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  • 2019年 第31卷 第5期
    • 主       编:周清波
    • 创刊时间:1989年
    • 出版周期:双月刊
    • 国内刊号:11-4922/S
    • 国际刊号:1672-0423
    • 主管单位:中华人民共和国农业农村部
    • 主办单位:中国农业科学院农业资源与农业区划研究所
    • 出版单位:《中国农业信息》 编辑部
  • 出版日期:2019-10-25

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    2019年 第31卷 第5期
    刊出日期:2019-10-25
      
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  • 张影,赵小娟,王迪※
    2019.31(5):1-12[摘要(29)][PDF(9672.30 K)]   HTML[HTML]

    【目的】农作物类型识别是农作物面积、长势监测与产量预测的重要前提。及时、准确地获取农作物类型、空间分布以及种植面积对制定农业政策、促进社会经济发展和保障国家粮食安全具有重要意义。近年来,高光谱遥感凭借光谱分辨率高、光谱信息丰富等优点,已广泛应用于农作物制图中。【方法】文章归纳了高光谱遥感应用于农作物分类的研究进展,总结了国内外农作物分类常用的高光谱数据源,并分析了各种数据源的适用范围。梳理了农作物高光谱遥感分类方法,讨论了各种分类方法的优缺点。【结果】现有农作物高光谱遥感分类研究存在一些不足:(1)机载高光谱影像光谱分辨率高,但影像监测面积小,不适合大区域农作物面积提取研究;(2)星载高光谱影像监测面积较大,但空间分辨率较低,某些农作物面积提取实际应用中精度较低;(3)由于缺乏对农作物高光谱特征的研究,导致分类算法机理性不足,普适性较差。【结论】农作物高光谱遥感分类未来研究方向是:(1)丰富高光谱遥感监测的农作物类型;(2)提高高光谱影像的空间分辨率,实现农作物种植结构复杂、地块破碎地区的农作物分类研究;(3)进一步研究利用高光谱遥感进行农作物分类的机理和多源数据融合的方法。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190501

  • 谢小曼,李俐※,张迁迁,陈琦琦,朱德海
    2019.31(5):13-24[摘要(36)][PDF(11798.48 K)]   HTML[HTML]

    【目的】指数作为遥感信息的一种有效描述,在对大气、海洋、土壤和植被等进行定性、定量评估时具有重要意义。【方法】合成孔径雷达(SAR)技术利用微波与地表相互作用过程感测地表,SAR 遥感拥有丰富的地表散射强度和相位信息,具有一定物理意义又高度综合表征地物信息的SAR 遥感指数便于SAR 遥感技术的业务化应用,文章通过文献调研,对SAR 遥感指数及其在土壤表面状况监测、植被生长状况监测和植被信息快速提取中的应用研究现状进行分析。首先对SAR 相关指数进行整理,根据反映的地表覆被状况将其划分为土壤指数与植被指数两大类型;然后,分别针对SAR 遥感中具体的土壤指数和植被指数,从指数定义、物理意义、应用和精度等方面分析其优缺点。【结果/ 结论】国内外学者 对SAR 遥感指数开展了众多研究,但目前SAR 遥感指数还存在一些问题,在未来的研究中,需要充分挖掘多模式、多极化、多波段、多时相SAR 遥感数据的丰富信息,融合光学遥感及其他数据,从机理出发,构建更多物理意义明确的SAR 遥感指数。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190502

  • 王利民,刘佳※,姚保民,高建孟,季富华
    2019.31(5):25-37[摘要(25)][PDF(61.37 M)]   HTML[HTML]

    【目的】特征光谱指数构建是提高农作物类型识别效率的前提,也是构建通用型识别 方法的基础。【方法】基于2017 年8 月8 日河北省冀州市5 m 空间分辨率的Rapideye 影像, 采用红边、近红外波段反射率之和构建了棉花提取指数(Cotton Extraction Index,CEI),结 合同期水体、裸地(含城镇建筑)掩模处理,实现了棉花类型识别。CEI 指数方法具体过程 是:样本点选择、水体及裸地(含城镇建筑)掩模处理、CEI 指数构建、棉花识别及精度 验证。其中,样本点采用随机方法获取,共获取了5 144 个样本点,作为最佳CEI 阈值以 及精度验证的依据。【结果】基于CEI 方法提取结果的总体精度达到88.80%,Kappa 系数达 到0.751 7。为了评价CEI 指数方法的相对精度,分别采用最大似然分类方法和随机森林分 类方法对影像进行分类和精度验证。结果表明基于最大似然分类方法的棉花提取总体精度和 Kappa 系数分别为86.53% 和0.698 3,采用随机森林方法的棉花提取总体精度和Kappa 系数 分别为90.12% 和0.766 7。【结论】对比3 类方法,基于CEI 指数方法获得的棉花提取结果, 与其他2 种常用方法的提取精度相当。该方法具有简单、高效,对样本依赖性较小的优势, 在时效性要求较高的农作物面积识别中具有较高的应用价值。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190503

