遙感監(jiān)測技術方案

1、農業(yè)生態(tài)遙感監(jiān)測的內容為2014年北京市1期冬小麥面積監(jiān)測，2014年北京市2期玉米（春、夏玉米）面積監(jiān)測，2014年北京市4期設施農業(yè)占地面積，2014年秋季露地菜面積監(jiān)測。具體的生產流程如下：1、專題信息獲取專題信息主要指北京市冬小麥、玉米、設施農業(yè)、秋季菜田四類專題，具體監(jiān)測方法和生產流程如下：1.1 專題監(jiān)測方法 （1）小麥、玉米監(jiān)測小麥監(jiān)測北京市2014年冬小麥數據，以2014年4-5月遙感影像為主；玉米監(jiān)測2014年北京市玉米，以2014年6-9月遙感影像為主，具體的技術方法如下：在綜合考慮北京市地形特點，小麥、玉米種植結構特點的基礎上，經過對小麥、玉米種植物候，遙感生產的經驗總結

2、和對多種數據的對比、分析，提出一套基于“分目標、分區(qū)域、分數據、分技術”的“四分”技術方法，融生產標準規(guī)范、質量控制體系和用戶響應機制為一體的小麥、玉米播種面積統(tǒng)計統(tǒng)計遙感調查方法。該方法按照一定的分層指標將北京市行政村進行劃分，再對不同層級的村執(zhí)行不同的數據計劃和技術對策，最后采取分層抽樣法評估信息提取結果的精度，并對未滿足精度要求的區(qū)域進行成果修訂（圖1-1）。圖1-1 總體技術路線圖為提高小麥、玉米播種面積統(tǒng)計遙感調查精度，充分發(fā)揮多源數據及人機交互解譯的能力，研究出基于“四分”總體技術方法的小麥、玉米專題統(tǒng)計遙感生產流程?！八姆帧奔夹g：指“分目標、分區(qū)域、分數據、分技術”。四分技術是對

3、按照一定標準劃分的區(qū)域，分別采取不同的目標、數據和技術策略，使信息提取更具有針對性、有效性，達到提高精度的目的。具體包括兩大關鍵技術：解譯分區(qū)技術體系和精度評估技術。 1）人機解譯分層技術 根據北京市小麥、玉米分布范圍，結合北京市地形特點和小麥、玉米種植特點，將分布區(qū)分為三大帶：“山區(qū)帶、丘陵帶、平原帶”。繼而根據所分的三大區(qū)域，進一步研究小麥、玉米的種植特點和光譜紋理特征，結合地形地勢、分布趨勢、地塊破碎程度、地塊大小、占耕地面積以及解譯難易程度等多方面指標，通過定性定量相結合將北京市小麥、玉米種植區(qū)域進一步細化區(qū)分，針對不同區(qū)域采用不同的目標、數據和技術策略，抓住重點、難點，優(yōu)化目前提取方

4、法，提高小麥、玉米統(tǒng)計遙感調查精度。 2）精度評估技術為了檢驗小麥、玉米專題生產成果的精度，確保滿足市農業(yè)局指標統(tǒng)計的精度，本項目實施過程中建立了一套精度評估技術體系。該體系主要是為了解決專題精度是否達標的問題，并對未達標的成果進行科學合理的修訂反推。該精度評估技術體系是建立統(tǒng)計學抽樣原理的基礎上，通過結合小麥、玉米現勢數據或歷年數據，以村為統(tǒng)計抽樣單元進行分層抽樣評估。成果的精度評估將通過遙感面積和反推的實際面積對比分析得出，最終確保小麥、玉米成果市域的統(tǒng)計精度能夠滿足市農業(yè)局的業(yè)務要求。 （2）設施農業(yè)監(jiān)測設施農業(yè)主要監(jiān)測設施占地面積，設施農業(yè)的類型主要分為大棚，中、小棚，溫室三類， 20

