农业遥感卫星监测服务方案.docx

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1、编    号密    级阶段标记页    数*省农业遥感卫星监测服务方案编  写：校  对：审  核：标  审：批  准：2目     录1.方案概述12.服务内容13. 农作物遥感监测13.1种植面积监测13.2长势监测23.3土壤墒情监测24.经济作物遥感监测35. 农业遥感监测服务系统4I1. 方案概述农业关乎国计民生，及时掌握作物的生长情况至关重要。*省地处热带边缘，光温、雨水充足，光合潜力高。粮食作物是*种植业中面积最大、分布最广的作物，同时*水果种类繁多

2、，热带经济作物资源丰富。发挥卫星数据覆盖范围广、影像信息丰富、时效性强的优势，利用科学化、精准化遥感分析手段，结合智能化、数字化服务系统，实现*省农业主要作物的周期性监测，辅助相关农业农村政策的制定，提升*省农业领域的信息化水平。2. 服务内容结合*省作物实际种植情况和*省农业农村厅实际业务需求，本方案涵盖的服务内容主要包括以下四点：1) 卫星遥感数据获取服务2) 水稻和玉米种植面积监测，长势监测，土壤熵情监测服务；3) 橡胶和甘蔗经济种植面积监测服务；4) 农业遥感监测系统的建设服务。3. 农作物遥感监测3.1种植面积监测农作物种植面积监测的基础工作是对地表农作物进行分类，主要从农作物反射光

3、谱差异、空间种植区域差异和物候特征差异三个方面进行分析。利用中、高空间分辨率遥感影像，根据不同作物类型在可见光、近红外波段的反射率差异，可对农作物类型进行识别；利用DEM数据提取高程、坡度和坡向等地形特征，根据主要农作物的生长习性和特点，辅助农作物类型的识别。根据农作物遥感分类结果，统计农作物种植面积。农作物种植面积遥感监测提供产品如下：1）农作物种植结构分布图；2）农作物种植面积统计报告。3.2长势监测作物生长是一个极其复杂的生物生理过程，受光、温、水和土壤条件等多种因素影响，作物长势遥感监测是建立在绿色植物光谱理论基础之上，是对作物的苗情、生长状况及其变化的宏观监测。根据绿色植物对光谱的反

4、射特性，即作物在可见光部分（被叶绿素吸收）有较强的吸收峰，近红外波段（受叶片内部构造影响）有强烈的反射率，形成反射峰，这些敏感波段及其组合（通常称为植被指数）可以反映出作物生长信息，进而判断作物的生长状况以及大面积作物长势的空间差异，进行作物长势的监测。通过实时的植被指数遥感影像与去年、多年平均以及某一指定时期的遥感影像进行差值运算，并对差值图像进行分级，来反映作物生长差异的空间变化，判断监测期内作物长势状况。基于农作物叶面积指数和叶绿素含量，综合评价反映作物生长的状况，对不同农作物生长情况的空间分布进行定量分析。农作物长势监测提供产品如下：1）农作物长势监测图；2）农作物长势分析报告。3.3

5、土壤墒情监测根据不同的季节和时相条件下地表植被覆盖度的不同，选择不同旱情遥感监测模型。在裸土或者低植被覆盖度的情况下，作为土壤自身热学性质的热惯量，与土壤水分含量关系密切，土壤热容量、热传导率随土壤含水量的增加而增大，土壤热惯量也随土壤含水量的增加而增大。由于水的热容量和热传导率比土壤高，可认为通过地表温度的变化能够间接反映土壤中含水量的高低，地表昼夜温差大，则土壤含水量低；否则，土壤含水量高。在中、高植被覆盖度的条件下，植被供水指数法的土壤水分含量估算适用性较好。其原理是由于植被指数和地表温度是表述地表特征的两个重要参数，与地表土壤水分存在着紧密关系。土壤墒情监测提供产品如下：1）耕地土壤墒

6、情监测图；2）不同作物干旱等级专题产品；3）土壤墒情分析报告。4.经济作物遥感监测据2020年*省统计年鉴显示，橡胶是*省种植面积最广的经济作物（图1）。天然橡胶是唯一可再生的绿色能源原材料，是国防和工业建设不可缺少的战略物资。甘蔗是*省主要糖料作物，甘蔗制糖产业是*具有区域优势和较大加工规模的传统产业，也是集经济效益、社会效益、生态效益于一体的可持续发展的循环经济（图1）。准确、及时地对橡胶及甘蔗进行种植面积监测对作物产量预测与区域种植结构优化有着重要意义。图1 *省2019年作物种植面积，（a）农作物播种面积；（b）热带作物年末面积；（c）茶叶、园林水果年末面积。依据文献调查，橡胶树通常3