  • 魏传文,黄敬峰※,杨玲波
    2019.31(5):38-48[摘要(26)][PDF(81022.65 K)]   HTML[HTML]

    【目的】油菜是我国重要的油料作物之一,监测油菜种植面积有助于了解油菜生长状况,为油菜病虫害、湿渍害、冻害等灾害损失评估提供数据基础。【方法】文章以湖北省荆州市江陵县为研究区,使用国产HJ-1A/B 30 m 分辨率时序多光谱数据,通过地面调查及资料分析确定油菜与其它易混淆作物的主要NDVI 时序特征,建立油菜识别决策树,估算了2009—2015 年(不包括2011—2012 年生长季)冬前油菜种植面积。将基于油菜开花期影像的最大似然法提取的油菜面积作为定性验证数据。以油菜籽面积统计数据和GoogleEarth 高分辨率影像数据对冬前油菜提取的面积和空间位置结果进行定量评价。【结果】定性评价结果:2009—2011 年生长季的决策树方法提取冬前油菜面积结果与开花期影像最大似然法提取结果基本一致,2012—2015 年生长季的油菜提取面积空间分布差异较大。定量评价结果:决策树方法提取冬前油菜面积的用户精度达到80.40%~95.56%,生产者精度达到82.56%~91.43%,相对误差低于15%。【结论】基于NDVI 时间序列特征的决策树算法估算冬前油菜面积具有可行性,但仍受到云和冬小麦的影响。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190504

  • 崔燕,聂娟,刘明,李素菊
    2019.31(5):49-56[摘要(20)][PDF(4922.54 K)]   HTML[HTML]

    【目的】我国是世界上自然灾害最严重的国家之一,灾害种类多,发生频率高,强度大、灾害群发、地域分异明显,严重影响人民生命财产和国民经济的发展。卫星遥感技术作为一种受地面条件限制少、方法多、信息量大的大范围天基动态感知手段,与地面监测、无人机监测等技术结合,成为开展国内外重特大自然灾害的重要应急监测手段。【方法】针对2019 年3 月西南印度洋洋面生成的强热带气旋“伊代”对非洲东部国家莫桑比克、津巴布韦、马拉维部分地区造成的灾害,利用多源多时相卫星遥感影像,结合行政区划、地表覆盖、舆情信息等多种类型数据资源,利用区域生长法和变化检测的方法,以莫桑比克为研究区开展了持续一周的洪涝淹没范围和房屋、道路等重点要素的遥感监测。【结果】监测结果显示莫桑比克索法拉省蓬圭河和布济河两岸大量村庄和农作物被淹没。2019 年3 月25 日,布济河下游、蓬圭河上游部分区域洪水淹没范围消退,但大部分地区洪水淹没时长超过6 d。【结论】监测结果为防灾减灾救灾决策支持提供了技术支撑。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190505

  • 崔倩,毛旭东,陈德清,瞿孟,白珏莹
    2019.31(5):57-65[摘要(29)][PDF(7779.58 K)]   HTML[HTML]

    【目的】高分三号(GF-3)卫星具有全天时、全天候对地观测能力,基于高分三号雷达数据开展水体自动提取及业务运行研究,是洪涝监测、旱情监测等水资源管理的技术支撑。【方法】文章提出了一种基于阈值自动分割的水体自动化提取算法,通过影像直方图分布特征自动确定分割阈值,自动化提取水体。针对全国大范围业务监测需求,设计提出数据订阅接收、数据预处理、水体提取、后处理和产品入库、数据分析和产品展示的全流程业务运行系统。【结果】以云南省阳宗海、江苏省洪泽湖、北京市密云水库等3 个典型水体验证算法的有效性,比较了不同极化数据水体提取结果。(1)直方图呈现典型的双峰特征分布,水体和背景像元被自动化寻找的阈值有效分割;(2)水体提取的精度对极化方式的选取并不敏感。【结论】采用GF-3 卫星数据进行水体自动提取,能有效监测水资源,为洪涝、旱情等农田水利管理提供数据支持。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190506

