基于S G滤波的陕西关中地区冬小麦生育期遥感识别和长势监测

doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2015.01.012

摘要/Abstract

摘要： 采用SPOT VGT S10产品数据，通过S G滤波处理，重构NDVI时间序列，分析陕西关中地区冬小麦返青期和抽穗期在遥感影像上NDVI时序曲线变化特征，对冬小麦的返青期和抽穗期进行遥感识别。通过与站点观测的生育期数据比较，遥感识别的均方根误差大部分在±20d之内，返青期均方根误差（RMSE）为14.29d，抽穗期RMSE为9.16d，表明基于SPOT VGT数据对关中地区冬小麦返青期和抽穗期进行遥感识别是可行的。采用差值模型基于环境减灾小卫星（HJ星）数据进行渭南市2012年冬小麦抽穗期长势监测研究，结果显示大部分地区2012年冬小麦长势稍好于2011年，经与实地调查资料比较，监测结果与实际情况基本一致。采用HJ星数据进行冬小麦长势监测，结果纹理清晰，且以同源数据提取的冬小麦种植面积作为掩膜剔除非麦区域，降低了重采样带来的误差，用其进行长势监测研究具有明显优势。

关键词: S G滤波, SPOT VGT, 长势监测, HJ星, NDVI

Abstract: The NDVI time series was constructed by using Savitzky Golay filter method based on SPOT VGT S10 product data.The temporal variation of the NDVI values during reviving stage and tasseling stage of winter wheat was obtained.The temporal variation of NDVI were applied for detecting the reviving stage and the tasseling stage of winter wheat in Guanzhong region in Shaanxi province.Compared with the field measurements，the prediction uncertainty of remote sensing approach was within20d，and the corresponding RMSE values of reviving stage and tasseling stage were 14.29d and 9.16d，respectively.This meant remote recognition to winter wheat during reviving stage and tasseling stage based on SPOT VGT data was available.Combing with HJ satellite data，the deference model was used to study the winter wheat growth in 2012，the results showed that the winter wheat growth in 2012 was better than 2011 in Weinan region，which was consistence with the in situ measurements.Based on HJ data，the satellite derived spatial distributing veins of winter wheat growth were clear，and using the plant area of winter wheat extracted from the same satellite data as the mask to exclude the nonwinter wheat region could reduce the uncertainty generated during the data resample procedure.The results indicated that HJ data was pronounced advantage for winter wheat growth monitoring．

Key words: Savitzky Golay filter, SPOT VGT, Growth monitoring, HJ data, NDVI

权文婷，周辉，李红梅，伊万娟，李化龙. 基于S G滤波的陕西关中地区冬小麦生育期遥感识别和长势监测[J]. 中国农业气象, 2015, 36(01): 93-99.

QUAN Wen ting，ZHOU Hui，LI Hong mei，YI Wan juan，Li Hua long. Remote Recognition and Growth Monitoring of Winter Wheat in Key Stages Based on S G Filter in Guanzhong Region[J]. Chinese Journal of Agrometeorology, 2015, 36(01): 93-99.

