中国农业信息杂志 部级期刊

中国农业信息 2019年第01期杂志 文档列表

中国农业信息杂志定量遥感专栏

近地表气温遥感反演方法综述1-10

摘要：【目的】在农业研究中,近地表气温是影响作物发育速度的关键因子。尤其是在全球气温变暖趋势下,对区域尺度气温进行实时监测具有十分重要的科学意义和实用价值。文章对目前常用近地表气温遥感反演方法进行回顾和总结,对未来近地表气温遥感反演方向进行展望。【方法】随着遥感技术的不断发展,遥感近地表气温反演已成为目前获取高时间/空间分辨率区域气温的最有效方法。该文采用文献综述的方法,回顾和总结了近年来国内外近地表气温遥感反演研究进展,将其归纳为4类:大气廓线外推方法、地表温度—植被指数方法、基于数据统计的方法以及基于地表能量平衡的方法。最后对这些方法的优缺点进行评述和展望。【结果】近地表气温主要受辐射、湍流及平流等多种因素影响。因此,准确获取近地表气温十分困难。尽管目前已有多个行之有效的遥感反演方法,但这些方法大多依赖地面辅助数据,尤其是在有云情况下,由于无法有效获取诸如地表温度和地表反照率等气温反演的重要参量,目前的方法很难有效得到应用。【结论】国内外学者针对近地表气温遥感反演开展了大量研究,但是目前仍然缺乏独立于地面辅助数据的普适性方法。建议未来在有云条件和不同地形条件下大气辐射传输过程以及大气流动对气温影响的量化建模等方面加强研究,以提升近地表气温遥感反演精度和适用性。

地表组分温度遥感反演算法研究进展11-23

摘要：【目的】地表组分温度是定量遥感反演的一个关键参数,在能量平衡过程模型和地表自然灾害监测中具有重要意义。【方法】过去的几十年中,国内外大量研究人员针对地表组分温度的反演提出了不同的方法和模型。文章系统回顾了现有的地表组分温度热红外遥感反演算法,包括多角度算法、多波段算法和时空信息算法,分析了各种反演算法的优缺点,评述了地表组分温度的验证方法。【结果/结论】地表组分温度反演方法发展至今已经取得了阶段性进展,有些研究成果已得到广泛运用。由于地表结构复杂性、卫星传感器硬件技术及卫星发射成本等客观因素的影响,地表组分温度反演仍存在一些难点和亟待解决的问题,如有效比辐射率会随观测角度的变化而改变的问题、多角度和多波段数据的相邻角度和波段数据之间均存在相关性较高的问题、多角度传感器不同角度观测到的目标面积和观测时间不一致的问题等。未来地表组分温度遥感反演仍然是一个需要不断深入研究的内容。

基于MODIS/AQUA数据的地表短波净辐射反演24-34

摘要：【目的】地表短波净辐射是许多全球、区域气候、水文、陆面过程模型中的重要参数,但运用遥感技术对地表短波净辐射精确实施监测一直是难点,希望构建具有一定泛化能力的高精度地表短波净辐射反演模型。【方法】利用大气传输模型MODTRAN模拟了大量复杂情况下的地表短波净辐射和通道辐射亮度。拟合地表短波净辐射与大气顶层观测值的非线性关系,分为两个步骤:(1)窄通道表观反射率向宽通道反照率转换;(2)利用大气顶层向上辐射通量与地表短波净辐射的非线性关系反演地表短波净辐射。构建完地表短波净辐射反演模型后,利用地表辐射观测网(SURFRAD)7个地面实测站点长时间序列数据,结合MODIS/AQUA遥感数据,对地表短波净辐射反演模型进行验证。【结果】反演模型构建过程中的步骤一结果表明,其偏差Bias为0,均方根误差RMSE为0.011,决定系数R^2为0.997;步骤二的偏差Bias为0W/m^2,均方根误差RMSE为7.29W/m^2,决定系数R^2为0.999。利用地面站点数据验证反演模型的结果表明,总体偏差Bias为-4.8W/m^2,均方根误差RMSE为77.1W/m^2,决定系数R2为0.9106,并且超70%样本的反演误差低于50W/m^2。【结论】以MODIS/AQUA为驱动数据源,地表短波净辐射反演模型的构建精度和验证精度良好,具有一定的泛化能力和普适性。