  • 安江勇,黎万义,李茂松※
    2019.31(5):66-74[摘要(21)][PDF(9776.61 K)]   HTML[HTML]

    【目的】干旱胁迫严重影响玉米生长和产量水平,对玉米干旱胁迫快速、精确监测,及时制定相应的防灾减灾措施对保障玉米丰产稳产具有重要意义。对玉米干旱卷曲叶片进行监测是实现快速精确地监测玉米干旱胁迫的重要方法。【方法】文章使用单反相机获取干旱胁迫和适宜水分处理下的玉米植株数字图像,使用多边形框手动标注玉米卷曲叶片,建立玉米卷曲叶片目标检测数据集,使用目标检测模型Mask R-CNN 对玉米卷曲叶片进行检测。【结果】目标检测模型进行玉米卷曲叶片检测的置信度高于98%,在IOU 阈值为0.5 时,卷曲叶片检测模型的均值平均精度为74.35%。【结论】目标检测算法能精确地对玉米卷曲叶片进行检测和分割,卷曲检测置信度高。基于叶片卷曲信息的玉米干旱胁迫识别具有快速、及时、精确等优点。随着作物表型组学的发展,目标检测算法可广泛应用于作物生物胁迫、非生物胁迫以及作物表型研究中感兴趣区域的识别和定位等研究。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190507

  • 荆伟斌,李存军※,竞霞,赵叶,程成
    2019.31(5):75-83[摘要(28)][PDF(51.04 M)]   HTML[HTML]

    【目的】传统果树侧面果实识别方法精度难以满足实际果实识别的需求,研究深度学习方法对提高苹果树侧面果实识别精度、增强模型对苹果复杂生长环境的适应性和泛化性具有重要意义。【方法】文章提出基于深度卷积神经网络对广域复杂背景环境下的侧面苹果特征进行学习的方法,完成苹果树侧面果实多目标识别任务。【结果】在广域复杂场景下,基于VGG16 为特征提取网络的Faster-RCNN 多目标检测模型在果实多目标检测任务中,识别精度达到91%,单幅影像识别时间约为1.4 s,相较于ResNet50 作为特征提取层的目标检测模型识别精度提高4%;在相同影像数据下,模型识别精度的主要影响因素是遮挡,导致模型漏判果实数量较多,VGG16 在不同程度遮挡区域的漏判率比ResNet 低6%。【结论】基于VGG16 卷积神经网络果树侧视图果实识别算法对广域复杂场景下的果实提取效果较好,特别是在具有遮挡情况下的识别结果更优,能够为果园产量估算提供一定的借鉴。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190508

  • 翟晓晓,邵杰 ※,张吴明,靳双娜
    2019.31(5):84-89[摘要(39)][PDF(6670.94 K)]   HTML[HTML]

    【目的】树木三维结构的描述是进行农林生态研究的重要科学基础,而移动激光雷达的使用将有利于快速、高效的农林树木三维结构重建。【方法】文章利用同时定位与构图技术实现基于移动激光雷达点云的农林样地树木三维重建,并以地基激光雷达数据为参考,验证三维重建精度,同时对比树木胸径,分析移动激光雷达在农林树木三维重建中的有效性和可行性。【结果】同时定位与构图技术可实现移动激光雷达点云的树木三维重建,其中,水平方向重建精度为 0.038 m,垂直方向重建精度为 0.017 m;以地基激光雷达数据拟合出的树干胸径为真实值,移动激光雷达点云拟合出的树干胸径为观测值,两者的相关系数为 0.715 6,均方根误差( RMSE)和平均绝对误差( MAE)分别为 0.011、0.01 m。【结论】移动激光雷达可实现农林树木三维结构快速重建,且基于重建结果可实现树干胸径准确提取。因此,移动激光雷达对提高农林树木测量效率具有积极作用。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190509