参考文献

[1]闫峰，史培军，武建军，等.基于MODIS-EVI数据的河北省冬小麦生育期特征[J].生态学报，2008，28（9）：8381-8387.
Yan F, Shi P J, Wu J J, et al. The phenology character of winter wheat by MODIS-EVI data in Hebei China[J].Acta Ecologica Sinica, 2008，28（9）：8381-8387.(in Chinese)
[2]张学霞，葛全胜，郑景云.遥感技术在植物物候研究中的应用综述[J].地球科学进展，2003，18（4）：534-544.
Zhang X X, Ge Q S, Zheng J Y. Overview on the vegetation phenology using the remote sensing[J]. Advance in Earth Sciences, 2003，18（4）：534-544. (in Chinese)
[3]孔令寅，延昊，鲍艳松，等.基于关键发育期的冬小麦长势遥感监测方法[J].中国农业气象，2012，33（3）：424-430.
Kong L Y, Yan H, Bao Y S, et al. Remote sensor monitoring method for winter wheat growth based on key development periods[J]. Chinese Journal of Agrometeorology, 2012，33（3）：424-430. (in Chinese)
[4]Sakamoto T，Yokozawa M，Toritani H，et al. A crop phenology detection method using time-series MODIS data[J].Remote Sensing of Environment，2005，96（3-4）：366-374.
[5]Zhang X Y，Friedl M A，Schaaf C B，et al. Monitoring vegetation phenology using MODIS[J].Remote Sensing of Environment，2003，84（3）：471-475.
[6]Duchemin B，Goubier J，Courrier G. Monitoring phenological key stages and cycle duration of temperate deciduous forest ecosystems with NOAA/AVHRR data[J].Remote Sensing of Environment，1999，67（1）：68-82.
[7]陆明，申双和，王春艳，等.基于图像识别技术的夏玉米生育期识别方法初探[J].中国农业气象，2011，32（3）：423-429.
Lu M, Shen S H, Wang C Y, et al. Initial exploration of maze phonological stage based on image recognition[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2011，32（3）：423-429.(in Chinese)
[8]孙华生，黄敬峰，彭代亮.利用MODIS数据识别水稻关键生长发育期[J].遥感学报，2009，13（6）：1122-1137.
Sun H S, Huang J F，Peng D L. Detecting major growth stages of paddy rice using MODIS data[J].Journal of Remote Sensing, 2009，13（6）：1122-1137.(in Chinese)
[9]郑小波，陈娟，康为民，等.利用MODIS监测高原水稻生育期和长势的方法[J].中国农业气象，2007，28（4）：453-456.
Zheng X B, Chen J, Kang W M, et al. Methods of monitoring rice growing periods and growth status by using MODIS in Yungui Plateau[J]. Chinese Journal of Agrometeorology, 2007，28（4）：453-456. (in Chinese)
[10]鹿琳琳，郭华东.基于SPOT/VEGETATION时间序列的冬小麦物候提取方法[J].农业工程学报，2009，25（6）：174-179.
Lu L L, Guo H D. Extraction method of winter wheat phenology from time series of SPOT/VEGETATION data[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2009，25（6）：174-179.(in Chinese)
[[1]1]李加林，刘闯.基于MODIS的杭州湾南岸农业生态系统NDVI季节变化特征研究[J].地理与地理信息科学，2005，21（3）：30-34.
Li J L, Liu C. Research on NDVI seasonal dynamics of agri-ecosystem on south coast of Hangzhouwan Bay using MODIS data[J]. Geography and Geo-Information Science, 2005，21（3）：30-34. (in Chinese)
[[1]2]刘惠敏，何彬方，张宏群.安徽省冬小麦长势遥感监测与评估方法研究[J].中国农学通报，2011，27（33）：18-22.
Liu H M, He B F, Zhang H Q. Anhui winter wheat growing remote sensing monitoring and evaluation methods research[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2011，27（33）：18-22. (in Chinese)
[[1]3]钱永兰，侯英雨，延昊.基于遥感的国外作物长势监测与产量趋势估计[J].农业工程学报，2012，28（13）：166-171.
Qian Y L, Hou Y Y, Yan H. Global crop growth condition monitoring and yield trend prediction with remote sensing[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2012，28（13）：166-171.(in Chinese)
[14]李建平，上官周平.陕西省粮食生产基地县粮食供需状况及其生产态势的调查研究[J].干旱区资源与环境，2011，25（12）：47-52.
Li J P, Shangguan Z P. Investigation and study on supply and demand of food and production trend in food-producing base counties of Shaanxi Province[J].Journal of Arid Land Resources and Environment,2011，25（12）：47-52.(in Chinese)
[15]赵英时.遥感应用分析原理与方法[M].北京：科学出版社，2003：374-375.
Zhao Y S. The principle and method of analysis of remote sensing application[M]. Beijing：Science Press, 2003：374-375.(in Chinese)
[16]边金虎，李爱农，宋孟强. MODIS植被指数时间序列Savitzky-Golay滤波算法重构[J].遥感学报，2010，14（4）：725-741.
Bian J H, Li A N, Song M Q. Reconstruction of NDVI time-series datasets of MODIS based on Savitzky-Golay filter[J].Journal of Remote Sensing, 2010，14（4）：725-741.(in Chinese)
[17]权文婷，周辉.HJ星数据在关中冬小麦种植面积遥感监测中的应用[J].遥感技术与应用，2015，30（1） -.待刊
Quan W T, Zhou H. Remote Sensing monitoring planting area of winter wheat in Guanzhong using HJ data[J]. Remote Sensing Technology and Application, 2015,30(1):–.to be published. (in Chinese)
[18]吴文斌，杨鹏，唐华俊，等.两种NDVI时间序列数据拟合方法比较[J].农业工程学报，2009，25（11）：183-188.
Wu W B, Yang P, Tang S J, et al. Comparison of two fitting methods of NDVI time series datasets[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2009，25（11）：183-188. (in Chinese)
[19]Chen J，Jönsson P，Tamura M，et al. A simple method for reconstructing a high-quality NDVI time-series data set based on the Savitzky-Golay filter[J]. Remote Sensing of Environment，2004，91（3-4）：332-334.
[20]黄耀欢，王建华，江东，等.利用S-G滤波进行MODIS-EVI时间序列数据重构[J].武汉大学学报(信息科学版)2009，34（12）：1440-1443.
Huang Y H, Wang J H, Jiang D, et al. Reconstruction of MODIS-EVI time-series data with S-G filter[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2009，34（12）：1440-1443.(in Chinese)
[21]Steinier J，Termonia Y，Deltour J. Comments on smoothing and differentiation of data by simplified least squares procedure[J].Analytical Chemistry，1972，44（11）：1906-1909.
[22]吴炳方，张峰，刘成林，等.农作物长势综合遥感监测方法[J].遥感学报，2004，8（6）：498-514.
Wu B F, Zhang F, Liu C L, et al. An integrated method for crop condition monitoring[J].Journal of Remote Sensing, 2004，8（6）：498-514.(in Chinese)
[23]黄青，吴文斌，邓辉.2009年江苏省冬小麦和水稻种植面积信息遥感提取及长势监测[J].江苏农业科学，2010，28（6）：508-511.
Huang Q, Wu W B, Deng H. Remote sensing extraction planting area of winter wheat and rice and growth monitoring in 2009[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2010，28（6）：508-511.(in Chinese)

