黑土地产能评估技术规程

1黑土地产能评估技术规程本文规定了黑土区产能评估技术流程、产能评估模型和耕地产能分级。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/T15968-2008遥感影像平面图制作规范3术语与定义下列术语和定义适用于本文件。3.1耕地产能FarmlandProductionCapacity指在目前已有的生产条件和自然环境下单位面积耕地实际生产粮食的能力。耕地的产能水平是以耕地地块为单元，多年产量的均值来表示，产能水平稳定性用多年产量的标准差来表示。3.2留一交叉验证法Leave-One-OutCrossValidation一种模型精度评价方法。即在k个样本中选取1个样本作为测试，其余样本作为建模，重复k次。3.3决定系数R2R2score对线性模型评估的一种评价指标。R2越接近1，模型稳定性越好。3.4均方根误差RMSE检验RootMeanSquareError指预测值与真实值偏差的平方与观测次数n比值的平方根。RMSE越小，模型预测能力越好，精度越高。4区域范围及概况区域分布于内蒙古东部黑土区，包括呼伦贝尔市、兴安盟、通辽市和赤峰市。地貌类型以中低山、2低山丘陵和平原为主。该区域内土壤以黑土、黑钙土、棕壤、暗棕壤、灰色森林土、褐土、栗褐土、栗钙土、草甸土、风沙土等组成。气候属于中温带大陆性季风气候，多年平均降水量350mm～650mm，无霜期90d~150d。粮食种植制度为一年一熟制，主要农作物为玉米、大豆、小麦、油料、中药材和杂粮杂豆等作物。5技术流程5.1基础数据准备5.1.1卫星遥感影像5.1.1.1多光谱卫星影像卫星影像具备蓝光波段400nm～500nm、绿光波段500nm～600nm、红光波段600nm～680nm、红边波段（680nm～760nm）、近红外波段760nm～1100nm、短波红外波段（1100nm～2500nm空间分辨率30m以内，监测时相为作物生长旺盛期，每年6月上旬至8月下旬。5.1.1.2影像质量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。5.1.2基础地理数据5.1.3土地利用数据县域1:5万耕地空间分布数据。5.1.4样本数据近10年内的历史作物单产样本数据，要素包括经纬度位置、产量数据；样本地块面积大于20亩，地块规整。5.2软硬件要求软件要求：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、统计分析等功能，如ENVI、ERDAS、ArcGIS等。硬件要求：CPU2.9GHz以上，内存8G以上，硬盘500G以上。5.3种植作物区提取利用ENVI5.3软件SupportVectorMachine工具提取作物。分年度结合野外样本点数据，对连续10年的10幅分类结果分别进行混淆矩阵精度验证，精度验证指标包括总体精度（OverallAccuracy）和Kappa系数（KappaCoefficient）。5.4估产模型构建基于地块的野外样本点单产数据和不同时期NDVI值进行作物估产模型构建，模型构建方法采用偏最小二乘回归(partialleastsquaresregression,PLSR)。以耕地地块野外实测样本点单产数据作为被解释变量，以代表作物生长期内生长发育状况的植被指数指标（NDVI）为解释变量，建立多元回归模型：3式中，Y为地块实测单产，a、b、c为参数，NDVI1、NDVINDVI，d为方程常数项。5.5模型精度评价采用留一交叉验证法进行模型精度评价。模型的预测精度采用稳定性和预测能力2个评价指标解释，稳定性用决定系数R2检验，预测能力用实测值与预测值的总均方根误差RMSE检验。5.6耕地产能估算模型构建5.6.1耕地地块产量标准化将作物分类图做成掩膜数据以避免其他地物干扰，以地块为单位对作物进行产量估算，通过空间运算得到像元的产量。并以耕地地块为基础进行分区统计，得到地块的产量。对每一年的地块产量进行标准化：…………（2）式中，Ri为该地块一年的产量标准化；x（i）为该地块产量；max（i）为同一年中产量最大值；min（i）为同一年中产量最小值。5.6.2耕地产能计算对10年标准化后的结果分级，采用偏正态统计理论的双阈值划分策略，确定基于地块的分级方法。通过对每个地块10年Ri计算出各自的均值μ和标准差σ,用两者联系起来分析。均值表征耕地产能水平，均值高表示产能水平高，呈正相关；标准差反映耕地产能的稳定性，标准差高表示年际变异度大，产能水平不稳定，呈负相关。耕地产能（FarmlandProductionCapacity,FPC）的计算公式：5.6.3耕地产能稳定性计算耕地产能的稳定性（Stability）评估公式：6耕地产能评估小值