小麥玉米產(chǎn)量遙感估測規(guī)程-陜西質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局

陜西省地方標準編制說明——小麥玉米產(chǎn)量遙感估測規(guī)程一、 工作簡況：“小麥玉米產(chǎn)量遙感估測規(guī)程”的研究來源于楊凌示范區(qū)科技信息中心牽頭承擔(dān)的國家“十二五”科技支撐計劃項目（旱區(qū)多遙感平臺農(nóng)田信息精準獲取技術(shù)集成與應(yīng)用，2012BAH29B00）。協(xié)作單位包括北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心、北京農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究中心和楊凌現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)標準化研究推廣服務(wù)中心。該技術(shù)規(guī)程的研究主要包括小麥玉米產(chǎn)量遙感估測的技術(shù)要求與估測方法。主要起草人中，趙春江研究員全面負責(zé)該項目的總體設(shè)計與實施，徐新剛副研究員主要負責(zé)小麥玉米產(chǎn)量遙感估測流程設(shè)計與產(chǎn)量建模，王紀華研究員主要負責(zé)小麥玉米產(chǎn)量遙感估測的技術(shù)方案設(shè)計，顧曉鶴博士主要負責(zé)耕地地塊的產(chǎn)量抽樣方法設(shè)計，宋曉宇博士主要負責(zé)小麥玉米種植遙感分類技術(shù)，龍慧靈博士主要負責(zé)小麥玉米產(chǎn)量遙感估測的面積及產(chǎn)量信息提取，馮海寬主要負責(zé)產(chǎn)量遙感估測的田間取樣方案設(shè)計和產(chǎn)量遙感估測制圖規(guī)范的編制，衛(wèi)景芳、侯寶英、謝勝菊和周永明等主要負責(zé)小麥玉米產(chǎn)量遙感估測方案的實地驗證與處置方案研究。二、標準編制原則和確定標準主要內(nèi)容：.陜西省地方標準編制原則本標準的編制依據(jù)《中華人民共和國標準法》和《地方標準管理辦法》的規(guī)定而進行編制。.確定地方標準主要內(nèi)容該規(guī)程是申請者及其團隊多年來從事農(nóng)業(yè)遙感估產(chǎn)研究總結(jié)出來的一套適宜于陜西省各地進行小麥（玉米）產(chǎn)量遙感估測的標準。申請人及其團隊多年來，一直從事農(nóng)業(yè)遙感估產(chǎn)的技術(shù)研究，參加多項國家、省部級科研項目。該標準集中了國內(nèi)外近年來開展農(nóng)業(yè)遙感估產(chǎn)技術(shù)方面的最新研究成果，是目前該方向上最先進的技術(shù)成果。它結(jié)合我省小麥（玉米）規(guī)?；N植的特點，形成了一套小麥（玉米）產(chǎn)量遙感估測規(guī)范，具有先進性和可行性。該項目是源于申請者完成的國家“十二五”科技支撐計劃項目（旱區(qū)多遙感平臺農(nóng)田信息精準獲取技術(shù)集成與應(yīng)用，2012BAH29B00）,是經(jīng)過多年研究積累、同時參考國內(nèi)相關(guān)研究進展，對前期研究成果集成而制定的關(guān)于陜西省小麥玉米產(chǎn)量遙感估測工作的地方標準。（1）適用范圍說明常規(guī)陜西省區(qū)域作物產(chǎn)量估測一般是采用抽樣統(tǒng)計的方法，需要耗費較大的人力、物力成本，而遙感信息的優(yōu)勢是能夠提供大范圍的、與作物產(chǎn)量形成密切相關(guān)的生長參數(shù)的空間信息，將遙感與統(tǒng)計抽樣方法結(jié)合在一起進行作物產(chǎn)量估測，可充分利用抽樣“點”上信息“精”與遙感“面”上信息“廣”的優(yōu)勢，勢必可以大大降低單純常規(guī)抽樣統(tǒng)計的成本，并能提供大范圍的作物產(chǎn)量的空間分布信息，監(jiān)測精度可以保障。因此，標準起草組在試驗研究、專家意見征求的基礎(chǔ)上，確定了小麥玉米產(chǎn)量遙感估測標準的內(nèi)容主要涉及在陜西省大面積種植的主要作物冬小麥（玉米）產(chǎn)量估測，并充分發(fā)揮遙感技術(shù)大面積監(jiān)測的優(yōu)勢，為農(nóng)業(yè)測產(chǎn)提供服務(wù)。（2）規(guī)范性引用文件說明下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T14950-1994攝影測量與遙感術(shù)語（3）作物估產(chǎn)遙感數(shù)據(jù)要求說明[1]遙感數(shù)據(jù)源說明考慮作物產(chǎn)量遙感估測大范圍遙感數(shù)據(jù)的易獲取性，本標準將衛(wèi)星、航空或無人機平臺獲取的多光譜、高光譜數(shù)據(jù)作為遙感數(shù)據(jù)源，且要求所使用的遙感數(shù)據(jù)至少包含用于遙感估產(chǎn)的植被指數(shù)NDVI計算所使用的可見光和近紅外波段的數(shù)據(jù)。