全天候区域地表蒸散发反演——以黑河流域为例35-47

摘要：【目的】蒸散发是生物圈、岩石圈、水圈、冰雪圈和大气圈中水分循环和能量传输的重要控制因素。为克服区域尺度方法的主观性和站点尺度方法难以反映气象因子空间异质性的局限,文章以中国境内黑河流域为研究区域,使用2012年6月1日至9月15日的MODIS数据与CLDAS格网气象数据探索区域尺度全天候蒸散发遥感反演。【方法】该文利用逐像元地表温度—植被指数特征空间方法和Penman-Monteith公式分别估算晴空像元和有云像元的地表蒸散发,实现了区域尺度全天候蒸散发遥感反演。在分析研究区CLDAS气象数据的精度基础之上,利用MODIS数据反演的短波辐射来替代CLDAS气象数据中的短波辐射,作为全天候地表蒸散发的输入参数。最后,利用黑河流域4个不同站点实测的地表蒸散发数据对反演值进行验证。【结果】利用MODIS短波辐射代替CLDAS气象数据中的短波辐射,能够显著提高蒸散发的反演精度,4个站点反演值与实测值之间的平均均方根误差为76.3W/m^2。【结论】利用MODIS数据和CLDAS数据可以获得区域尺度的全天候蒸散发。在缺乏短波辐射数据或短波辐射数据精度较低的情况下,利用MODIS数据反演得到的短波辐射作为蒸散发模型的参数输入,能较大地提高蒸散发的反演精度。

基于ANUSPLIN的降水空间插值方法研究48-57

摘要：【目的】对黄淮海平原点状降水数据进行空间插值,筛选最优模型,分析插值精度,为该区域水分供给状况分析、农业干旱研究等提供科学依据与技术支撑。【方法】采用基于样条函数插值理论的专业气象插值软件ANUSPLIN,根据黄淮海平原内457个气象站点1981—2010年连续30年的降水数据,分别以分辨率为90m、1km的高程数据作为第三变量,对降水数据进行空间插值,根据误差统计选出最优插值模型,分析不同分辨率的数字高程模型与插值精度的关系;为比较ANUSPLIN插值结果,随机选取29个点的降水数据作为验证集,同时将其与克里金插值方法进行比较。【结果】(1)对所选气象站点数据进行交叉验证发现,相比较克里金插值,ANUSPLIN得到的结果精度更高。冬季降水量较少时的插值精度比降水集中的6—8月份的插值精度高,利用ANUSPLIN对冬季的降水数据插值的均方根误差为0.38mm,夏季为4.19mm,克里金方法对冬季降水数据插值后对应的RMSE为0.45mm、夏季为4.31mm;(2)DEM分辨率越高,对应的插值精度会有所提升,对夏季降水插值较明显,利用90m分辨率的DEM对夏季降水插值,RMSE为4.19mm,1km分辨率的DEM插值后对应的RMSE为4.24mm。【结论】通过ANUSPLIN对黄淮海平原的降水插值方法研究,探讨插值精度与DEM分辨率的关系,发现提高协变量数据DEM的分辨率可以获得更高精度的降水栅格数据,相比较克里金方法,AUNSPLIN获得的结果更加细致地描绘出地形因素对降雨空间分布的影响,为黄淮海平原干旱分析、指导当地农作物灌溉生产提供重要的决策支持信息。