  • 李建平,冯吉,陈振国,崔绍秋,李又庭※
    2019.31(5):90-97[摘要(28)][PDF(6934.67 K)]   HTML[HTML]

    【目的】有效利用气候资源,避开不利气象条件影响,科学组织指导烤烟生产,对提高生产效率、实现烟叶优质适产具有重要意义。【方法】针对烤烟生产气象服务针对性与时效性不强、精细化程度不高、服务方法手段落后的实际问题,应用物联网、大数据、人工智能、移动互联等现代信息技术,建立烤烟生长环境自动监测系统,构建烤烟农用气象服务指标体系,制作提供个性化的气象服务产品,建立智慧烟叶气象服务平台和手机APP。【结果/ 结论】为烟叶生产管理部门和烟农及时准确地提供烤烟生长气象环境与生育状况、烤烟农用天气预报、烟草病虫害监测预警、气象灾害监测预警等信息,实现烤烟生产多时效、专业化、精细化、直通式的气象服务。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190510

  • 刘克宝,陆忠军※,付斌,辛蕊,黄楠,刘艳霞,李杨
    2019.31(5):98-109[摘要(21)][PDF(6829.20 K)]   HTML[HTML]

    【目的】在国家一系列农业供给侧政策,如大豆目标价格、大豆生产者补贴、水稻最低保护价下调、“玉米调减”、“轮作休耕”等实施的背景下,对松嫩平原中部地区主要农作物年际空间格局时空变化进行分析,为国家相关农业政策的制定提供依据。【方法】选择松嫩平原中部(海伦市)为研究区域,利用2014、2015、2016、2017 和2018 年5 年农作物空间分布数据,选取水稻、玉米、大豆和其他作物为研究对象,分析年际间农作物空间格局变化、作物面积转换、作物轮作等。【结果】(1)水稻2014—2017年面积持续增加,2018年水稻面积减少,大豆、玉米5 年间年际波动较大,其他作物面积持续增加。(2)2014—2015、2015—2016、2016—2017 和2017—2018 年这4个时段旱田轮作区域的面积占5 年间旱田公共面积的51.72%、50.36%、45.57%、55.32%;玉米和大豆之间的轮作分别占轮作面积的94.42%、93.54%、84.28%、81.76%。(3)4个时段旱田公共区作物轮作次数分别为0次、1次、2次、3次和4次的旱田面积分别为28 248.60、48 695.32、96 812.60、69 538.50、25 731.23 hm2,分别占旱田公共区面积的10.50%、18.10%、35.99%、25.85%、9.56%。【结论】(1)5 年间海伦市作物空间格局发生了较大变化,水稻总体呈增长趋势,其种植面积和比例2017 年之前持续增加,年增长率超过10%,2018 年略有降低;玉米、大豆种植面积和比例总体呈下降趋势,年际间波动剧烈,且变化趋势相反;其他作物种植面积和比例持续增加,种植比例提高近5倍。(2)2014—2015、2015—2016、2016—2017 和2017—2018 年这4个时段中旱田轮作区域面积高于45%,2017—2018 年轮作面积最高,达到55.32%;玉米和大豆之间的轮作比例总体呈下降趋势,但玉米大豆轮作为主要的轮作方式,高于轮作面积的80%;4个时段均轮作的区域面积不足旱田公共区面积的10%,玉米、大豆的重茬和迎茬仍较为普遍。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190511

  • 武淑霞,张维理,徐爱国,张认连,雷秋良※
    2019.31(5):110-120[摘要(26)][PDF(9709.10 K)]   HTML[HTML]

    【目的】针对我国土壤普查成果中不同省份或地区、甚至相同省份不同县市之间的土壤养分图分级指标不一致导致的全国土壤养分图整合困难的问题,提出不同分级标准下土壤养分图的整合模型,实现全国高精度土壤养分制图表达。【方法】分析土壤二次普查大、中比例尺多种土壤养分图在数据提取及整合时可能出现的问题,在保留原有图斑的土壤养分分级信息、属性数据、不同制图目的下视觉一致的前提下,采用组件式建模方式构建土壤养分分级体系整合模型。【结果】通过对我国第二次土壤普查成果1∶50 万土壤有机质空间分布图的应用,该模型能够对分区调查的矢量化空间数据库进行提取、整合与表达,实现海量土壤养分制图中人机交互的智能表达,并通过对分级属性数据的提取,实现对不同区域土壤养分图的整合,便于重新制图并进一步生成土壤养分低值、中值、高值图。【结论】土壤养分分级体系整合模型可适用于环境、生态等其他领域的类似数据的分级整合与表达。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190512

