遙感監(jiān)測技術(shù)方案

1、1、專題信息獲取專題信息主要指北京市冬小麥、玉米、設(shè)施農(nóng)業(yè)、秋季菜田四類專題，具體監(jiān)測方法和生產(chǎn)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(shù)據(jù)，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(shù)方法如下：在綜合考慮北京市地形特點(diǎn)，小麥、玉米種植結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對小麥、玉米種植物候，遙感生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和對多種數(shù)據(jù)的對比、分析，提出一套基于“分目標(biāo)、分區(qū)域、分?jǐn)?shù)據(jù)、分技術(shù)”的“四分”技術(shù)方法，融生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、質(zhì)量控制體系和用戶響應(yīng)機(jī)制為一體的小麥、玉米播種面積統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)遙感調(diào)查方法。該方法按照一定的分

2、層指標(biāo)將北京市行政村進(jìn)行劃分，再對不同層級的村執(zhí)行不同的數(shù)據(jù)計(jì)劃和技術(shù)對策，最后采取分層抽樣法評估信息提取結(jié)果的精度，并對未滿足精度要求的區(qū)域進(jìn)行成果修訂（圖1-1）。圖1-1總體技術(shù)路線圖為提高小麥、玉米播種面積統(tǒng)計(jì)遙感調(diào)查精度，充分發(fā)揮多源數(shù)據(jù)及人機(jī)交互解譯的能力，研究出基于“四分”總體技術(shù)方法的小麥、玉米專題統(tǒng)計(jì)遙感生產(chǎn)流程?！八姆帧奔夹g(shù)：指“分目標(biāo)、分區(qū)域、分?jǐn)?shù)據(jù)、分技術(shù)”。四分技術(shù)是對按照一定標(biāo)準(zhǔn)劃分的區(qū)域，分別采取不同的目標(biāo)、數(shù)據(jù)和技術(shù)策略，使信息提取更具有針對性、有效性，達(dá)到提高精度的目的。具體包括兩大關(guān)鍵技術(shù)：解譯分區(qū)技術(shù)體系和精度評估技術(shù)。1）人機(jī)解譯分層技術(shù)根據(jù)北京市小麥、

3、玉米分布范圍，結(jié)合北京市地形特點(diǎn)和小麥、玉米種植特點(diǎn)，將分布區(qū)分為三大帶：“山區(qū)帶、丘陵帶、平原帶”。繼而根據(jù)所分的三大區(qū)域，進(jìn)一步研究小麥、玉米的種植特點(diǎn)和光譜紋理特征，結(jié)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(biāo)，通過定性定量相結(jié)合將北京市小麥、玉米種植區(qū)域進(jìn)一步細(xì)化區(qū)分，針對不同區(qū)域采用不同的目標(biāo)、數(shù)據(jù)和技術(shù)策略，抓住重點(diǎn)、難點(diǎn)，優(yōu)化目前提取方法，提高小麥、玉米統(tǒng)計(jì)遙感調(diào)查精度。2）精度評估技術(shù)為了檢驗(yàn)小麥、玉米專題生產(chǎn)成果的精度，確保滿足市農(nóng)業(yè)局指標(biāo)統(tǒng)計(jì)的精度，本項(xiàng)目實(shí)施過程中建立了一套精度評估技術(shù)體系。該體系主要是為了解決專題精度是否達(dá)標(biāo)的問

4、題，并對未達(dá)標(biāo)的成果進(jìn)行科學(xué)合理的修訂反推。該精度評估技術(shù)體系是建立統(tǒng)計(jì)學(xué)抽樣原理的基礎(chǔ)上，通過結(jié)合小麥、玉米現(xiàn)勢數(shù)據(jù)或歷年數(shù)據(jù)，以村為統(tǒng)計(jì)抽樣單元進(jìn)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(shí)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(jì)精度能夠滿足市農(nóng)業(yè)局的業(yè)務(wù)要求。（2）設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)測設(shè)施農(nóng)業(yè)主要監(jiān)測設(shè)施占地面積，設(shè)施農(nóng)業(yè)的類型主要分為大棚，中、小棚，溫室三類，2014年每季度監(jiān)測一次，共4次，遙感影像以各季度內(nèi)影像為主進(jìn)行監(jiān)測，具體的監(jiān)測技術(shù)路線如下：在綜合考慮北京市地形特點(diǎn)和設(shè)施農(nóng)業(yè)分布特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對前期設(shè)施農(nóng)業(yè)占地面積遙感生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和對多種數(shù)據(jù)的對比、分析，

