小麦玉米产量遥感估测规程-陕西质量技术监督局

陕西省地方标准编制说明——小麦玉米产量遥感估测规程一、 工作简况：“小麦玉米产量遥感估测规程”的研究来源于杨凌示范区科技信息中心牵头承担的国家“十二五”科技支撑计划项目（旱区多遥感平台农田信息精准获取技术集成与应用，2012BAH29B00）。协作单位包括北京农业信息技术研究中心、北京农业质量标准与检测技术研究中心和杨凌现代农业产业标准化研究推广服务中心。该技术规程的研究主要包括小麦玉米产量遥感估测的技术要求与估测方法。主要起草人中，赵春江研究员全面负责该项目的总体设计与实施，徐新刚副研究员主要负责小麦玉米产量遥感估测流程设计与产量建模，王纪华研究员主要负责小麦玉米产量遥感估测的技术方案设计，顾晓鹤博士主要负责耕地地块的产量抽样方法设计，宋晓宇博士主要负责小麦玉米种植遥感分类技术，龙慧灵博士主要负责小麦玉米产量遥感估测的面积及产量信息提取，冯海宽主要负责产量遥感估测的田间取样方案设计和产量遥感估测制图规范的编制，卫景芳、侯宝英、谢胜菊和周永明等主要负责小麦玉米产量遥感估测方案的实地验证与处置方案研究。二、标准编制原则和确定标准主要内容：.陕西省地方标准编制原则本标准的编制依据《中华人民共和国标准法》和《地方标准管理办法》的规定而进行编制。.确定地方标准主要内容该规程是申请者及其团队多年来从事农业遥感估产研究总结出来的一套适宜于陕西省各地进行小麦（玉米）产量遥感估测的标准。申请人及其团队多年来，一直从事农业遥感估产的技术研究，参加多项国家、省部级科研项目。该标准集中了国内外近年来开展农业遥感估产技术方面的最新研究成果，是目前该方向上最先进的技术成果。它结合我省小麦（玉米）规模化种植的特点，形成了一套小麦（玉米）产量遥感估测规范，具有先进性和可行性。该项目是源于申请者完成的国家“十二五”科技支撑计划项目（旱区多遥感平台农田信息精准获取技术集成与应用，2012BAH29B00）,是经过多年研究积累、同时参考国内相关研究进展，对前期研究成果集成而制定的关于陕西省小麦玉米产量遥感估测工作的地方标准。（1）适用范围说明常规陕西省区域作物产量估测一般是采用抽样统计的方法，需要耗费较大的人力、物力成本，而遥感信息的优势是能够提供大范围的、与作物产量形成密切相关的生长参数的空间信息，将遥感与统计抽样方法结合在一起进行作物产量估测，可充分利用抽样“点”上信息“精”与遥感“面”上信息“广”的优势，势必可以大大降低单纯常规抽样统计的成本，并能提供大范围的作物产量的空间分布信息，监测精度可以保障。因此，标准起草组在试验研究、专家意见征求的基础上，确定了小麦玉米产量遥感估测标准的内容主要涉及在陕西省大面积种植的主要作物冬小麦（玉米）产量估测，并充分发挥遥感技术大面积监测的优势，为农业测产提供服务。（2）规范性引用文件说明下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T14950-1994摄影测量与遥感术语（3）作物估产遥感数据要求说明[1]遥感数据源说明考虑作物产量遥感估测大范围遥感数据的易获取性，本标准将卫星、航空或无人机平台获取的多光谱、高光谱数据作为遥感数据源，且要求所使用的遥感数据至少包含用于遥感估产的植被指数NDVI计算所使用的可见光和近红外波段的数据。本标准之所以选择植被指数NDVI用于作物遥感估产，是因为NDVI是当前国内外遥感估产应用中最为通用的遥感植被指数，计算该指数所使用的可见光和近红外波段是绝大多数遥感影像数据都包含的波段范围，这样就保证了遥感数据源的易得性，也促使本标准具有更好的可操作性。[2]遥感数据时相说明由于作物产量的形成是受多因素影响的结果，因此遥感估产使用的遥感数据必须是来源于作物多个生育期的多时相数据，为保证估产的精度，本标准要求用于小麦（玉米）产量估测的遥感数据，至少应包括小麦（玉米）产量形成的三个或三个以上主要生育时期的遥感影像时相数据。对于影像的空间分辨率，中分辨率遥感影像空间分辨率需优于30m；高分辨率影像需优于10m，针对不同的应用范围尺度，对应遥感影像的空间分辨率要求如表1所示。对于县域及以下尺度区域，考虑到耕地面积相对较小，因此，为保证精度本标准要求使用的遥感影像数据的空间分辨率要优于10米，而对于县域以上尺度范围，当前不同空间分辨率的卫星遥感影像来源丰富，且以30米为主流的陆地资源卫星数据居多，特别是近年来我国自主发射的遥感卫星，如高分（GF）、资源（ZY）卫星等，重访周期短，空间分辨率多优于30米，在县域以上尺度区域应用非常便利。表1不同区域尺度估产遥感数据空间分辨率要求项目类型项目名称注释遥感影像中空间分辨率（优于30m）用于县域以上尺度范围高空间分辨率（优于10m）用于县域及以下尺度（4）地面产量抽样地块要求及抽样方法说明[1]地面产量抽样地块要求由于遥感数据在使用前要进行几何校正的预处理，尽管本标准要求遥感影像几何校正的精度要优于半个像元，以保证地块与遥感像元对应匹配在合理误差范围内，但为尽可能保证抽样的精度，本标准要求用于产量抽样的小麦（玉米）地块面积，至少应为影像像素面积的3倍。