7、月开始生长，在八月生长达到峰值，在11月至12月衰老；甘蔗的生长期一般是月下旬播种，3月下旬至月上旬出苗，4月中旬至5月上旬为苗期，5月中旬至6月中旬分葉期，6月下旬至11月上旬为茎伸长期，11月中旬后为工艺成熟期。结合橡胶与甘蔗的物候特点，选择适宜的高空间分辨率、多时相、多光谱遥感数据，构造多种特征集，利用特征优选算法选择优势特征组合，利用机器学习与深度学习等智能化算法实现高精度的橡胶与甘蔗识别。在高精度作物识别的基础上，利用地面抽样调查优化遥感影像识别结果，实现*省高精度的橡胶与甘蔗面积估算与动态监测。（1）资料收集与外业考察规划，了解橡胶与甘蔗的空间分布总体特征和生长物候特点，在橡胶与甘

8、蔗主产区合理安排外业抽样样方，同时在热带雨林地区与非农业植被区安排抽样样方。（2）外业样本采样，携带手持式GPS及无人机等设备进行外业抽样，收集样方内作物地块地理位置、地块面积、作物类别，了解当地作物种植结构与空间布局特点，实地咨询当地农民了解橡胶、甘蔗和其他作物的生长物候特点。（3）样本整理及遥感影像选择，依据外业调查结果建立真实样本集用于后续橡胶与甘蔗识别算法的训练与测试；依据作物空间布局与物候特点，确定作物监测的空间尺度与时间尺度，选择合适空间尺度与时间尺度的遥感影像，影像频次3月初到11月底之间每半个月形成一期高质量影像。（4） 橡胶与甘蔗遥感识别，构建光谱、时相、指数及纹理特征集，优

9、选分类特征与分类算法，使用优选的分类特征与算法对遥感影像进行橡胶与甘蔗遥感识别，并进行分类后处理。（5）精度验证与作物面积监测，利用测试样本集对作物识别进行精度评价；以样方内甘蔗与橡胶面积修正影像分类估算面积，以国家统计数据进行面积监测结果评价，实现*省橡胶与甘蔗的面积准确估算。经济作物遥感监测提供产品如下：（1）*省橡胶空间分布专题图与甘蔗空间分布专题图;（2）*省、市、县橡胶与甘蔗面积统计分析报告。5. 农业遥感监测服务系统利用地理信息系统技术、遥感技术和网络信息技术，充分考虑先进性、可扩展性、安全性及稳定性的原则，设计构建农业遥感监测服务系统，包括Web端和APP端。Web端实现空间数据

10、GIS可视化、作物监测数据管理、成果数据统计分析和系统管理，APP端具备实地验证的功能，为*省农业信息管理及惠农决策的制定提供科学依据。农业遥感监测服务系统以SOA架构为基础架构，遵循多层体系、业务规范、数据资源标准等标准体系，强调各类基础资源的复用和可扩展性。纵向来看，系统由下至上可分为数据层、业务层、展示层和用户层，如下图所示。图 12 系统架构设计系统功能模块包括以下五个部分：空间数据GIS可视化模块、作物监测数据管理模块、成果数据统计分析模块、系统管理模块和移动端模块。图 3系统功能模块组成（1）空间数据GIS可视化模块空间数据GIS可视化模块包括卫星遥感数据和专题成果数据两方面的展示

11、。将遥感成果发布成服务并根据系统中用户级别设置查看权限，同时针对地图影像具备空间量测、空间查询、卷帘对比等多项GIS功能。（2）作物监测数据管理模块作物监测数据管理模块实现对主要农作物和经济作物种植面积监测、长势监测、土壤熵情监测、橡胶和甘蔗种植面积监测成果数据的管理。按监测对象的不同可分为农作物和经济作物，针对不同作物将分析成果数据按类别进行划分，对水稻和玉米种植面积监测、长势监测、土壤熵情监测、橡胶和甘蔗种植面积监测产品等进行统一管理，对新收集和产生的数据进行处理，形成标准化、规范化的数据管理规范，保证多源数据的一致性，实现数据的统一存储和高效管理，具体功能包括信息的导入、导出、浏览查看、

12、数据表的更新维护等。（3）成果数据统计分析模块成果数据统计分析模块主要对系统中存档的空间数据和作物监测数据进行统计和分析，形成可直观的统计图表供用户查阅和下载。主要包含作物面积统计分析、作物长势统计分析、土壤墒情统计分析，统计图表生成和下载等。（4）系统管理模块系统管理模块是Web应用程序必需的模块之一，也是农业遥感监测服务系统最基础的模块，系统管理是系统运维人员使用的，负责对系统中的基础数据进行维护和管理。包括用户管理、角色管理和日志管理等子模块。（5）移动端模块移动端模块实现了对遥感监测成果的现场验证，是具有位置导航、地图管理和个人中心等功能的移动APP软件。承担现场数据采集的任务，实现数据录入、现场照片/视频拍摄、拍照水印。现场采集完成后，移动端通过实时功能，将采集的标的信息、地理位置、现场照片等上传至Web服务端。7