基于国产数据及物候特征的水稻面积精细遥感监测方法研究

刘道芳 许志辉 卢欣

摘 要：及时、准确地监测水稻种植面积，对于粮食安全十分重要。本文在分析灵武市域水稻及同期作物物候特点及影像特征基础上，提出了基于国产数据及物候特征的水稻面积精细遥感监测方法，并在2018—2019年灵武市水稻面积精细遥感监测中得到应用，取得了良好的效果。实践证明，基于国产数据及物候特征的灌区水稻面积精细遥感监测方法，既能反映水稻的时序变化信息，提高判读精度，也能将监测对象精确到地块，提高解译精度。

关键词：物候特征;水稻面积;解译;遥感;精细监测

中图分类号：S423     文献标识码：A      文章编号：1003-5168（2021）21-0023-04

Research on the Method of Elaborate Monitoring of Rice Area Based on Phenological Characteristics

LIU Daofang    XU Zhihui    LU Xin

（Information Center，Yellow River Conservancy Commission，Zhengzhou Henan 450004）

Abstract： Rice is one of the three major food crops in my country， and timely and accurate monitoring of the rice planting area is particularly important. Based on the analysis of the phenological characteristics and image characteristics of rice and crops in Lingwu City， this paper proposes a method for elaborate monitoring of rice area in Lingwu City based on phenological characteristics， and is applied in the elaborate monitoring of rice area in Lingwu City form 2018 to 2019， and achieved good results. Practice has proved that the elaborate monitoring method of rice area in Lingwu City based on phenological characteristics can not only reflect the time series change information of rice， and improve the accuracy of interpretation; it can also accurately interpret the monitored objects to the plots and improve the interpretation accuracy.

Keywords： phenological characteristics; rice area; interpretation; remote sensing; elaborate monitoring

1 引言

水稻是我國三大粮食作物之一，约占全国粮食种植面积的25%，水稻产量对于保障国家粮食安全具有重要的现实意义[1-3]。及时、准确地监测水稻种植面积显得尤为重要。

遥感具有丰富的时空信息，是进行作物种植面积调查的有效手段。采用中低分辨率遥感数据国内外学者开展了多种水稻提取方法研究，主要包含两大类方法：单时相遥感影像识别和多时相变化检测方法。单时相遥感影像识别方法主要是通过水稻关键生长期的单期影像的地物光谱信息进行水稻提取[4-5]。多时相变化检测方法能够充分利用多期遥感影像有效刻画地物在不同时期的表现特征，能够充分利用作物不同生长期的物候特征在遥感影像上呈现出显著的光谱差异进行作物的识别[6-9]。

针对中低分辨率遥感数据的水稻提取方法，对于监测全国甚至全球范围的水稻种植面积是高效的、适用的，但无法满足局部范围内精细农业的监管要求（精细农业需要监管到田间地块）。近年来，国产数据发展迅速，研究基于国产数据的水稻面积精细监测方法，对于精细农业管理具有重要的意义。

2 研究区概况

灵武市是宁夏回族自治区下辖县级市，位于宁夏中部，地理坐标东经105.59°—106.37°，北纬37.60°—38.01°。地处黄河东岸，东靠盐池县，南接同心县、吴忠市，西滨黄河与永宁县相望，北与内蒙古鄂托克前旗接壤，是宁夏回族自治区首府银川市所辖市县区之一。南北长98 km，东西宽54 km，总面积4 639 km2。

3 灵武水稻物候特点及影像特征分析

水稻是灵武的主要粮食作物之一。长期以来，灵武种植水稻采用以插秧栽培为主，水田撒播为辅的方式。随着水稻栽培技术的发展，灵武市逐步采用旱播幼苗旱长、水稻直播、插秧等栽培方式。水稻一般要经过泡田、播种、出苗、三叶、移栽、返青、分蘖、拔节、始穗、齐穗、完熟、收割等生长过程。

每年5月上旬至6月上旬，一般为水稻的泡田、播种、插秧期。7月至9月初，为水稻的生长期。9月中下旬至10月初，为水稻的成熟期，水稻开始泛黄，稻田的植被指数开始下降，并逐步收割完毕。

在遥感影像上，水稻种植区在5月底和6月初的遥感影像上表现出较强的水田特征，与周边地物相比，影像呈现暗色调，水陆边界比较清晰。在整个6月，由于水稻还处于生长前期，尚未完全覆盖稻田，加之此时水稻处于灌溉时期，受灌溉水层的影响，水稻种植区影像仍然呈现暗色调。7—8月，水稻生长旺盛，在假彩色影像上呈现亮红色的植被特征。9月上旬水稻开始成熟发黄，在假彩色合成影像上，呈现粉色调、明暗相间的斑块状，与其他作物有比较明显的区别。9月下旬至10月上旬，水稻逐步收割完毕，在遥感影像上呈现明显的裸地特征。