  • 张影,赵小娟,王迪※
    2019.31(5):1-12[摘要(29)][PDF(9672.30 K)]   HTML[HTML]

    【目的】农作物类型识别是农作物面积、长势监测与产量预测的重要前提。及时、准确地获取农作物类型、空间分布以及种植面积对制定农业政策、促进社会经济发展和保障国家粮食安全具有重要意义。近年来,高光谱遥感凭借光谱分辨率高、光谱信息丰富等优点,已广泛应用于农作物制图中。【方法】文章归纳了高光谱遥感应用于农作物分类的研究进展,总结了国内外农作物分类常用的高光谱数据源,并分析了各种数据源的适用范围。梳理了农作物高光谱遥感分类方法,讨论了各种分类方法的优缺点。【结果】现有农作物高光谱遥感分类研究存在一些不足:(1)机载高光谱影像光谱分辨率高,但影像监测面积小,不适合大区域农作物面积提取研究;(2)星载高光谱影像监测面积较大,但空间分辨率较低,某些农作物面积提取实际应用中精度较低;(3)由于缺乏对农作物高光谱特征的研究,导致分类算法机理性不足,普适性较差。【结论】农作物高光谱遥感分类未来研究方向是:(1)丰富高光谱遥感监测的农作物类型;(2)提高高光谱影像的空间分辨率,实现农作物种植结构复杂、地块破碎地区的农作物分类研究;(3)进一步研究利用高光谱遥感进行农作物分类的机理和多源数据融合的方法。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190501

  • 谢小曼,李俐※,张迁迁,陈琦琦,朱德海
    2019.31(5):13-24[摘要(36)][PDF(11798.48 K)]   HTML[HTML]

    【目的】指数作为遥感信息的一种有效描述,在对大气、海洋、土壤和植被等进行定性、定量评估时具有重要意义。【方法】合成孔径雷达(SAR)技术利用微波与地表相互作用过程感测地表,SAR 遥感拥有丰富的地表散射强度和相位信息,具有一定物理意义又高度综合表征地物信息的SAR 遥感指数便于SAR 遥感技术的业务化应用,文章通过文献调研,对SAR 遥感指数及其在土壤表面状况监测、植被生长状况监测和植被信息快速提取中的应用研究现状进行分析。首先对SAR 相关指数进行整理,根据反映的地表覆被状况将其划分为土壤指数与植被指数两大类型;然后,分别针对SAR 遥感中具体的土壤指数和植被指数,从指数定义、物理意义、应用和精度等方面分析其优缺点。【结果/ 结论】国内外学者 对SAR 遥感指数开展了众多研究,但目前SAR 遥感指数还存在一些问题,在未来的研究中,需要充分挖掘多模式、多极化、多波段、多时相SAR 遥感数据的丰富信息,融合光学遥感及其他数据,从机理出发,构建更多物理意义明确的SAR 遥感指数。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190502

  • 王利民,刘佳※,姚保民,高建孟,季富华
    2019.31(5):25-37[摘要(25)][PDF(61.37 M)]   HTML[HTML]

    【目的】特征光谱指数构建是提高农作物类型识别效率的前提,也是构建通用型识别 方法的基础。【方法】基于2017 年8 月8 日河北省冀州市5 m 空间分辨率的Rapideye 影像, 采用红边、近红外波段反射率之和构建了棉花提取指数(Cotton Extraction Index,CEI),结 合同期水体、裸地(含城镇建筑)掩模处理,实现了棉花类型识别。CEI 指数方法具体过程 是:样本点选择、水体及裸地(含城镇建筑)掩模处理、CEI 指数构建、棉花识别及精度 验证。其中,样本点采用随机方法获取,共获取了5 144 个样本点,作为最佳CEI 阈值以 及精度验证的依据。【结果】基于CEI 方法提取结果的总体精度达到88.80%,Kappa 系数达 到0.751 7。为了评价CEI 指数方法的相对精度,分别采用最大似然分类方法和随机森林分 类方法对影像进行分类和精度验证。结果表明基于最大似然分类方法的棉花提取总体精度和 Kappa 系数分别为86.53% 和0.698 3,采用随机森林方法的棉花提取总体精度和Kappa 系数 分别为90.12% 和0.766 7。【结论】对比3 类方法,基于CEI 指数方法获得的棉花提取结果, 与其他2 种常用方法的提取精度相当。该方法具有简单、高效,对样本依赖性较小的优势, 在时效性要求较高的农作物面积识别中具有较高的应用价值。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190503