5、探索了一套基于人機(jī)交互解譯，集生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、質(zhì)量控制體系和用戶響應(yīng)機(jī)制于一體的地塊級設(shè)施農(nóng)業(yè)占地面積統(tǒng)計(jì)遙感調(diào)查方法。該方法首先分析不同地域的設(shè)施農(nóng)業(yè)種植規(guī)律、采集解譯知識信息，再利用人機(jī)交互解譯方法、結(jié)合外業(yè)調(diào)查進(jìn)行地塊級信息提取，提取中按照地域注意設(shè)施農(nóng)業(yè)與其他易混淆地物類別的區(qū)分，最后采用抽樣技術(shù)評估信息提取結(jié)果的精度，并對未滿足精度要求的區(qū)域進(jìn)行成果修訂。下圖為基于人機(jī)交互解譯技術(shù)和精度評估技術(shù)體系的總體技術(shù)路線圖：:數(shù)據(jù):支撐遙感影像數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與政策資料業(yè)務(wù)需求與統(tǒng)計(jì)制度遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)預(yù)處理精度評估精度評估成果輸出信息提取及驗(yàn)證、修訂數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理*基礎(chǔ)數(shù)據(jù)預(yù)處理

6、圖1-2總體技術(shù)路線圖區(qū)域性先驗(yàn)知識積累標(biāo)準(zhǔn)化矢量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表專題分析報(bào)告解譯知識采集分區(qū)域人機(jī)交互解譯法提取信息外業(yè)調(diào)查驗(yàn)證與內(nèi)業(yè)修訂分層抽樣與外業(yè)調(diào)查統(tǒng)計(jì)學(xué)反推修正標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與質(zhì)量控制達(dá)標(biāo)結(jié)合統(tǒng)計(jì)模型的地塊尺度設(shè)施農(nóng)業(yè)占地面積數(shù)據(jù)為提高設(shè)施農(nóng)業(yè)占地面積統(tǒng)計(jì)遙感調(diào)查精度，充分發(fā)揮多源數(shù)據(jù)及人機(jī)交互解譯的能力，研究了分區(qū)域的人機(jī)交互解譯總體技術(shù)方法的設(shè)施農(nóng)業(yè)專題統(tǒng)計(jì)遙感生產(chǎn)流程。具體包括兩大關(guān)鍵技術(shù)：分區(qū)人機(jī)交互解譯技術(shù)和精度評估技術(shù)。1）分區(qū)人機(jī)交互解譯技術(shù)人機(jī)交互解譯分區(qū)技術(shù)是按照易與設(shè)施農(nóng)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(shè)施農(nóng)業(yè)分布地域進(jìn)行劃分，研究不同區(qū)域的不同干

7、擾地物分布特點(diǎn)和光譜紋理特征，對不同區(qū)域區(qū)分不同的排除重點(diǎn)，有針對性地剔除干擾信息，使設(shè)施農(nóng)業(yè)信息提取具有更高的精度。2）精度評估技術(shù)遙感是一門驗(yàn)證科學(xué)，結(jié)合抽樣調(diào)查的精度評估是一種非常適合于遙感解譯的精度評價(jià)方法。根據(jù)對幾種基本的抽樣方法（簡單隨機(jī)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(jī)抽樣。根據(jù)專題信息和抽樣方法的特點(diǎn)，先將研究區(qū)域設(shè)施農(nóng)業(yè)按照設(shè)施村級面積數(shù)據(jù)劃分為6個(gè)級層，對每層隨機(jī)抽取樣本村進(jìn)行實(shí)地調(diào)查；利用實(shí)測數(shù)據(jù)，科學(xué)地計(jì)算遙感調(diào)查結(jié)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(jìn)行，具體技術(shù)流程如下：露地

