基于modis波谱分析的作物信息提取研究

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1、中国科学院遥感应用研究所博士学位论文基于MODIS波谱分析的作物信息提取研究姓名：林文鹏申请学位级别：博士专业：地图学与地理信息系统指导教师：王长耀20060501基于MODIS波谱分析的作物信息提取研究摘要作物信息遥感提取是遥感技术在农业领域应用的重要内容。遥感技术作为地球信息科学的前沿技术，可以在短期内连续获取大范围的地面信息，实现农业信息的快速收集和定量分析，反应迅速，客观性强，是目前最为有效的对地观测技术和信息获取手段。尤其近年来新的高空间分辨率、高光谱、雷达等遥感技术的发展，为农业现代化管理提供了新的机遇。我国幅员辽阔，作物种类丰富，如何及时、客观、

2、准确地收集我国作物信息，对科学指导农业发展具有重要的意义。我国从20世纪80年代起开始开展农业遥感监测工作，在农作物遥感估产方面已取得了长足的进步。但在过去的二十几年中，大尺度农作物信息提取多以NOAA／AVHRR数据为基础。由于NOAA／AvHRR本身不是为土地覆盖和植被研究所设计的，受其本身数据特性的局限，其监测精度有待进一步提高。Terra／MODIS是一种新型和重要的卫星遥感器，其数据性能有了很大改善，空间分辨率为1000m，500m，250m，在波谱0．4一14．5um范围内有36个波段，覆盖了可见光、近红外和短波红外波段，而且波段均较窄，加上其每天

3、一次对地区覆盖的高时间分辨率，MODIS的发射为大尺度作物遥感监测和估产提供了新的机遇。本论文以MODIS数据为主要信息源，以农作物的波谱特性和生物学特性机理为基础，开展利用MODIS数据的高光谱多时相及免费获取的优势，进行大尺度农情遥感监测研究，发展了适用的模型和算法，实现大尺度主要作物类型信息的遥感提取和产量遥感估算，提高了农作物遥感定量精度，同时探讨建立基于MODIS数据的全球重点地区主要农作物遥感监测技术与方法。论文主要创新点和主要研究成果如下：(1)基于MODIS数据的特征波段选取与时相选择基于农学知识，结合MODIS数据的具体特点和农业工程的实际应

4、用，根据作物的波谱特性和生物学特性，对MODIs的7个对地观测光学波段进行波谱信息分析，选取了Red、Blue、NIR、ESWIR四个特征波段及NDVI、EVI、LSwI三个特征指数作为作物信息提取的特征参量，并根据研究区作物物候历特征，通过对比分析不同时相的MODIS图像对主要农作物信息的反映特点，确定了9个时相的MODIS数据作为研究区主要作物信息提取的最佳遥感时相。为该地区农业应用中卫星特征波段选取和时相选择提供依据，达到利用有限的遥感数据聚集最大量的农业信息。(2)基于MODIS波谱特性的主要农作物类型信息提取从我国大尺度作物监测需求出发，以华北地区主

5、要农作物类型(冬小麦、玉米、水稻、棉花、大豆)遥感提取为例，研究利用Te彻巾讧0DIS数据相对于NOAAJAVHRR数据具有的光谱和空间分辨率优势，建立了基于MODIS遥感影像全覆盖的大尺度作物类型信息提取方法：基于模糊ARTMAP的夏季作物类型提取(冬小麦)和基于分层决策树的秋季作物类型提取(春玉米、夏玉米、水稻、棉花、大豆)，从而实现了主要农作物类型的遥感自动提取，为农业决策部门提供信息服务。(3)基于MODISTVAfETVA的作物产量遥感估算模型的构建研究利用MODISNDVI／EVI--Ts空间构建的两种新型指数温度植被角度(1、，A)和增强型温度植

6、被角度(ETVA)与作物产量的关系。以河北省石家庄和邢台地区冬小麦产量为试验，建立了基于MODIST、，A／ETvA的冬小麦产量遥感估算模型。实践证明，MODIST、0VETVA是综合了MODIS光学反射和辐射信息而构成的一个指标，能很好地反映作物的产量信息。尤其是MODISETVA，能大大地提高作物产量预测的准确性，为作物产量遥感预测提供了一种新的思路和方法。(4)全球重点地区主要农作物遥感监测技术与方法为了提高全球作物监测的准确性及时效性，研究利用MODIS数据建立全球重点地区主要农作物遥感监测技术与方法。以美国冬小麦的遥感监测为例，建立了基于MODISE

7、VI的冬小麦长势监测模型和产量预测模型。研究表明，MODISEVI是对NDVI的继承和改进，优化了植被信息，能更好地反映作物的生长状况，更有利于提高作物估产的精度。因此，开展基于M01)IS数据的全球作物遥感监测研究，为未来实现全球重点地区农作物长势监测和产量预测提供技术与方法。关键词：农作物，遥感监测，波谱特性，信息提取，Terra，MODISIISTUDYoNCRoPINFoRMATIoNEXTRACTIoNBASEDONMoDISSPECTRALANALySISABSTRACTExtractingcropinformationwithremotesens

8、ingisimportantconte