基于高分六号影像的四川盆地油菜种植调查

蒋 怡，董秀春，王 昕，李宗南，魏 来，任国业，刘忠友

(四川省农业科学院遥感应用研究所，四川 成都 610066)

四川是中国13个粮食主产区之一，近年来四川农业种植结构变化快，粮油作物种植面积及空间分布发生较大变化。及时准确的作物种植空间信息对农业部门进行农业生产管理以及粮食安全预警有重要作用。中国自1999年开始开展全国范围的大宗作物业务化遥感监测工作[1-3]，包括每年种植面积变化监测、定期作物种植面积本底调查等；早期受限于国产遥感卫星的传感器波段、分辨率等性能，主要使用国外Landsat、SPOT、Rapideye、Sentienl等系列卫星影像[4-5]。随着我国高分重大专项实施，国产遥感卫星的传感器性能不断提升，国产高分遥感影像逐步成为农业遥感监测的主要数据源[6-7]。2018年6月2日我国首颗精准农业遥感卫星“高分六号”发射成功，该星突破国产遥感卫星传统多波段设置，增加了黄边、红边等观测波段，极大提高遥感识别多种作物类型的精度，同时兼具高分辨率和宽覆盖的特点，突破国外同类数据重访周期长的问题，大幅提高对农业、林业、草原等资源监测能力，为农业农村发展、生态布局调整等重大需求提供遥感数据支撑。四川地处中国西南腹地，受多云雾天气影响，可获取优质无云遥感影像的时间窗口少，对影像覆盖面及重访周期要求更高。高分六号遥感卫星通过在轨测试后，对四川农业遥感监测工作有极大推动。本文通过2019年3月份高分六号遥感多光谱影像，快速获取四川盆地油菜种植空间分布信息，评估四川盆地油菜种植现状，为四川农业产业结构调整及优化提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

四川省位于中国西南，地处长江上游，总面积48.6万km2。全省地貌东西差异大，地形复杂多样，地势呈西高东低的特点，可分为四川盆地、川西北高原和川西南山地三大部分。本研究以四川盆地油菜种植区为研究区，具体位于28°39′N～32°40′N，102°39′E～108°12′E(图1)，涉及四川省120个县(市)，占全省总面积27.25%。该区域气候温暖湿润，冬暖夏热，大部分地区年降水量900～1200mm，属亚热带湿润季风气候。盆地西部为川西平原，中部为紫色丘陵区，东部为川东平行岭谷区，农业利用方式为一年两熟制，是四川省水稻、小麦及油菜等作物种植的主要区域。

1.2 数据来源

1.2.1 遥感影像数据 高分六号卫星配置的2m全色/8m多光谱高分辨率相机观测宽幅为90km，16m多光谱中分辨率宽幅相机的观测幅宽为800km。16m多光谱中分辨率宽幅相机较高分一号卫星增加了4个波段，包括：海岸蓝波段(0.4～0.45μm)，黄光波段(0.59～0.63μm)，红边波段1(0.69～0.73μm)和红边波段2(0.73～0.77μm)。研究使用的遥感数据为2019年3月11日油菜遥感监测最优时期内高分六号遥感多光谱影像。该时期研究区内油菜普遍处于开花期，在光谱影像中易于识别。遥感影像RGB分别对应B4,B5,B3波段，即近红外波段、红边波段和红光波段，对原始影像进行正射校正、几何纠正、分幅裁剪等预处理，得到空间分辨率为15m的影像数据。

1.2.2 样方调查数据 四川油菜移栽时间是11月上旬和中旬，收割时间次年为4月中下旬至5月。通过野外实地调查，在全省54个市县区建立78个油菜样方作为解译标志。

1.3 油菜分类及精度评价

对预处理完成的高分六号遥感影像采用B4,B5,B3波段数据进行 RGB假彩色显示，选取油菜、小麦、林地、居民地、水体等地物的感兴趣区，采用最大似然法对油菜进行分类，提取油菜空间信息。通过ArcGIS创建渔网工具，将验证区矢量数据重采样至与影像一致的分辨率，并与影像配准，使得误差小于1个像元，然后计算误差混淆矩阵，得到油菜分类精度。

1.4 油菜连片规模种植现状评估

生成种植区内规则公里网格，统计每个网格内油菜的种植面积比例，网格内油菜种植面积比例小于等于5%的区域为Ⅰ区，比例大于5%且小于等于15%的区域为Ⅱ区，比例大于15%且小于等于25%的区域为Ⅲ区，比例大于25%且小于等于35%的区域为Ⅳ区，比例大于35%的区域为Ⅴ区。Ⅳ区和Ⅴ区可视为油菜优势种植区域。

表1 油菜遥感分类精度

2 结果与分析

2.1 基于高分六号遥感影像的油菜空间信息精度验证

通过地面调查样方数据验证研究区内的油菜分类精度，见表1。油菜的遥感分类总体精度达到82%以上，表明高分六号遥感影像在四川盆地油菜分类中具备较高的精度，适用于大范围业务化工作。

2.2 油菜连片规模种植现状评估

油菜的空间分布结果见图3。通过遥感解译，2019年四川盆地油菜种植面积约为103.24万hm2。其中Ⅰ区种植面积约为10.38万hm2，Ⅱ区种植面积约为37.24万hm2，Ⅲ区种植面积约为30.00万hm2，Ⅳ区种植面积约为14.04万hm2，Ⅴ区种植面积约为12.17万hm2，分别占四川盆地油菜面积的10.06%，36.07%，29.06%，13.02%和11.79%。根据图3，四川盆地油菜主要分布在成都、德阳、绵阳、雅安、眉山、乐山、广安等市，内江隆昌县、南充南部县、宜宾屏山县也有成片种植。

3 讨论与结论

(1)四川盆地油菜种植面积遥感结果较客观反映目前四川盆地油菜种植情况。由于云雾影响，研究所采用的高分六号遥感影像未能完全覆盖四川盆地，遥感解译结果只能说明部分区域的种植情况。

(2)四川是粮油大省，随着近年来川菜风靡、消费升级和国际贸易形势的变化，油菜产业的优势十分突出。特别随着2018年四川省将川粮(川油)纳入“10+3”产业体系，同时实施“天府菜油”行动，使得四川油菜产业迎来新的发展机遇。研究通过高分六号遥感数据及监测结果可为四川农业产业发展及种植结构调整优化提供参考，对推进乡村振兴战略，促进农民持续增收和优质油菜产业发展发挥重要作用。