DB1301-T 501-2024 耕地表层土壤有机质含量遥感监测规程

ICS

65.020.01CCS

B

07

1301 DB

1301/T

耕地表层土壤有机质含量遥感监测规程

发布

实施石家庄市市场监督管理局发布DB

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501— 前言

.................................................................................

II1

范围

...............................................................................

12

规范性引用文件

.....................................................................

13

术语和定义

.........................................................................

14

基本要求

...........................................................................

15

监测流程

...........................................................................

26

监测方法

...........................................................................

37

监测报告

...........................................................................

4图

1 耕地表层土壤有机质含量遥感监测流程图.............................................

2表

1 多光谱卫星影像基本要求...........................................................

1DB

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501— 本文件按照GB/T

1.1—2020《标准化工作导则

第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由石家庄市农业农村局提出。本文件起草单位：河北省耕地质量监测保护中心、北京农业信息技术研究中心、石家庄市土壤肥料站。本文件主要起草人：顾晓鹤、董静、蔡淑红、李旭光、周静平、潘瑜春、刘萌萌、赵海涛、刘晓丽、宋小颖、刘胜蓝、孟金薇、张驰。I400

500

600

680

760

nm1100

nm2500

30

每年冬小麦夏玉米轮作间的耕地裸露期，日～20日（冬小麦已收获、夏玉米未101010DB

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501—1 范围本文件确立了耕地表层土壤有机质含量遥感监测工作的流程，规定了基础数据及软件要求、遥感影像预处理、敏感波段筛选、监测模型构建、精度验证等技术指示，描述了遥感监测结果记录。本文件的使用对象为各县（市、区）农业农村管理部门和农技推广部门，用于监测全县（市、区）范围内耕地表层土壤有机质含量。本文件适用于采用回归法进行耕地表层土壤有机质含量遥感监测。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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/T

15968遥感影像平面图制作规范3 术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义。4 基本要求数据要求4.1.1 卫星遥感影像4.1.1.1 多光谱卫星影像多光谱卫星影像基本要求见表1。表1 多光谱卫星影像基本要求表1 多光谱卫星影像基本要求耕地范围内影像无云遮挡，传感器条带噪声为0，影像噪点小于1%，波段无缺失，边缘无畸变，空间位置准确，几何校正精度达到0.5个像元以内，地物特征清晰。DB

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501—4.1.2 基础地理数据国家万行政边界数据。4.1.3 土地利用数据1:10万耕地空间分布数据。4.1.4 土壤样本数据近5年内的土壤样本数据，如测土配方样本数据或耕地质量样本检测数据，要素包括样本点经纬度位置、土壤有机质含量；样本地块面积大于20亩，地块方正规整；每个县（市、区）土壤样本数量大于50个，相对均匀分布于全县（市、区）范围内。软件要求具备卫星遥感影像处理的基础功能，包括大气校正、几何纠正、影像解译、波段运算、统计分析、专题图制作等功能。5 监测流程基于耕地裸露窗口期的多光谱卫星遥感影像，提取每个土壤样本的各波段反射率，采用相关性分析方法筛选出与土壤有机质敏感的波段，进而利用多元线性回归法构建土壤有机质遥感监测模型，然后进行全区耕地表层土壤有机质遥感反演，最后进行县（市、区）域范围内耕地表层土壤有机质含量制图，如图1所示。图1耕地表层土壤有机质含量遥感监测流程图样本的土壤有机质预测值，根据公式（2）和（3），计算验证样本的决定系数（R

）和相对均方根误𝑅𝑅2

= 𝚤𝚤∑(样本的土壤有机质预测值，根据公式（2）和（3），计算验证样本的决定系数（R

）和相对均方根误𝑅𝑅2

= 𝚤𝚤∑(𝑦𝑦

−𝑦𝑦�)2(2)6 监测方法遥感影像预处理6.1.1 大气校正根据卫星传感器参数对遥感影像进行辐射定标，进而大气校正，获得所有波段的地表反射率数据。6.1.2 几何校正对影像进行几何校正，校正后的卫星影像平地、丘陵地的平面坐标误差不应大于个像元。6.1.3 裁剪拼接按照监测区范围、行政区划图对处理好的影像进行剪裁和拼接。提取耕地范围影像在遥感软件中将耕地空间分布数据与卫星遥感影像进行空间叠加，采用掩膜方法提取出耕地范围内的卫星遥感影像。提取样本点各波段反射率根据土壤样本的空间位置坐标，在遥感软件中生成点矢量数据层；将土壤样本点矢量数据层与遥感影像空间叠加，提取每个样本点对应像素各波段反射率。建模波段筛选将土壤样本的有机质含量数据与遥感影像各波段反射率进行相关性分析，得到每个波段的相关系数，筛选出相关系数最高的2个波段作为土壤有机质的建模波段。建立土壤有机质监测模型从所有土壤样本中随机抽取2/3样本量用于建模，将筛选出的建模波段反射率作为自变量，土壤样本的有机质含量作为因变量，利用多元线性回归方法建立土壤有机质监测模型，见公式（1）。𝑦𝑦

=

𝑎𝑎0

+𝑎𝑎1𝑥𝑥1

+𝑎𝑎2𝑥𝑥2

(1)式中：𝑦𝑦

——土壤有机质含量；𝑥𝑥1——相关系数最高的波段反射率；𝑥𝑥2——相关系数第二高的波段反射率；𝑎𝑎0——该回归模型的常数项；𝑎𝑎1——相关系数最高的波段的回归系数；𝑎𝑎2——关系数第二高的波段的回归系数。精度验证将未参与建模的1/3土壤样本的第一建模波段和第二建模波段的反射率输入公式（1），得到验证2差（RMSE）。∑(𝑦𝑦

−𝑦𝑦�)2𝑖𝑖DB

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501—𝑦𝑦𝚤𝚤−𝑦𝑦𝑖𝑖)2𝑅𝑅𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀

=

�∑𝑛𝑛𝑖𝑖=1𝑦𝑦𝚤𝚤−𝑦𝑦𝑖𝑖)2式中：𝑦𝑦�

——验证样本的有机质预测值；𝑦𝑦�

——所有验证样本有机质含量的平均值；𝑦𝑦𝑖𝑖——验证样本的有机质实测值；𝑛𝑛

——验证样本个数。土壤有机质遥感监测在遥感软件中，将两个建模波段反射率数据代入公式（1），得到土壤有机质遥感监测，利用耕地空间分布图裁剪出耕地范围内的土壤有机质空间分布图。专题图制作在遥感软件中，统计每个乡镇的耕地表层土壤有机质的平均值，制成分乡镇耕地表层土壤有机质含量遥感监测统计表，并按GB/T

15968制图。7 监测报告耕地表层土