本標準之所以選擇植被指數(shù)NDVI用于作物遙感估產(chǎn)，是因為NDVI是當(dāng)前國內(nèi)外遙感估產(chǎn)應(yīng)用中最為通用的遙感植被指數(shù)，計算該指數(shù)所使用的可見光和近紅外波段是絕大多數(shù)遙感影像數(shù)據(jù)都包含的波段范圍，這樣就保證了遙感數(shù)據(jù)源的易得性，也促使本標準具有更好的可操作性。[2]遙感數(shù)據(jù)時相說明由于作物產(chǎn)量的形成是受多因素影響的結(jié)果，因此遙感估產(chǎn)使用的遙感數(shù)據(jù)必須是來源于作物多個生育期的多時相數(shù)據(jù)，為保證估產(chǎn)的精度，本標準要求用于小麥（玉米）產(chǎn)量估測的遙感數(shù)據(jù)，至少應(yīng)包括小麥（玉米）產(chǎn)量形成的三個或三個以上主要生育時期的遙感影像時相數(shù)據(jù)。對于影像的空間分辨率，中分辨率遙感影像空間分辨率需優(yōu)于30m；高分辨率影像需優(yōu)于10m，針對不同的應(yīng)用范圍尺度，對應(yīng)遙感影像的空間分辨率要求如表1所示。對于縣域及以下尺度區(qū)域，考慮到耕地面積相對較小，因此，為保證精度本標準要求使用的遙感影像數(shù)據(jù)的空間分辨率要優(yōu)于10米，而對于縣域以上尺度范圍，當(dāng)前不同空間分辨率的衛(wèi)星遙感影像來源豐富，且以30米為主流的陸地資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)居多，特別是近年來我國自主發(fā)射的遙感衛(wèi)星，如高分（GF）、資源（ZY）衛(wèi)星等，重訪周期短，空間分辨率多優(yōu)于30米，在縣域以上尺度區(qū)域應(yīng)用非常便利。表1不同區(qū)域尺度估產(chǎn)遙感數(shù)據(jù)空間分辨率要求項目類型項目名稱注釋遙感影像中空間分辨率（優(yōu)于30m）用于縣域以上尺度范圍高空間分辨率（優(yōu)于10m）用于縣域及以下尺度（4）地面產(chǎn)量抽樣地塊要求及抽樣方法說明[1]地面產(chǎn)量抽樣地塊要求由于遙感數(shù)據(jù)在使用前要進行幾何校正的預(yù)處理，盡管本標準要求遙感影像幾何校正的精度要優(yōu)于半個像元，以保證地塊與遙感像元對應(yīng)匹配在合理誤差范圍內(nèi)，但為盡可能保證抽樣的精度，本標準要求用于產(chǎn)量抽樣的小麥（玉米）地塊面積，至少應(yīng)為影像像素面積的3倍。比如用于作物估產(chǎn)的遙感影像的空間分辨率為10米時，則要求抽樣的地塊面積至少為300平米（3義102）的面積。[2]地塊產(chǎn)量抽樣方法的說明對于地塊產(chǎn)量的抽樣，采用整群抽樣和簡單隨機抽樣相結(jié)合的方式獲取產(chǎn)量抽樣地塊。在整群抽樣階段，是以小麥（玉米）產(chǎn)量估測區(qū)所轄的下級行政單位的數(shù)量為總?cè)簲?shù)。比如針對某一鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行小麥玉米的遙感估產(chǎn)，若該鄉(xiāng)鎮(zhèn)下轄10個村，則總?cè)簲?shù)為10；若對某一縣進行作物遙感估產(chǎn)，且該縣下轄15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，則總?cè)簲?shù)為15,但下面不再對鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行以村數(shù)為群數(shù)的下一級整群抽樣，因此本標準使用的是單級的整群抽樣，這樣處理的目的是考慮了遙感面上信息獲取優(yōu)勢，同時也為減少樣本量，并避免抽樣的復(fù)雜性，以保證本標準的可操作性。依據(jù)本標準的要求，在確定了地塊產(chǎn)量抽樣總量和各群的抽樣量之后，對于各群中抽樣地塊的確定是則是應(yīng)用簡單隨機抽樣法來實現(xiàn)，采用隨機數(shù)表不放回的原則來抽取相應(yīng)群的地塊樣本，采用隨機數(shù)表不放回原則，保證抽樣地塊的代表性。