8、菜田遙感解譯受其他干擾物影響較大，因此，結(jié)合多個(gè)時(shí)相遙感影像，利用分層分類的方法進(jìn)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譜反映將其從農(nóng)田全覆蓋本底數(shù)據(jù)中分離出來；其次,根據(jù)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。耕地全覆蓋水田6月下旬多光譜其他苗圃、設(shè)施、草地9月下旬10月上旬多光譜,11水生菜非菜田（水稻）菜田及其他10月下旬多光譜植被反映二$有無植被反映植被反映“、強(qiáng)烈、鮮亮弱或無非菜田強(qiáng)烈、鮮亮弱或無秋菜連秋菜及

9、干擾作物晚種連秋菜非菜田7月上中旬植被反映有無圖1-3秋季菜田分層分類提取技術(shù)路線1.2專題生產(chǎn)流程農(nóng)業(yè)遙感現(xiàn)狀監(jiān)測基本生產(chǎn)流程為：專題業(yè)務(wù)知識梳理，數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)預(yù)處理，解譯知識庫建立，專題信息提取，外業(yè)調(diào)查，成果精度評價(jià)，成果整理分析等。（1）專題業(yè)務(wù)知識梳理業(yè)務(wù)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(dǎo)向梳理，統(tǒng)計(jì)上報(bào)數(shù)據(jù)分析等。（2）數(shù)據(jù)采集1）遙感數(shù)據(jù)為達(dá)到各專題遙感調(diào)查的業(yè)務(wù)要求，結(jié)合各專題物候期和統(tǒng)計(jì)時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求，參照分區(qū)域結(jié)果，采集適宜空間分辨率和時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)源。 影像時(shí)相選擇冬小麥專題生產(chǎn)影像選擇4-5月覆蓋一次，玉米專題生產(chǎn)影像選擇7-8月覆蓋一

10、次，設(shè)施以全色數(shù)據(jù)為主，要求每個(gè)季度覆蓋全北京市一次，秋季露地菜田專題生產(chǎn)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(yīng)選用最佳時(shí)相范圍內(nèi)的遙感影像，并要求影像層次豐富、圖像清晰、色調(diào)均勻、反差適中。遙感影像的波段數(shù)量大于等于3個(gè)，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(shí)間分辨率不低于15天，每景盡量保證覆蓋全北B:全色空間分辨率不低于4米，一個(gè)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(shè)施或菜田范圍內(nèi)®側(cè)視角要求影像接受的側(cè)視角一般要求在15度以內(nèi)，最大不超過

11、20度。2）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括：行政界線數(shù)據(jù)，地形數(shù)據(jù)，航空遙感正射影像數(shù)據(jù)，耕地地塊數(shù)據(jù)等。圖1-4行政界限圖圖1-5高分辨率航片圖1-6DEM數(shù)據(jù)圖1-7耕地?cái)?shù)據(jù)圖1-81:1萬地形圖數(shù)據(jù)（3）數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)預(yù)處理包括三方面內(nèi)容，包括：基于行政村的解譯分區(qū)劃分、遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)預(yù)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(jì)上報(bào)數(shù)據(jù)，根據(jù)各專題種植結(jié)構(gòu)和種植規(guī)模，結(jié)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(biāo)，通過定性定量相結(jié)合的方式將北京市各專題種植區(qū)域進(jìn)行劃分，如冬小麥劃分為一般種植、復(fù)雜種植、規(guī)模種植和較少種植。2）影像數(shù)據(jù)預(yù)處理利用

12、輔助參考信息對遙感影像進(jìn)行輻射校正、正射校正、幾何精校正以及圖像增強(qiáng)和融合等處理，最終滿足專題信息提取的數(shù)據(jù)預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)要求。數(shù)據(jù)融合事例如下圖所示：3）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)預(yù)處理圖1-9影像數(shù)據(jù)預(yù)處理將專題信息生產(chǎn)過程中所需的非圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行地理編碼，使其與圖像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)到共同的地理坐標(biāo)系下。這種處理可以將獲取的非遙感數(shù)據(jù)按照一定的地理網(wǎng)格系統(tǒng)重新量化和編碼，以便完成各種地理數(shù)據(jù)的定量和定位。下圖為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)預(yù)處理事例：圖1-10基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)預(yù)處理質(zhì)量控制：在保證控制點(diǎn)均勻分布的前提下,于個(gè)像元；在保證控制點(diǎn)均勻分布的前提下,1個(gè)像元；在保證控制點(diǎn)均勻分布的前提下,1個(gè)像元；平原區(qū)多光譜影像的控

