量估算的基礎。生物量估算是服務現代農業的一項重要內容， 及時準確的生物量模擬為田塊尺度作物精準管理提供技術支持，對國家農業 決策、農田生產管理、糧食倉儲安全等都有重要意義。

傳統地面調查監測的統計模型與物理模型難以實用化，無論是從時間還 是從空間角度來獲取生物量，都有一定難度和局限；隨著遙感技術的發展， 較高空間分辨率遙感數據可以準確捕獲農田土壤與作物信息，能更為快速、 準確、高效、無破壞地對生物量進行估算。目前基于傳統遙感植被指數的估 算模型方法因素單一，精度和穩定性低，且無法對作物生長過程連續性表征， 難以滿足田塊尺度精準管理的要求,因此，設計引入地形因子的黑土區大豆生 物量多時相遙感反演方法是很有必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供引入地形因子的黑土區大豆生物量多時相遙感反 演方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

引入地形因子的黑土區大豆生物量多時相遙感反演方法，包括如下步驟： 步驟一，地形特征信息獲??；步驟二，生物量樣本數據獲?。徊襟E三，獲取 植被指數；步驟四，分段建模；步驟五，建立反演模型；步驟六，生物量預 測；步驟七，生成圖層；

其中在上述的步驟一中，實地測量裸土期內地塊高精度DEM數據，使用 定位精度為厘米級的海星達iRTK2對研究區地塊進行實地測量；將得到的780 個精確坐標和高程點，在ArcGIS中生成TIN圖層，并轉成高精度DEM柵格數 據，并提取地形特征信息；

其中在上述的步驟二中，分時段采集大豆整個生長期內，多期生物量樣 本數據，在大豆生長期批次均勻采樣，覆蓋整個樣區，每個樣點面積為 2.2m×2m；統計每個樣點大豆株數，并在其中隨機選取若干株長勢均勻的植 物樣本，齊根剪取；在實驗室中，將植物樣品于80℃恒溫烘干，獲得植物 地上部分干生物量；用以下公式：W_j＝w_jk×n/k，將其換算成采樣點1m×1 m區域內大豆的地上干生物量；

其中在上述的步驟三中，訂購研究區地塊大豆生長各時期高精度遙感影 像，進行正射校正和地形校正，提取植被指數；

其中在上述的步驟四中，根據作物生長不同時期狀況，提取對應樣點地 形和對應時期的植被指數信息，進行分段建模；

其中在上述的步驟五中，在SPSS中，隨機選取各時期樣本數目的三分之 二建模，三分之一驗證；模型建立需要將植被指數、地形特征與作物生物量 的相關性進行分析，選取相關系數最高的植被指數和海拔、坡度、坡向因子 為備選估測因子，分別建立單一植被指數模型和引入地形因子的多元回歸、 神經網絡、隨機森林模型；模型構建前，為避免輸入變量之間的相關性的影 響，減少變維系數，先對上述變量進行主成分提取，建立基于主成分的大豆 地上干生物量預測反演模型；