5、14年每季度監(jiān)測一次，共4次，遙感影像以各季度內影像為主進行監(jiān)測，具體的監(jiān)測技術路線如下：在綜合考慮北京市地形特點和設施農業(yè)分布特點的基礎上，經過對前期設施農業(yè)占地面積遙感生產經驗的總結和對多種數據的對比、分析，探索了一套基于人機交互解譯，集生產標準規(guī)范、質量控制體系和用戶響應機制于一體的地塊級設施農業(yè)占地面積統(tǒng)計遙感調查方法。該方法首先分析不同地域的設施農業(yè)種植規(guī)律、采集解譯知識信息，再利用人機交互解譯方法、結合外業(yè)調查進行地塊級信息提取，提取中按照地域注意設施農業(yè)與其他易混淆地物類別的區(qū)分，最后采用抽樣技術評估信息提取結果的精度，并對未滿足精度要求的區(qū)域進行成果修訂。下圖為基于人機交互解譯

6、技術和精度評估技術體系的總體技術路線圖：圖1-2 總體技術路線圖為提高設施農業(yè)占地面積統(tǒng)計遙感調查精度，充分發(fā)揮多源數據及人機交互解譯的能力，研究了分區(qū)域的人機交互解譯總體技術方法的設施農業(yè)專題統(tǒng)計遙感生產流程。具體包括兩大關鍵技術：分區(qū)人機交互解譯技術和精度評估技術。 1）分區(qū)人機交互解譯技術人機交互解譯分區(qū)技術是按照易與設施農業(yè)發(fā)生混淆的地物類別（廠房、禽類養(yǎng)殖舍、牲畜養(yǎng)殖舍等）對設施農業(yè)分布地域進行劃分，研究不同區(qū)域的不同干擾地物分布特點和光譜紋理特征，對不同區(qū)域區(qū)分不同的排除重點，有針對性地剔除干擾信息，使設施農業(yè)信息提取具有更高的精度。 2）精度評估技術遙感是一門驗證科學，結合抽樣調

7、查的精度評估是一種非常適合于遙感解譯的精度評價方法。根據對幾種基本的抽樣方法（簡單隨機抽樣、分層抽樣、整群抽樣、系統(tǒng)抽樣等）研究，確定采用分層隨機抽樣。根據專題信息和抽樣方法的特點，先將研究區(qū)域設施農業(yè)按照設施村級面積數據劃分為6個級層，對每層隨機抽取樣本村進行實地調查；利用實測數據，科學地計算遙感調查結果的精度。 （3）秋季露地菜田監(jiān)測北京市2014年秋季露地菜田的監(jiān)測以2014年7-10月份遙感影像為主進行，具體技術流程如下：露地菜田遙感解譯受其他干擾物影響較大，因此，結合多個時相遙感影像，利用分層分類的方法進行菜田信息提?。▓D4-23）。首先，利用蔬菜及干擾物在9、10月份影像上的特殊光

8、譜反映將其從農田全覆蓋本底數據中分離出來；其次，根據6月下旬多光譜影像中的植被反映，從水田地類中剔除水稻，解譯出水生蔬菜，再從非水田中分離出部分種植較早的秋菜；然后，利用葡萄、大豆和早種紅薯在7月上中旬的植被反映，將其分離出來。圖1-3 秋季菜田分層分類提取技術路線1.2 專題生產流程農業(yè)遙感現狀監(jiān)測基本生產流程為：專題業(yè)務知識梳理，數據獲取，數據預處理，解譯知識庫建立，專題信息提取，外業(yè)調查，成果精度評價，成果整理分析等。（1） 專題業(yè)務知識梳理業(yè)務知識梳理主要包括：專題物候規(guī)律梳理，專題區(qū)域種植特征梳理，專題政策導向梳理，統(tǒng)計上報數據分析等。（2） 數據采集1） 遙感數據為達到各專題遙感調

9、查的業(yè)務要求，結合各專題物候期和統(tǒng)計時間節(jié)點要求，參照分區(qū)域結果，采集適宜空間分辨率和時相的遙感數據源。影像時相選擇 冬小麥專題生產影像選擇4-5月覆蓋一次，玉米專題生產影像選擇7-8月覆蓋一次，設施以全色數據為主，要求每個季度覆蓋全北京市一次，秋季露地菜田專題生產影像選擇7-8月覆蓋一次，9月覆蓋一次，10月覆蓋一次，11月覆蓋一次。影像光譜選擇應選用最佳時相范圍內的遙感影像，并要求影像層次豐富、圖像清晰、色調均勻、反差適中。遙感影像的波段數量大于等于3個，含有可見光和近紅外波段。影像分辨率選擇A：多光譜空間分辨率不低于30米，時間分辨率不低于15天，每景盡量保證覆蓋全北京市。B：全色空間分