基于SVR和PLSR的土壤有机质高光谱估测模型研究58-71

摘要：【目的】探讨高光谱遥感数据不同预处理及不同估测算法下土壤有机质估测模型的优劣,为提高土壤有机质估测精度奠定基础。【方法】使用高光谱仪在室内条件下对土壤样品进行光谱测量,对光谱数据进行4种去噪处理(无去噪处理、Savitzky-Golay(S-G)平滑滤波去噪、小波包去噪以及S-G平滑与小波包结合去噪),然后对去噪后的光谱数据进行8种数据变换(原始光谱数据R、倒数1/R、对数log(R)、倒数对数log(1/R)、一阶导数R'、倒数一阶导数(1/R)'、对数一阶导数(log(R))'、倒数对数一阶导数(log(1/R))'),接着对变化后的光谱数据进行3种降维处理(无降维处理、敏感波段降维和主成分分析降维),最后运用支持向量回归法和偏最小二乘回归法分别建立SOM含量估测模型。【结果】研究中所涉及的各种数据预处理和估测算法中,小波包去噪、PCA降维、反射率倒数一阶导数(1/R)'光谱数据变换处理条件下,使用PLSR方法的估测模型精度最高、模型最稳定,可以较精确地估测吉林省伊通县SOM含量。【结论】合适的数据预处理,尤其是小波包去噪和PCA降维相结合,可有效改善光谱数据质量,提高SOM含量估测模型精度及稳定性。

四种常用的太阳诱导植被叶绿素荧光反演方法对比分析研究72-81

摘要：【目的】太阳诱导叶绿素荧光(SIF)是一种新型的植被参数,可用于监测植物光合作用状态和评估总初级生产力。利用模拟数据对比分析常用SIF反演方法的精度,为野外测量仪器SIF反演方法的选择提供理论基础。【方法】选择SCOPE模型模拟了不同生化理化参数下的模拟数据,并以该数据为基础生成不同光谱分辨率(SR)和不同信噪比(SNR)下的模拟数据集。选择4种常用SIF反演方法进行SIF反演:夫琅禾费暗线法(FLD),3FLD、iFLD和光谱拟合法(SFM)。【结果】基于模拟数据的反演结果表明SFM和iFLD方法能够获得更准确的SIF,其均方根误差(RMSE)分别为0.1142W/m^2/μm/sr和0.1114W/m^2/μm/sr;3FLD法亦能取得较准确的SIF结果,其RMSE为0.2014W/m^2/μm/sr;而FLD法的精度较差,其RMSE大于0.5W/m^2/μm/sr。在高SR和SNR条件下,SFM和iFLD法明显优于3FLD和FLD法,但随着SR和SNR的降低,4种反演方法的精度也随之降低,其中iFLD法受SNR影响最为明显。【结论】利用SFM和iFLD方法能够得到更准确的SIF反演结果,且随着仪器SR和SNR的提高其反演精度也随着提高,但iFLD方法易受SNR的影响。因此,对于光谱分辨率优于1nm的测量仪器应优先选择SFM方法来反演SIF。

基于TVDI与荧光的呼伦贝尔市干旱时空动态监测研究82-94

摘要：【目的】呼伦贝尔地区降水量少,年际和年内分布不均,灌溉条件不发达,干旱对当地农业和畜牧业生产造成了严重影响,结合干旱监模型与荧光数据可对呼伦贝尔干旱情况进行有效监测。【方法】文章使用MODIS归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST)产品,建立Ts-NDVI特征空间,计算温度植被干旱指数(TVDI),同时结合GOME-2L2级荧光产品,综合分析评价2017—2018年呼伦贝尔地区干旱时空变化特征。【结果】该文建立的干旱指数模型能有效监测呼伦贝尔市干旱状况,干旱等级划分结果表明,2017—2018年呼伦贝尔地区存在不同程度的干旱问题,此模型在该研究区干旱监测上具有很好的适用性;通过SIF与NDVI的变化过程对比分析发现,SIF对水分胁迫等植被生理变化比较敏感,SIF较NDVI而言,能更有效地反映植物受胁迫状况。【结论】通过MODIS产品与GOME-2L2荧光产品相结合,可以更准确地监测分析该研究区内的干旱时空动态变化,为呼伦贝尔市的旱情监测提供重要参考。

