使用中国环境卫星数据绘制华南地区的水稻种植区域外文翻译资料

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使用中国环境卫星数据绘制华南地区的水稻种植区域

摘要：本研究的目的是调查中国的应用潜力环境卫星HJ-1A / B监测广东省水稻种植面积在华南地区。关于水稻种植面积的信息是全球经济和环境意义。 CCD摄像头传感器，具有30米的空间分辨率中国环境卫星HJ-1A和B具有可见光和近红外光带，并重新审视期限为四天;时间归一化差异植被指数（NDVI）可以因此可以从HJ-1A和B数据获得。时间NDVI的特点

来自水稻生长阶段的稻田和其他作物的HJ-1A和B图像在中国广东省西部，面积约67000平方公里在本研究中首先进行了分析，并且绘制了水稻稻田的算法根据2009年1月至7月稻田NDVI的时间变化进行研究。测绘结果通过实地调查和中国部的数据进行评估发现农业和有希望的准确性，Kappa因子为0.71。的结果这项研究表明，中国环境卫星HJ-1A / B具有很大的潜力发展中国南方水稻作物生长监测作业系统。

1 介绍

米是亚洲最重要的主要食物。它构成了许多亚洲国家的经济基础，为人民提供了主食。人口快速增长对已经紧张的粮食供应造成越来越大的压力。近年来大米价格日益攀升对人民生活造成极大的负面影响。中国的稻米占作物产量的42％以上。其培育与中国的社会稳定和经济可持续发展密切相关。广东省是中国经济最发达的地区之一。随着基础设施的发展和农业管理的转变，随着种植面积越来越多（即增加种植面积）的变化趋势和农作物种植的频繁变化，该地区的作物系统发生了变化，反映了农民“将他们的作物产量适应市场需求变化的策略。关于全球环境方面，水稻种植区的面积对于估算从灌溉稻田到大气的层甲烷（CH4）量很重要[1,2]。因此，上述社会经济和全球环境因素对监测水稻种植区及生长条件的及时有效运行体系提出了强烈要求。

表格1 HJ-1A / B主要特点

卫星遥感已经在过去几十年广泛应用于作物监测方案，因为它可以为作物种植区和生长条件提供有效和及时的时间和空间信息。一些研究使用光学卫星遥感数据，如NOAA高级超高分辨率辐射计（AVHRR），Landsat专题Mapper TM数据和SPOT数据来识别水稻田[3-5]。这些研究是根据归一化差异植被指数（NDVI）的时间变化与其他作物稻田光谱特征的差异进行的。 SPOT-4卫星上的Terra和Aqua卫星上的中等分辨率成像光谱仪（MODIS）和植被（VGT）可提供对植被水分和土壤水分敏感的附加短波红外波段（SWIR，1580-1750 nm），可以提供了对等效水分厚度（EWT，g H2O / m2）敏感的改良植被指数（如地表水指数（LSWI）[6-8]）的机会。已经开展了一些研究，基于LSWI在移栽期对淹水稻的敏感性，利用MODIS和VEGETATION数据得到的LSWI和NDVI数据的时间特征，绘制了中国的稻田[9,10]。

中国环境卫星HJ-1A和B是两颗CCD摄像机，高光谱成像装置和红外多光谱摄像机的遥感卫星。这两颗卫星类似轨道，是中国环境卫星未来星座的一部分。它们于2008年9月发射，目的是监测环境并减轻灾害。 CCD摄像机可以提供从可见光到近红外的四个波段的遥感数据。其主要特点如表1所示。与其他常用的光学遥感数据相比，HJ-1A和B机上的CCD摄像机的空间分辨率比MODIS和SPOT VEGATATION具有更好的30 m，这使得它更适合地图广东省相对较小的地区。 HJ-1A和B的时间分辨率高于TM和SPOT，时间分辨率为4天，成像幅度较大，为700公里。这些特征使得可以在水稻生长的关键时期获得光学更远的遥感数据，并且覆盖测试地点的图像数量较少。

本研究的目的是探索HJ-1A和B数据开发拟定稻田作业系统的潜力。中国南方广东省西部被选为案例研究区，因为水稻种植了四十多年，是中国农业部水稻监测的重点基地之一。在本研究中，首先分析了稻田和其他作物的时空NDVI，并开发了使用阈值段而不是分类来鉴定稻田的算法。结果采用农业部实地调查和数据进行评估。

2 研究区和遥感数据

2.1 研究和物候期

广东省位于中国南部。 该省属于东亚季风区年平均气温22.3°，年降水量1777 mm。 全省总面积177,316平方公里，耕地面积44933平方公里，其中稻田占地面积19,873平方公里，根据2008年度当地统计数据农业部门。 本研究区域位于广东省西部，面积约65,780平方公里。 图1显示了研究区域的位置。 该站点属于热带气候年降水约2100毫米，平均海拔180米[10]。 选择它作为研究区域的原因是作物土地分布在2008年由当地农业部门更新，映射结果可以使用数据。