10、辨率不低于4米，一個季度覆蓋全北京市一次。云量控制影像中云層覆蓋小于5%，且不能集中覆蓋在大田作物，設施或菜田范圍內。側視角要求 影像接受的側視角一般要求在15度以內，最大不超過20度。2） 基礎數據基礎數據主要包括：行政界線數據，地形數據，航空遙感正射影像數據，耕地地塊數據等。 圖1-4 行政界限圖 圖1-5 高分辨率航片圖1-6 DEM數據 圖1-7 耕地數據圖1-8 1:1萬地形圖數據（3） 數據預處理數據預處理包括三方面內容，包括：基于行政村的解譯分區(qū)劃分、遙感數據預處理、基礎數據及業(yè)務數據預處理。 1）基于行政村的解譯分區(qū)劃分參考各專題歷年統(tǒng)計上報數據，根據各專題種植結構和種植規(guī)模，

11、結合地塊破碎程度、地塊大小、占耕地面積以及解譯難易程度等多方面指標，通過定性定量相結合的方式將北京市各專題種植區(qū)域進行劃分，如冬小麥劃分為一般種植、復雜種植、規(guī)模種植和較少種植。2）影像數據預處理利用輔助參考信息對遙感影像進行輻射校正、正射校正、幾何精校正以及圖像增強和融合等處理，最終滿足專題信息提取的數據預處理標準要求。數據融合事例如下圖所示：圖1-9 影像數據預處理3）基礎數據及業(yè)務數據預處理將專題信息生產過程中所需的非圖像數據進行地理編碼，使其與圖像數據配準到共同的地理坐標系下。這種處理可以將獲取的非遙感數據按照一定的地理網格系統(tǒng)重新量化和編碼，以便完成各種地理數據的定量和定位。下圖為業(yè)

12、務數據預處理事例：圖1-10 基礎數據及業(yè)務數據預處理質量控制： 在保證控制點均勻分布的前提下，平原區(qū)多光譜影像的控制點殘差應小于0.5個像元； 在保證控制點均勻分布的前提下，山區(qū)多光譜影像的控制點殘差應小于1個像元； 在保證控制點均勻分布的前提下，平原區(qū)全色影像的控制點殘差應小于1個像元； 在保證控制點均勻分布的前提下，山區(qū)全色影像的控制點殘差應小于2個像元； 融合影像應保留原多光譜影像大部分光譜信息和全色影像大部分紋理信息，影像色彩真實均勻，明暗程度適中、清晰，紋理信息突出。 影像數據、基礎數據和空間化的業(yè)務數據應具有同樣的投影和坐標系。（4） 專題信息提取1） 解譯知識庫建立在專題遙感信

13、息生產啟動初期，一方面由解譯人員進行前期外業(yè)調查，對當年專題分布趨勢情況有一個事先的了解；另一方面收集了解當年相關的政策信息，提前預估政策引導可能帶來的影響。以此作為后續(xù)解譯工作的一部分先驗知識。圖1-11 解譯知識建立2） 專題信息提取充分利用多源（最佳時相、最佳對比時相以及最新時相的不同空間分辨率、光譜分辨率）遙感影像數據，利用多時相對比的方式進行人機交互解譯提取各專題信息。同時疊加去年各個專題本底數據源，在此參考數據源的基礎上提取當年的專題成果。同時充分利用好已有的其他相關專題成果數據以及輔助參考數據，輔助專題信息解譯，提高判讀精度。質量控制： 每天作業(yè)人員按照標準要求提交當日生產的中間

14、成果，并填寫“每日工作進展記錄表”。 質量監(jiān)督員每天檢查作業(yè)人員生產出來的中間成果，抽查率不低于30。從圖斑判讀是否正確、圖斑屬性是否正確、圖斑形狀是否規(guī)整以及圖斑之間拓撲關系是否正確等幾個方面進行檢查，檢查完成后填寫“圖斑勾繪考核詳細表”。凡是不符合要求的中間成果要及時的返工，時間不超過1天。 由專題技術負責人每天檢查“每日工作進展記錄表”和“圖斑勾繪考核詳細表”。對每個作業(yè)人員的狀態(tài)以及整個專題生產的進度及時掌握。同時針對出現問題的作業(yè)人員進行及時的溝通了解。另外每周進行一次專題成果抽查，抽查率不低于10。（5） 外業(yè)調查與內業(yè)修訂外業(yè)調查主要針對內業(yè)信息生產過程中性質和大小不能確定的圖斑