  • 魏传文,黄敬峰※,杨玲波
    2019.31(5):38-48[摘要(26)][PDF(81022.65 K)]   HTML[HTML]

    【目的】油菜是我国重要的油料作物之一,监测油菜种植面积有助于了解油菜生长状况,为油菜病虫害、湿渍害、冻害等灾害损失评估提供数据基础。【方法】文章以湖北省荆州市江陵县为研究区,使用国产HJ-1A/B 30 m 分辨率时序多光谱数据,通过地面调查及资料分析确定油菜与其它易混淆作物的主要NDVI 时序特征,建立油菜识别决策树,估算了2009—2015 年(不包括2011—2012 年生长季)冬前油菜种植面积。将基于油菜开花期影像的最大似然法提取的油菜面积作为定性验证数据。以油菜籽面积统计数据和GoogleEarth 高分辨率影像数据对冬前油菜提取的面积和空间位置结果进行定量评价。【结果】定性评价结果:2009—2011 年生长季的决策树方法提取冬前油菜面积结果与开花期影像最大似然法提取结果基本一致,2012—2015 年生长季的油菜提取面积空间分布差异较大。定量评价结果:决策树方法提取冬前油菜面积的用户精度达到80.40%~95.56%,生产者精度达到82.56%~91.43%,相对误差低于15%。【结论】基于NDVI 时间序列特征的决策树算法估算冬前油菜面积具有可行性,但仍受到云和冬小麦的影响。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190504

  • 崔燕,聂娟,刘明,李素菊
    2019.31(5):49-56[摘要(20)][PDF(4922.54 K)]   HTML[HTML]

    【目的】我国是世界上自然灾害最严重的国家之一,灾害种类多,发生频率高,强度大、灾害群发、地域分异明显,严重影响人民生命财产和国民经济的发展。卫星遥感技术作为一种受地面条件限制少、方法多、信息量大的大范围天基动态感知手段,与地面监测、无人机监测等技术结合,成为开展国内外重特大自然灾害的重要应急监测手段。【方法】针对2019 年3 月西南印度洋洋面生成的强热带气旋“伊代”对非洲东部国家莫桑比克、津巴布韦、马拉维部分地区造成的灾害,利用多源多时相卫星遥感影像,结合行政区划、地表覆盖、舆情信息等多种类型数据资源,利用区域生长法和变化检测的方法,以莫桑比克为研究区开展了持续一周的洪涝淹没范围和房屋、道路等重点要素的遥感监测。【结果】监测结果显示莫桑比克索法拉省蓬圭河和布济河两岸大量村庄和农作物被淹没。2019 年3 月25 日,布济河下游、蓬圭河上游部分区域洪水淹没范围消退,但大部分地区洪水淹没时长超过6 d。【结论】监测结果为防灾减灾救灾决策支持提供了技术支撑。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190505

  • 崔倩,毛旭东,陈德清,瞿孟,白珏莹
    2019.31(5):57-65[摘要(29)][PDF(7779.58 K)]   HTML[HTML]

    【目的】高分三号(GF-3)卫星具有全天时、全天候对地观测能力,基于高分三号雷达数据开展水体自动提取及业务运行研究,是洪涝监测、旱情监测等水资源管理的技术支撑。【方法】文章提出了一种基于阈值自动分割的水体自动化提取算法,通过影像直方图分布特征自动确定分割阈值,自动化提取水体。针对全国大范围业务监测需求,设计提出数据订阅接收、数据预处理、水体提取、后处理和产品入库、数据分析和产品展示的全流程业务运行系统。【结果】以云南省阳宗海、江苏省洪泽湖、北京市密云水库等3 个典型水体验证算法的有效性,比较了不同极化数据水体提取结果。(1)直方图呈现典型的双峰特征分布,水体和背景像元被自动化寻找的阈值有效分割;(2)水体提取的精度对极化方式的选取并不敏感。【结论】采用GF-3 卫星数据进行水体自动提取,能有效监测水资源,为洪涝、旱情等农田水利管理提供数据支持。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190506