13、制點(diǎn)殘差應(yīng)小山區(qū)多光譜影像的控制點(diǎn)殘差應(yīng)小于平原區(qū)全色影像的控制點(diǎn)殘差應(yīng)小于圖1-11解譯知識建立在保證控制點(diǎn)均勻分布的前提下，山區(qū)全色影像的控制點(diǎn)殘差應(yīng)小于2個(gè)像元；融合影像應(yīng)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(shí)均勻，明暗程度適中、清晰，紋理信息突出。影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和空間化的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)應(yīng)具有同樣的投影和坐標(biāo)系(4) 專題信息提取1)解譯知識庫建立在專題遙感信息生產(chǎn)啟動(dòng)初期，一方面由解譯人員進(jìn)行前期外業(yè)調(diào)查，對當(dāng)年專題分布趨勢情況有一個(gè)事先的了解；另一方面收集了解當(dāng)年相關(guān)的政策信息，提前預(yù)估政策引導(dǎo)可能帶來的影響。以此作為后續(xù)解譯工作的一部分先驗(yàn)知識。2)專題

14、信息提取充分利用多源(最佳時(shí)相、最佳對比時(shí)相以及最新時(shí)相的不同空間分辨率、光譜分辨率)遙感影像數(shù)據(jù)，利用多時(shí)相對比的方式進(jìn)行人機(jī)交互解譯提取各專題信息。同時(shí)疊加去年各個(gè)專題本底數(shù)據(jù)源，在此參考數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)上提取當(dāng)年的專題成果。同時(shí)充分利用好已有的其他相關(guān)專題成果數(shù)據(jù)以及輔助參考數(shù)據(jù)，輔助專題信息解譯，提高判讀精度。質(zhì)量控制：每天作業(yè)人員按照標(biāo)準(zhǔn)要求提交當(dāng)日生產(chǎn)的中間成果，并填寫“每日工作進(jìn)展記錄表”。質(zhì)量監(jiān)督員每天檢查作業(yè)人員生產(chǎn)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?fù)潢P(guān)系是否正確等幾個(gè)方面進(jìn)行檢查，檢查完成后填寫“圖斑勾繪考核

15、詳細(xì)表”。凡是不符合要求的中間成果要及時(shí)的返工，時(shí)間不超過1天。由專題技術(shù)負(fù)責(zé)人每天檢查“每日工作進(jìn)展記錄表”和“圖斑勾繪考核詳細(xì)表”。對每個(gè)作業(yè)人員的狀態(tài)以及整個(gè)專題生產(chǎn)的進(jìn)度及時(shí)掌握。同時(shí)針對出現(xiàn)問題的作業(yè)人員進(jìn)行及時(shí)的溝通了解。另外每周進(jìn)行一次專題成果抽查，抽查率不低于10%。(5) 外業(yè)調(diào)查與內(nèi)業(yè)修訂外業(yè)調(diào)查主要針對內(nèi)業(yè)信息生產(chǎn)過程中性質(zhì)和大小不能確定的圖斑進(jìn)行調(diào)查。通過典型圖斑抽樣調(diào)查，確定疑似圖斑的真?zhèn)?、類型、范圍、位置等，及時(shí)反饋到內(nèi)業(yè)成果修訂環(huán)節(jié)中，以便補(bǔ)充遺漏圖斑，剔除判定錯(cuò)誤的圖斑，保證冬小麥信息提取結(jié)果的可靠性和精度。外業(yè)調(diào)查驗(yàn)證包括外業(yè)計(jì)劃制定、外業(yè)設(shè)備和相關(guān)內(nèi)容準(zhǔn)備、