水稻已在该地区种植了四十多年。 水稻采用早、晚稻轮作种植制度。 生命周期中有五个主要的增长期。 （1）移栽期：稻田苗从苗床移植到稻田。移栽日期取决于天气，特别是温度。 （2）分蘖期：幼苗分裂开始发育根系。（3）有穗分化期。 （4）抽穗扬花期：稻穗开始形成。 （5）成熟期：水稻种植成熟准备收获暂时的，这些五季早稻通常是2月20日 - 3月15日，4月15日至30日，5月10日至30日，6月10日至25日，7月5日31日。对于晚季稻，成长期如下：7月20日至8月5月10日至20日，9月1日至30日，1月1日至1日，1月1日至5日。这些日期可能会有所调整根据天气情况。研究区内的其他主要地面类别是建筑，山林，鱼类池塘，甘蔗，香蕉，果树等经济作物。今年早稻在移栽从2月21日到3月20日。因此，3月10日是本研究的水稻生长开始日期。

图1：研究区的位置

图2：3月12日研究区域的HJ-1A图像（红色：波段3，绿色：波段4;蓝色：波段1）

2.2 遥感数据

通常晚稻是从12月下旬到1月中旬收获的，然后将稻田放进去，早稻移栽期开始。 稻田的一些部分可能会改变种植其他作物或水果树适应市场需求。 本研究重点研究了研究区域早稻田。 基于早稻日历，HJ-1A / B数据从2月4日到8月10日在研究区域以4天的间隔收集。 这个期间涵盖从移栽前至收获后早稻的整个生长阶段。 图像进行了地理纠正并注册。 卫星环境中心进行校准和云清除。 本研究21 HJ-1A / B选择具有相对较少云的图像并进行处理以减少云效应和这些时间序列的图像用于研究水稻的光谱特征。 图2显示了3月12日研究区域的HJ-1A图像。

3 在研究区域绘制稻田

3.1 稻田等作物植被指数分析

一些研究表明，植被指数（VI）可以作为植被状况的指标作物[11]。有很多植被指数，如NDVI，EVI（植被指数增强）和SAVI（土壤调整）植被指数），用于歧视作物和监测作物生长条件[12-14]。在这些当中植被指数，NDVI是最广泛使用的VI，其他指标是其精细形式。有一个共识NDVI可作为植物光合活性生物量和叶绿素活性的有效措施和作物。除了作为植被“绿化”的指示之外，NDVI还能够为特定作物种类的动态变化提供有价值的信息。因此NDVI也可用于反映物候并定期动态改变作物群，估算作物产量[15,16]。在作物中应用NDVI的原理作物的作用是近红外高反射性，可见红色高度吸收。之间的对比这些渠道可以用作植被和作物状况的指标。考虑其他植被指数根据某些作物和土壤条件进行不同的计算，采用NDVI时间序列分析研究区水稻等作物的动态变化。 NDVI可以计算如下：

（1）

其中R_nir和R_red分别表示对应于第四和第三的近红外和红色波段的反射率HJ-1A / B图像带。

在研究区域从20米times;100米的稻田移栽稻米期间移栽日期差异8-15天，其他地面类型的一些样本包括鱼塘，森林，灌木，草原和建筑物，以及其他类似种植日期的作物，如早稻，包括甘蔗等蔬菜，在本研究中被选中。这些样品的位置由当地农业部门使用也可以定位GPS及其在HJ-1A / B数据的时间序列中的对应位置。高度，含水量和测量了大米的叶面积指数（LAI），并在获取遥感数据的日期进行了平均值。图3和图4显示了水分含量的时间变化和水稻的高度。样品NDVI的时间动力学的稻田和其他类型的选择HJ-1A / B图像通过等式（1）和平均NDVI值不同水稻生长阶段的样品如图5所示。

如图5所示，HJ-1A / B的时空NDVI谱反映了水稻的出现，生长和衰老其他作物的植物和生长条件。移栽前，裸露土壤的NDVI值低0.11。在此期间移栽期间，稻田被淹没，这使得NDVI值在3月20日下降到约0.02左右，约为10移植后的几天。移栽后，NDVI值随稻米生长迅速增加，达到峰值移植后大约63天的5月12日的耳朵分化期间为0.73。 NDVI值随之下降水分含量和光合作用活动减少。八月份收获后，稻田变成了8月10日NDVI值为0.09的裸露土壤。对于其他地面类型，水和鱼塘的NDVI变化不大由于近红外吸收，水稻生长的整个时期的值约为-0.43和-0.26。常绿森林和香蕉树冠NDVI值高达0.77和0.59左右。一些甘蔗和水果种植在那里相似的水稻移栽时期，但它们的生命周期比水稻长，因此NDVI值保持在水稻之后收成。

图3：水稻冠层在生长阶段的含水量

3.2 稻田映射算法

绘制稻田的关键是找到适当的遥感数据组合，以最大化时间变化的稻田等。 有许多分类方法，如MLC和决策树已被使用在绘制作物地。 上述时间NDVI曲线可以表明NDVI可以用作可能的因素通过其独特的物候和动态特征，在研究区域区分稻田与其他地面类型NDVI。 对NDVI剖面的分析表明，早期水稻监测的重要时间是开始移栽期在3月份和5月份的标题期，以及收获期后的标题期间八月。 这些日期的NDVI值可以给出稻田与其他地面类型之间的最大差异。 基于以上分析提出了一

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