  • 安江勇,黎万义,李茂松※
    2019.31(5):66-74[摘要(21)][PDF(9776.61 K)]   HTML[HTML]

    【目的】干旱胁迫严重影响玉米生长和产量水平,对玉米干旱胁迫快速、精确监测,及时制定相应的防灾减灾措施对保障玉米丰产稳产具有重要意义。对玉米干旱卷曲叶片进行监测是实现快速精确地监测玉米干旱胁迫的重要方法。【方法】文章使用单反相机获取干旱胁迫和适宜水分处理下的玉米植株数字图像,使用多边形框手动标注玉米卷曲叶片,建立玉米卷曲叶片目标检测数据集,使用目标检测模型Mask R-CNN 对玉米卷曲叶片进行检测。【结果】目标检测模型进行玉米卷曲叶片检测的置信度高于98%,在IOU 阈值为0.5 时,卷曲叶片检测模型的均值平均精度为74.35%。【结论】目标检测算法能精确地对玉米卷曲叶片进行检测和分割,卷曲检测置信度高。基于叶片卷曲信息的玉米干旱胁迫识别具有快速、及时、精确等优点。随着作物表型组学的发展,目标检测算法可广泛应用于作物生物胁迫、非生物胁迫以及作物表型研究中感兴趣区域的识别和定位等研究。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190507

  • 荆伟斌,李存军※,竞霞,赵叶,程成
    2019.31(5):75-83[摘要(28)][PDF(51.04 M)]   HTML[HTML]

    【目的】传统果树侧面果实识别方法精度难以满足实际果实识别的需求,研究深度学习方法对提高苹果树侧面果实识别精度、增强模型对苹果复杂生长环境的适应性和泛化性具有重要意义。【方法】文章提出基于深度卷积神经网络对广域复杂背景环境下的侧面苹果特征进行学习的方法,完成苹果树侧面果实多目标识别任务。【结果】在广域复杂场景下,基于VGG16 为特征提取网络的Faster-RCNN 多目标检测模型在果实多目标检测任务中,识别精度达到91%,单幅影像识别时间约为1.4 s,相较于ResNet50 作为特征提取层的目标检测模型识别精度提高4%;在相同影像数据下,模型识别精度的主要影响因素是遮挡,导致模型漏判果实数量较多,VGG16 在不同程度遮挡区域的漏判率比ResNet 低6%。【结论】基于VGG16 卷积神经网络果树侧视图果实识别算法对广域复杂场景下的果实提取效果较好,特别是在具有遮挡情况下的识别结果更优,能够为果园产量估算提供一定的借鉴。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190508

  • 翟晓晓,邵杰 ※,张吴明,靳双娜
    2019.31(5):84-89[摘要(39)][PDF(6670.94 K)]   HTML[HTML]

    【目的】树木三维结构的描述是进行农林生态研究的重要科学基础,而移动激光雷达的使用将有利于快速、高效的农林树木三维结构重建。【方法】文章利用同时定位与构图技术实现基于移动激光雷达点云的农林样地树木三维重建,并以地基激光雷达数据为参考,验证三维重建精度,同时对比树木胸径,分析移动激光雷达在农林树木三维重建中的有效性和可行性。【结果】同时定位与构图技术可实现移动激光雷达点云的树木三维重建,其中,水平方向重建精度为 0.038 m,垂直方向重建精度为 0.017 m;以地基激光雷达数据拟合出的树干胸径为真实值,移动激光雷达点云拟合出的树干胸径为观测值,两者的相关系数为 0.715 6,均方根误差( RMSE)和平均绝对误差( MAE)分别为 0.011、0.01 m。【结论】移动激光雷达可实现农林树木三维结构快速重建,且基于重建结果可实现树干胸径准确提取。因此,移动激光雷达对提高农林树木测量效率具有积极作用。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190509

  • 李建平,冯吉,陈振国,崔绍秋,李又庭※
    2019.31(5):90-97[摘要(28)][PDF(6934.67 K)]   HTML[HTML]