（5）作物種植面積分布提取說明對于小麥玉米作物的種植面積分布提取，要先借助目標估產(chǎn)區(qū)域基礎(chǔ)的耕地矢量數(shù)據(jù)對幾何校正預(yù)處理后的各生育期遙感影像做掩膜處理，這樣可以去掉非耕地區(qū)域在遙感分類過程的干擾，對耕地區(qū)域應(yīng)用常規(guī)的分類算法（如最大似然法、馬氏距離法等），即可提取耕地區(qū)域的小麥（玉米）種植空間分布面積，這類方法目前是很成熟的遙感分類方法，可以保證作物種植分類的提取精度。（6）產(chǎn)量遙感估測方法說明[1]影像累積NDVI獲取在農(nóng)業(yè)遙感估產(chǎn)應(yīng)用中，NDVI是最常用的植被指數(shù),它的動態(tài)變化能很好地反映作物生長過程，多個生育期的NDVI累積值與作物地表生物量密切關(guān)聯(lián)，可以間接地反映作物產(chǎn)量的高低，因此本標準采用NDVI累積值作為作物遙感估產(chǎn)方法的輸入變量。在獲取累積NDVI時，要求先按本標準中的要求，對小麥玉米各生育期的遙感影像做幾何校正，校正精度達到半個像元尺寸以內(nèi)，這樣可以保證多生育期的影像進行疊加時具有較高的空間匹配精度，然后計算各影像的NDVI，將計算后的各生育期NDVI影像進行空間疊加求和，即可計算出累積NDVI，最后利用小麥玉米種植分類矢量圖對累積NDVI影像進一步掩膜，最終得到小麥玉米種植區(qū)的累積NDVI影像圖。[2]遙感估產(chǎn)建模方法說明通過小麥（玉米）產(chǎn)量抽樣地塊記錄的地塊樣點經(jīng)緯度信息，提取抽樣地塊樣點位置處的NDVI累積值。將抽樣點產(chǎn)量（作為因變量）與各樣點的NDVI累積值（作為自變量）進行回歸分析建模。為提高監(jiān)測精度，減小監(jiān)測不確定性，本標準采用線性、二次或指數(shù)等方法建立作物遙感估測的回歸模型，回歸形式采用擬合誤差最小的類型。（7）編寫遙感估產(chǎn)報告的說明編寫遙感估產(chǎn)報告，實際是對作物估產(chǎn)區(qū)域的產(chǎn)量信息總結(jié)，估產(chǎn)報告必須包含小麥（玉米）產(chǎn)量分布示意圖和產(chǎn)量統(tǒng)計信息表兩個部分，即至少一圖一表的形式，有利用于后續(xù)可能的有關(guān)農(nóng)作物產(chǎn)量評估與決策的服務(wù)應(yīng)用。特別的，作物產(chǎn)量分布示意圖中所要求的諸如標題、指北針、比例尺、經(jīng)緯圖網(wǎng)格等等是空間地理范圍制圖的必要元素，方便不同人群使用。三、 試驗驗證采用我國高分（GF）衛(wèi)星系列數(shù)據(jù)，對陜西省楊凌農(nóng)業(yè)高新示范區(qū)周邊區(qū)縣

2014年冬小麥產(chǎn)量進行了遙感估測，圖1展示了遙感估產(chǎn)的結(jié)果，表2給出了統(tǒng)計結(jié)果。由圖和表可見，目標遙感估測區(qū)域的產(chǎn)量空間分布特征為：緯度方向上呈現(xiàn)出中部最高，北部次之，南部最低的特點，而經(jīng)度方向上則表現(xiàn)出東高西低的特點。其中陜西高產(chǎn)大縣武功縣2014年遙感估測小麥種植面積約為20646.7hm2,平均單位為421.4公斤/畝，總產(chǎn)約為13.05萬噸；而2014年小麥種植大縣扶風(fēng)縣小麥種植面積為28120hm2,平均單產(chǎn)為358.8公斤/畝，總產(chǎn)為15.13萬噸。另外，通過將遙感估測的產(chǎn)量結(jié)與抽樣地塊的產(chǎn)量進行比較，結(jié)果表明：控制點的產(chǎn)量估測精度能夠達到來源項目所要求的95%以上。2014年陜西省武功、扶風(fēng)縣冬小麥產(chǎn)量遙感估測空間分布【CTkTE 1十早門 用'/EQ|jJ5OJ5O制圖串位：楊庭樂走私科拄信息由心.#3制圖串位：楊庭樂走私科拄信息由心.#3東北年息技術(shù)研吐中心敕據(jù)瓊；2014年高分衛(wèi)星感感導(dǎo)像w加門制圖日期：2014年5月圖1陜西省武功扶風(fēng)縣2014年冬小麥遙感估測空間分布表22014年陜西省武功扶風(fēng)縣遙感估產(chǎn)結(jié)果統(tǒng)計地區(qū)面積（隔2）平均單產(chǎn)（公斤/畝）總產(chǎn)（萬噸）武功縣20646.7421.413.05扶風(fēng)縣28120.0358.815.13四、 知識產(chǎn)權(quán)說明：標準涉及的相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)說明;本標準知識產(chǎn)權(quán)歸研制單位所有，沒有知識產(chǎn)權(quán)爭議。五、 采標情況：采用國際標準和國外先進標準的程度或與國內(nèi)同類標準水平的比較；小麥（玉米）產(chǎn)量遙感估測規(guī)程目前我國尚沒有統(tǒng)一的國家標準和行業(yè)標準，其它省份也未見地方標準。因此，本地方標準是我國目前首次提交的申報地