16、外業(yè)實(shí)地調(diào)查和外業(yè)成果的整理等環(huán)節(jié)。外業(yè)計(jì)劃制定根據(jù)內(nèi)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(fù)雜程度、所涉及到的分層等級等因素，確定外業(yè)調(diào)查的優(yōu)先等級，優(yōu)先等級相當(dāng)?shù)膮^(qū)縣按照從大區(qū)到小區(qū)、從遠(yuǎn)及近的原則制定外業(yè)調(diào)查計(jì)劃，統(tǒng)一調(diào)配人員、車輛。 外業(yè)準(zhǔn)備外業(yè)調(diào)查用的儀器設(shè)備包括手持GPS數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦、外業(yè)記錄表、車載充電設(shè)備等。在開展外業(yè)調(diào)查前，要根據(jù)外業(yè)計(jì)劃中確定的調(diào)查區(qū)縣提取出該區(qū)典型的疑似圖斑，設(shè)計(jì)外業(yè)調(diào)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(diào)查路線、調(diào)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(zhì)工作圖。并將外業(yè)調(diào)

17、查用矢量數(shù)據(jù)（疑似圖斑、外業(yè)調(diào)查路線、冬小麥圖斑）和影像數(shù)據(jù)（航空照片、融合影像、多光譜影像）導(dǎo)入筆記本電腦。 實(shí)地調(diào)查與記錄外業(yè)實(shí)地調(diào)查采用“沿途勾繪”的方法，對沿途看到的冬小麥圖斑進(jìn)行真?zhèn)闻卸?。到達(dá)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(xì)的記錄在調(diào)查記錄表上。完成調(diào)查后，在筆記本電腦上填寫調(diào)查點(diǎn)確認(rèn)信息，表明該點(diǎn)已調(diào)查完成。 調(diào)查結(jié)果整理完成外業(yè)調(diào)查后，對調(diào)查獲得的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理。按照外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)整理規(guī)范要求，將外業(yè)調(diào)查記錄表、紙質(zhì)工作圖、外業(yè)照片按區(qū)縣、調(diào)查日期進(jìn)行編號。根據(jù)外業(yè)記錄表、紙質(zhì)工作圖、外業(yè)照片、疑似圖斑矢量數(shù)據(jù)、外業(yè)調(diào)

18、查線路數(shù)據(jù)提供的信息編制電子版外業(yè)調(diào)查表格，詳細(xì)記錄外業(yè)調(diào)查獲得的各種信息，用于輔助內(nèi)業(yè)信息修訂。在完成外業(yè)調(diào)查表格編制后，將外業(yè)調(diào)查記錄表存入檔案庫。在完成內(nèi)業(yè)信息修訂后，紙質(zhì)工作圖也要存入檔案庫。 基于外業(yè)驗(yàn)證結(jié)果的信息修訂參照外業(yè)調(diào)查結(jié)果，主要針對錯(cuò)判和漏判冬小麥信息進(jìn)行修訂。在當(dāng)前區(qū)縣范圍內(nèi)，根據(jù)實(shí)地調(diào)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(bǔ)充漏判的冬小麥種植地塊，去除誤判的冬小麥地塊。制定外業(yè)計(jì)劃調(diào)查優(yōu)先級人員/車輛安排實(shí)地調(diào)查與記錄拍照測量勾繪/記錄調(diào)查結(jié)果整理基于外業(yè)的內(nèi)業(yè)修訂外業(yè)驗(yàn)證與內(nèi)業(yè)修訂過程標(biāo)準(zhǔn)化電子化補(bǔ)充漏判剔除誤判質(zhì)量控制:檢查外業(yè)計(jì)劃制定的是否合理可行。檢查外業(yè)設(shè)備配備是否齊全，功能是否完好。檢查外業(yè)定點(diǎn)調(diào)查圖斑的選擇是否滿足要求。檢查外業(yè)路線設(shè)計(jì)是否滿足要求。檢查外業(yè)調(diào)查底圖的要素是否全面。檢查“外業(yè)調(diào)查記錄表”是否按照標(biāo)準(zhǔn)要求填寫。抽查外業(yè)調(diào)查成果是否按照標(biāo)準(zhǔn)要求整理。抽查外業(yè)