    【目的】有效利用气候资源,避开不利气象条件影响,科学组织指导烤烟生产,对提高生产效率、实现烟叶优质适产具有重要意义。【方法】针对烤烟生产气象服务针对性与时效性不强、精细化程度不高、服务方法手段落后的实际问题,应用物联网、大数据、人工智能、移动互联等现代信息技术,建立烤烟生长环境自动监测系统,构建烤烟农用气象服务指标体系,制作提供个性化的气象服务产品,建立智慧烟叶气象服务平台和手机APP。【结果/ 结论】为烟叶生产管理部门和烟农及时准确地提供烤烟生长气象环境与生育状况、烤烟农用天气预报、烟草病虫害监测预警、气象灾害监测预警等信息,实现烤烟生产多时效、专业化、精细化、直通式的气象服务。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190510

  • 刘克宝,陆忠军※,付斌,辛蕊,黄楠,刘艳霞,李杨
    2019.31(5):98-109[摘要(21)][PDF(6829.20 K)]   HTML[HTML]

    【目的】在国家一系列农业供给侧政策,如大豆目标价格、大豆生产者补贴、水稻最低保护价下调、“玉米调减”、“轮作休耕”等实施的背景下,对松嫩平原中部地区主要农作物年际空间格局时空变化进行分析,为国家相关农业政策的制定提供依据。【方法】选择松嫩平原中部(海伦市)为研究区域,利用2014、2015、2016、2017 和2018 年5 年农作物空间分布数据,选取水稻、玉米、大豆和其他作物为研究对象,分析年际间农作物空间格局变化、作物面积转换、作物轮作等。【结果】(1)水稻2014—2017年面积持续增加,2018年水稻面积减少,大豆、玉米5 年间年际波动较大,其他作物面积持续增加。(2)2014—2015、2015—2016、2016—2017 和2017—2018 年这4个时段旱田轮作区域的面积占5 年间旱田公共面积的51.72%、50.36%、45.57%、55.32%;玉米和大豆之间的轮作分别占轮作面积的94.42%、93.54%、84.28%、81.76%。(3)4个时段旱田公共区作物轮作次数分别为0次、1次、2次、3次和4次的旱田面积分别为28 248.60、48 695.32、96 812.60、69 538.50、25 731.23 hm2,分别占旱田公共区面积的10.50%、18.10%、35.99%、25.85%、9.56%。【结论】(1)5 年间海伦市作物空间格局发生了较大变化,水稻总体呈增长趋势,其种植面积和比例2017 年之前持续增加,年增长率超过10%,2018 年略有降低;玉米、大豆种植面积和比例总体呈下降趋势,年际间波动剧烈,且变化趋势相反;其他作物种植面积和比例持续增加,种植比例提高近5倍。(2)2014—2015、2015—2016、2016—2017 和2017—2018 年这4个时段中旱田轮作区域面积高于45%,2017—2018 年轮作面积最高,达到55.32%;玉米和大豆之间的轮作比例总体呈下降趋势,但玉米大豆轮作为主要的轮作方式,高于轮作面积的80%;4个时段均轮作的区域面积不足旱田公共区面积的10%,玉米、大豆的重茬和迎茬仍较为普遍。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190511

  • 武淑霞,张维理,徐爱国,张认连,雷秋良※
    2019.31(5):110-120[摘要(26)][PDF(9709.10 K)]   HTML[HTML]

    【目的】针对我国土壤普查成果中不同省份或地区、甚至相同省份不同县市之间的土壤养分图分级指标不一致导致的全国土壤养分图整合困难的问题,提出不同分级标准下土壤养分图的整合模型,实现全国高精度土壤养分制图表达。【方法】分析土壤二次普查大、中比例尺多种土壤养分图在数据提取及整合时可能出现的问题,在保留原有图斑的土壤养分分级信息、属性数据、不同制图目的下视觉一致的前提下,采用组件式建模方式构建土壤养分分级体系整合模型。【结果】通过对我国第二次土壤普查成果1∶50 万土壤有机质空间分布图的应用,该模型能够对分区调查的矢量化空间数据库进行提取、整合与表达,实现海量土壤养分制图中人机交互的智能表达,并通过对分级属性数据的提取,实现对不同区域土壤养分图的整合,便于重新制图并进一步生成土壤养分低值、中值、高值图。【结论】土壤养分分级体系整合模型可适用于环境、生态等其他领域的类似数据的分级整合与表达。
    Doi:10.12105/j.issn.1672-0423.20190512

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