比如用于作物估产的遥感影像的空间分辨率为10米时，则要求抽样的地块面积至少为300平米（3义102）的面积。[2]地块产量抽样方法的说明对于地块产量的抽样，采用整群抽样和简单随机抽样相结合的方式获取产量抽样地块。在整群抽样阶段，是以小麦（玉米）产量估测区所辖的下级行政单位的数量为总群数。比如针对某一乡镇进行小麦玉米的遥感估产，若该乡镇下辖10个村，则总群数为10；若对某一县进行作物遥感估产，且该县下辖15个乡镇，则总群数为15,但下面不再对乡镇进行以村数为群数的下一级整群抽样，因此本标准使用的是单级的整群抽样，这样处理的目的是考虑了遥感面上信息获取优势，同时也为减少样本量，并避免抽样的复杂性，以保证本标准的可操作性。依据本标准的要求，在确定了地块产量抽样总量和各群的抽样量之后，对于各群中抽样地块的确定是则是应用简单随机抽样法来实现，采用随机数表不放回的原则来抽取相应群的地块样本，采用随机数表不放回原则，保证抽样地块的代表性。（5）作物种植面积分布提取说明对于小麦玉米作物的种植面积分布提取，要先借助目标估产区域基础的耕地矢量数据对几何校正预处理后的各生育期遥感影像做掩膜处理，这样可以去掉非耕地区域在遥感分类过程的干扰，对耕地区域应用常规的分类算法（如最大似然法、马氏距离法等），即可提取耕地区域的小麦（玉米）种植空间分布面积，这类方法目前是很成熟的遥感分类方法，可以保证作物种植分类的提取精度。（6）产量遥感估测方法说明[1]影像累积NDVI获取在农业遥感估产应用中，NDVI是最常用的植被指数,它的动态变化能很好地反映作物生长过程，多个生育期的NDVI累积值与作物地表生物量密切关联，可以间接地反映作物产量的高低，因此本标准采用NDVI累积值作为作物遥感估产方法的输入变量。在获取累积NDVI时，要求先按本标准中的要求，对小麦玉米各生育期的遥感影像做几何校正，校正精度达到半个像元尺寸以内，这样可以保证多生育期的影像进行叠加时具有较高的空间匹配精度，然后计算各影像的NDVI，将计算后的各生育期NDVI影像进行空间叠加求和，即可计算出累积NDVI，最后利用小麦玉米种植分类矢量图对累积NDVI影像进一步掩膜，最终得到小麦玉米种植区的累积NDVI影像图。[2]遥感估产建模方法说明通过小麦（玉米）产量抽样地块记录的地块样点经纬度信息，提取抽样地块样点位置处的NDVI累积值。将抽样点产量（作为因变量）与各样点的NDVI累积值（作为自变量）进行回归分析建模。为提高监测精度，减小监测不确定性，本标准采用线性、二次或指数等方法建立作物遥感估测的回归模型，回归形式采用拟合误差最小的类型。（7）编写遥感估产报告的说明编写遥感估产报告，实际是对作物估产区域的产量信息总结，估产报告必须包含小麦（玉米）产量分布示意图和产量统计信息表两个部分，即至少一图一表的形式，有利用于后续可能的有关农作物产量评估与决策的服务应用。特别的，作物产量分布示意图中所要求的诸如标题、指北针、比例尺、经纬图网格等等是空间地理范围制图的必要元素，方便不同人群使用。三、 试验验证采用我国高分（GF）卫星系列数据，对陕西省杨凌农业高新示范区周边区县

2014年冬小麦产量进行了遥感估测，图1展示了遥感估产的结果，表2给出了统计结果。由图和表可见，目标遥感估测区域的产量空间分布特征为：纬度方向上呈现出中部最高，北部次之，南部最低的特点，而经度方向上则表现出东高西低的特点。其中陕西高产大县武功县2014年遥感估测小麦种植面积约为20646.7hm2,平均单位为421.4公斤/亩，总产约为13.05万吨；而2014年小麦种植大县扶风县小麦种植面积为28120hm2,平均单产为358.8公斤/亩，总产为15.13万吨。另外，通过将遥感估测的产量结与抽样地块的产量进行比较，结果表明：控制点的产量估测精度能够达到来源项目所要求的95%以上。2014年陕西省武功、扶风县冬小麦产量遥感估测空间分布【CTkTE 1十早门 用'/EQ|jJ5OJ5O制图串位：杨庭乐走私科拄信息由心.#3制图串位：杨庭乐走私科拄信息由心.#3东北年息技术研吐中心敕据琼；2014年高分卫星感感导像w加门制图日期：2014年5月图1陕西省武功扶风县2014年冬小麦遥感估测空间分布表22014年陕西省武功扶风县遥感估产结果统计地区面积（隔2）平均单产（公斤/亩）总产（万吨）武功县20646.7421.413.05扶风县28120.0358.815.13四、 知识产权说明：标准涉及的相关知识产权说明;本标准知识产权归研制单位所有，没有知识产权争议。五、 采标情况：采用国际标准和国外先进标准的程度或与国内同类标准水平的比较；小麦（玉米）产量遥感估测规程目前我国尚没有统一的国家标准和行业标准，其它省份也未见地方标准。因此，本地方标准是我国目前首次提交的申报地