[發明專利]基于哨兵數據和類胡蘿卜素時序特征的玉米制圖方法

在審

• 申請號: 202011328699.6
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN114544508A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 邱炳文;黃瑩澤;蔣范晨
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/25
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

本發明涉及一種基于哨兵數據和類胡蘿卜素時序特征的玉米制圖方法。該方法基于哨兵影像數據計算植被指數、類胡蘿卜素和葉綠素指數，建立三種指數的年內時序數據集，逐像元檢測每個生長周期內類胡蘿卜素時序變化特征，綜合生長期類胡蘿卜素全距和標準差，建立生長期類胡蘿卜素變化特征指標，進而設計農作物生長期葉綠素極值指標，進行玉米制圖。本發明利用玉米在生長盛期內葉綠素含量明顯偏高以及整個生長期內胡蘿卜素含量變異性更為顯著的特點，通過探索整個生長期內農作物色素變異性特征，用于農作物制圖。對比其他方法而言，具有魯棒性好、自動化程度與抗干擾能力強、適用于大范圍農作物高精度制圖等特點。

技術領域

本發明涉及農作物生長監測技術領域，具體涉及一種基于哨兵數據和類胡蘿卜素時序特征的玉米制圖方法。

背景技術

快速準確獲取大范圍農作物種植分布數據，對于確保糧食安全至關重要。傳統的農業抽樣調查方法，數據獲取成本高、耗時長并且難以避免實現研究區域全覆蓋。遙感影像具有時效性強、覆蓋范圍大的特點，在農田調查特別是農作物分布信息提取中越來越發揮重要作用。但由于不同類型的農作物光譜具有一定的相似性，而同一種農作物光譜在不同區域和不同年份具有很強的異質性，給常規基于光譜的農作物制圖方法帶來挑戰。基于時序遙感影像的農作物制圖已經成為農作物遙感的前沿發展方向。

玉米作為全球種植范圍最廣、產量最高的糧食作物，在全球農業生產中具有重要地位。快速準確獲取大范圍的玉米種植面積及其空間分布，對于科學預測全球糧食安全態勢具有重要作用。由于農作物生長期普遍均在半年以內，因此對農作物遙感監測所需的時序遙感數據提出了較高的要求。MODIS遙感數據具有每日覆蓋全球、時效性高的優勢，因此在大尺度農作物遙感監測中得到很好的應用。在農作物遙感監測領域，已有學者提出了基于MODIS時序遙感數據的系列大宗農作物遙感監測技術方法。如基于生長盛期NMDI增減比值指數的玉米自動制圖方法以及基于分蘗-抽穗關鍵物候期水體與植被指數變化比值指數的水稻制圖方法。這些農作物制圖方法通過巧妙鎖定關鍵物候期提取不同農作物獨特的時序變化特征，能有效地實現大范圍多年分農作物分布信息自動提取。但不足之處在于MODIS數據的分辨率較低，混合像元問題比較突出。

Sentinel-2數據，具有10米空間分辨率、5天時間分辨率，并且免費提供公眾使用。哨兵數據特有的三個紅光邊沿波段，在農作物遙感監測方面具有巨大潛力。但哨兵數據作為一種較為新型的遙感時序數據，基于哨兵時序數據的農作物制圖技術方法相對匱乏。如果完全照搬借用基于MODIS時序影像的農作物制圖方法，其不足之處在于：其一，哨兵影像數據時間分辨率畢竟不如MODIS時序數據，特定關鍵物候期如生長盛期哨兵數據可能僅僅少數幾期影像，難以全面刻畫描述特定農作物特征；其二，未能很好地利用哨兵影像數據的優勢，未能有效地利用哨兵紅光邊沿波段信息，充分發揮其在農作物制圖領域的潛力。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于哨兵數據和類胡蘿卜素時序特征的玉米制圖方法，克服中高分辨率遙感影像數據可獲得性有限導致的農作物制圖方法難以大范圍推廣應用的技術瓶頸，確保玉米制圖方法的適用性與魯棒性。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于哨兵數據和類胡蘿卜素時序特征的玉米制圖方法，包括以下步驟：

步驟S1:基于哨兵波段的反射率數據，構建研究區植被指數、類胡蘿卜素、葉綠素指數時序數據集；

步驟S2:根據得到的研究區植被指數時序數據集，逐像元獲取農作物生長期；

步驟S3:根據生長期類胡蘿卜素指數時序數據集,構建農作物生長期類胡蘿卜素變化特征指標;

步驟S4:根據生長期葉綠素指數時序數據集,提取農作物生長期葉綠素極值指標；

步驟S5:結合農作物生長期類胡蘿卜素變化特征指標、生長期葉綠素指數極值指標，構建玉米制圖判別模型；

步驟S6:根據玉米制圖判別模型，獲得研究區玉米空間分布圖。

進一步的，所述步驟S1具體為：