15、進行調查。通過典型圖斑抽樣調查，確定疑似圖斑的真?zhèn)?、類型、范圍、位置等，及時反饋到內業(yè)成果修訂環(huán)節(jié)中，以便補充遺漏圖斑，剔除判定錯誤的圖斑，保證冬小麥信息提取結果的可靠性和精度。外業(yè)調查驗證包括外業(yè)計劃制定、外業(yè)設備和相關內容準備、外業(yè)實地調查和外業(yè)成果的整理等環(huán)節(jié)。 外業(yè)計劃制定根據內業(yè)信息提取的完成情況，綜合分析各區(qū)縣疑似圖斑的多少、分布情況的復雜程度、所涉及到的分層等級等因素，確定外業(yè)調查的優(yōu)先等級，優(yōu)先等級相當的區(qū)縣按照從大區(qū)到小區(qū)、從遠及近的原則制定外業(yè)調查計劃，統(tǒng)一調配人員、車輛。 外業(yè)準備外業(yè)調查用的儀器設備包括手持GPS、數碼相機、筆記本電腦、外業(yè)記錄表、車載充電設備等。在開展

16、外業(yè)調查前，要根據外業(yè)計劃中確定的調查區(qū)縣提取出該區(qū)典型的疑似圖斑，設計外業(yè)調查路線，路線要盡可能多的穿越冬小麥主要種植區(qū)。然后以疑似圖斑、外業(yè)調查路線、調查路線周邊冬小麥圖斑為主要要素，以融合影像為底圖制作外業(yè)用紙質工作圖。并將外業(yè)調查用矢量數據（疑似圖斑、外業(yè)調查路線、冬小麥圖斑）和影像數據（航空照片、融合影像、多光譜影像）導入筆記本電腦。 實地調查與記錄外業(yè)實地調查采用“沿途勾繪”的方法，對沿途看到的冬小麥圖斑進行真?zhèn)闻卸?。到達疑似圖斑所在地后，停車拍照，部分地塊要測量面積，并將冬小麥的生長狀況、周圍環(huán)境等信息詳細的記錄在調查記錄表上。完成調查后，在筆記本電腦上填寫調查點確認信息，表明該

17、點已調查完成。 調查結果整理完成外業(yè)調查后，對調查獲得的各種數據進行規(guī)范化處理。按照外業(yè)調查數據整理規(guī)范要求，將外業(yè)調查記錄表、紙質工作圖、外業(yè)照片按區(qū)縣、調查日期進行編號。根據外業(yè)記錄表、紙質工作圖、外業(yè)照片、疑似圖斑矢量數據、外業(yè)調查線路數據提供的信息編制電子版外業(yè)調查表格，詳細記錄外業(yè)調查獲得的各種信息，用于輔助內業(yè)信息修訂。在完成外業(yè)調查表格編制后，將外業(yè)調查記錄表存入檔案庫。在完成內業(yè)信息修訂后，紙質工作圖也要存入檔案庫。 基于外業(yè)驗證結果的信息修訂參照外業(yè)調查結果，主要針對錯判和漏判冬小麥信息進行修訂。在當前區(qū)縣范圍內，根據實地調查的不確定圖斑的解譯特征，尋找與其解譯特征近似的圖斑，補充漏判的冬小麥種植地塊，去除誤判的冬小麥地塊。圖1-12 外業(yè)驗證與內業(yè)修訂過程質量控制： 檢查外業(yè)計劃制定的是否合理可行。 檢查外業(yè)設備配備是否齊全，功能是否完好。 檢查外業(yè)定點調查圖斑的選擇是否滿足要求。 檢查外業(yè)路線設計是否滿足要求。 檢查外業(yè)調查底圖的要素是否全面。 檢查“外業(yè)調查記錄表”是否按照標準要求填寫。 抽查外業(yè)調查成果是否按照標準要求整理。 抽查外業(yè)定點調查的點位是否正確，照片方向是否