[發明專利]一種利用Sentinel-2時間序列影像數據的農作物制圖方法

在審

• 申請號: 202111498150.6
• 申請日: 2021-12-09
• 公開（公告）號: CN114519823A
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 朱建軍;張洪艷;張雁茹;柳向宇;王振江;祁曉樂;苗青
• 申請（專利權）人: 國能生物發電集團有限公司;武漢大學
• 主分類號: G06V20/13
• 分類號: G06V20/13;G06V10/774;G06V10/764;G06K9/62
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 羅飛

本發明涉及一種利用Sentinel?2時間序列影像數據的農作物制圖方法。首先對研究區內的影像進行波段選取、云掩膜的預處理，接著按照玉米生長的物候學規律生成按玉米生長階段合成的影像數據集，并計算歸一化植被指數和歸一化水分指數將其加入影像的波段中，然后創建研究區的樣本點，與對應位置的影像數據集構成樣本對，并使用隨機森林算法對分類模型進行訓練，最后利用訓練好的分類模型得到研究區域玉米的分布圖，并逐像元匯總統計得到研究區域玉米種植面積。本發明利用GoogleEarthEngine云平臺實現了大數據量的存儲與計算，設計分生長階段進行中值合成的方法最大限度地減少了云污染帶來的影響，最終實現快速對玉米的精細化制圖與面積監測。

技術領域

本發明屬于農業遙感技術領域，具體涉及一種利用Sentinel-2時間序列影像數據的農作物制圖方法。

背景技術

我國是農業大國，玉米作為最主要的糧食作物之一，不但對保障國家糧食安全至關重要，而且收獲后產生的玉米秸稈也是一種重要的生物質資源。在全球氣候變暖的大環境下，減少碳排放被我國提到了前所未有的高度，利用玉米秸稈進行生物質發電，對于替代或部分替代化石能源，保護生態環境，實現人類社會的可持續發展具有非常重要的現實意義和長遠意義。但是目前對于玉米秸稈的儲量以及分布情況仍然缺乏了解，利用遙感技術手段實現玉米的精細化制圖是繪制玉米秸稈儲量分布圖的最基本也是最為重要的一環，具有非常重要的現實意義。

在農作物遙感制圖領域中，充分發掘多時相影像特征逐漸成為研究熱點，因為它不僅能夠充分考慮作物的物候生長規律，而且還可以極大地減少云污染對制圖結果的影響。為充分捕捉作物生長的時序信息，遙感影像的時間分辨率是重要的影響指標，在現有的遙感數據源中，中等分辨率成像光譜儀(MODIS) 數據具有較高的時間分辨率和光譜分辨率，該數據可以做得到每日重訪一次，被廣泛應用于大規模農作物信息提取。但是MODIS數據僅有250米的空間分辨率，混合像元問題比較嚴重，難以用來進行農作物的精細制圖。近年來歐空局發射的Sentinel-2衛星也具備了較強的重訪能力，兩顆星的結合使用可以使其重訪周期達到5天，基本滿足利用時序信息進行玉米分類的時間分辨率要求，同時Sentinel-2衛星能夠提供較高的空間分辨率(10米)，其攜帶的多光譜成像儀可以獲取13個波段的多光譜數據，因此Sentinel-2衛星數據是目前最適宜進行農作物制圖的數據源。

其實無論使用哪種數據源，云霧的存在都會嚴重影響遙感影像的成像質量，導致農作物目標無法被衛星記錄下來，這嚴重限制了利用衛星影像進行農作物制圖的實際應用。另一方面，由于Sentinel-2遙感數據的分辨率更高，重訪周期更短，為了充分利用每一個像素的信息勢必會帶來極大的數據量，這對數據的存儲，調用以及計算帶來巨大挑戰。綜上，如何擺脫或盡量減少云霧的影響，以及如何處理海量遙感數據，來完成玉米種植信息制圖的技術方案，是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種利用Sentinel-2時間序列影像數據的農作物制圖方法。通過利用時序的遙感影像進行關鍵物候期影像合成，克服云對影像的影響，建立遙感影像時序特征與玉米種植的非線性映射關系，同時使用了Google Earth Engine(GEE)云平臺完成海量數據的快速處理，實現快速對玉米的精細化制圖與面積監測。

為了達到上述目的，本發明提供的技術方案是一種利用Sentinel-2時間序列影像數據的農作物制圖方法，包括以下步驟：

步驟1，確定研究區域以及待獲取Sentinel-2衛星影像的時間范圍；

步驟2，對步驟1中篩選出的Sentinel-2衛星影像進行預處理；

步驟3，利用步驟2預處理后的影像數據，結合研究區內玉米生長的物候學規律，生成按玉米生長階段合成的影像數據集；

步驟4，對步驟3得到的不同生長階段合成影像數據，計算與農作物最為密切的相關指數，并將其加入到圖像的波段中；