[1]	史晓亮，杨志勇，王馨爽，高军，胡艳. 黄土高原植被净初级生产力的时空变化及其与气候因子的关系[J]. 中国农业气象, 2016, 37(04): 445-453.
[2]	李颖，韦原原，刘荣花，方文松，成林. 河南麦区一次高温低湿型干热风灾害的遥感监测[J]. 中国农业气象, 2014, 35(05): 593-599.
[3]	李晓光，刘华民，王立新，卓义. 鄂尔多斯高原植被覆盖变化及其与气候和人类活动的关系[J]. 中国农业气象, 2014, 35(04): 470-476.
[4]	李颖，刘荣花，郑东东. 基于多源数据和决策树估算夏玉米种植面积[J]. 中国农业气象, 2014, 35(03): 344-348.
[5]	吴丽丽，任志远，张翀. 陕北地区植被指数对水热条件变化的响应及其时滞分析[J]. 中国农业气象, 2014, 35(01): 103-108.
[6]	白淑英，王莉，史建桥. 长江流域NDVI对气候变化响应的时滞效应[J]. 中国农业气象, 2012, 33(04): 579-586.
[7]	孔令寅，延昊，鲍艳松，陈怀亮. 基于关键发育期的冬小麦长势遥感监测方法[J]. 中国农业气象, 2012, 33(03): 424-430.
[8]	侯光雷, 刘德赢, 张正祥, 郭聃, 张洪岩. 松嫩平原不同气候区植被NDVI对气候变化的响应[J]. 中国农业气象, 2012, 33(02): 271-277.
[9]	邵步粉;周锁铨;顾婷婷;李强;. 鄱阳湖流域NDVI时空变化及其与地表径流的关系[J]. 中国农业气象, 2010, 31(02): 288-294.
[10]	姚艳丽;刘志军;刘静;邢文渊;. 巴里坤草场不同草地类型MODIS-NDVI的时空变化[J]. 中国农业气象, 2009, 30(S1): 144-147.
[11]	王晨轶;李秀芬;纪仰慧;. 黑龙江省植被长势遥感监测解析[J]. 中国农业气象, 2009, 30(04): 582-584.
[12]	刘勇洪;高燕虎;权维俊;. 基于NOAA卫星数据的北京植被光能利用率及其时空格局[J]. 中国农业气象, 2009, 30(04): 591-595.
[13]	徐军昶;卫海燕;王勇;赵奕兵;尚小宁;董晓文;. 基于GIS和RS的咸阳市林地资源变化及飞播造林成效分析[J]. 中国农业气象, 2008, 29(04): 436-439.
[14]	郑小波;陈娟;康为民;罗宇翔;田鹏举;. 利用MODIS监测高原水稻生育期和长势的方法[J]. 中国农业气象, 2007, 28(04): 453-456.
[15]	刘绿柳;许红梅;. 黄河流域主要植被类型NDVI变化规律及其与气象因子的关系[J]. 中国农业气象, 2007, 28(03): 334-337.