中国农业信息杂志智慧农业

无人机遥感在塑料大棚识别中的方法研究95-111

摘要：【目的】快速、准确地获得塑料大棚覆盖面积、位置分布等地理信息,对政府统筹规划、农业产值估算、环境资源保护等方面提供技术支持。【方法】利用无人机高分辨率遥感数据,以云南省昆明市呈贡区可乐村塑料大棚区为研究区域,分别采用基于像元和面向对象的方法,对研究区进行分割、分类、面积提取,结合研究区背景资料和实地调研结果,比较两种方法的精度,并计算了该研究区塑料大棚的面积。【结果】塑料大棚面积的面向对象提取总体精度为94.6%,Kappa系数为0.9133;而基于像元监督分类方法提取总体精度为68.3%,Kappa系数为0.5848。面向对象方法提取的面积与实地测量提取面积相比仍然存在一定的误差,在总面积上的差值为3.925m^2,累积差值为22.475m^2。若按差值比例来计算,大棚的估计面积为(26.37142万±410.737)m^2,满足精度要求。【结论】面向对象方法精度远远高于基于像元方法的精度,且能有效抑制“椒盐现象”,极大降低“同物异谱”、“同谱异物”的影响,提高了分类的精度。该文研究成果为无人机遥感在塑料大棚识别应用提供了参考。

小型消费级无人机快速高精度估算地物高度112-124

摘要：【目的】小型消费级无人机航拍数据量高分辨率遥感数据重要组成部分,可利用地物阴影快速提取地物高度,进而提取地物结构信息。【方法】研究选择地物种类丰富的农业区展开实验,根据无人机传感器是否拍摄到阴影的全部区域设置2种情景,计算地物高度,并与实际高度和无人机生成的传统测高方法得到的高度对比,来验证方法的可靠性。【结果】结果表明当无人机传感器能拍摄到地物阴影的全部区域时,基于阴影估算的地物高度与地物实际高度平均误差为0.88m,平均相对误差为12.25%,而当无人机传感器只能拍摄到部分阴影区域时,估算地物高度与实际值的平均误差为0.79m,平均相对误差为13.28%。上述结果表明该方法能够高精度计算地物高度,并且其精度超过无人机传统测高方法生成数字表面模型提取的地物高度。【结论】该研究提出的小型消费级无人机利用地物阴影计算高度方法能够应用于实际,并使得未布设控制点的无人机数据也可作为阴影测高法的数据来源,为遥感快速获取地物高度信息提供了一种新的思路。

中国农业信息杂志专题报道

退耕还林(草)工程对黄土高原地表产沙的影响125-136

摘要：【目的】作为陆地生态系统的重要组分,植被对流域水沙变化有深刻影响。黄土高原是世界上水土流失最严重的区域之一,自1999年退耕还林草工程实施以来,黄土高原植被覆盖呈明显增加趋势,同期黄河水沙锐减现象也日益明显。然而,以往植被覆盖变化对地表产沙影响研究多在小试验区或流域尺度上开展,以不同地貌分区为单元的研究还鲜有报道。【方法】文章基于多源卫星遥感数据,采用像元二分模型估算了1980年、2000年、2010年和2016年黄河流域植被覆盖度,通过分析黄土高原重点研究区植被覆盖的时空变化特征识别植被变化背景下不同地貌分区侵蚀产沙风险变化,以期为将来黄河水沙治理工作提供参考。【结果】黄土高原重点研究区全区植被盖度均值呈增加趋势,由1980年的34.99%提升至2016年的63.64%,且2000年退耕还林(草)工程实施后增加的速度更为显著,2010—2016年间增速相对于2000—2010年间较缓。研究期间产沙高风险区面积比例显著减小,产沙高风险和易产沙区均主要分布在研究区的北部和西北部,不产沙区和产沙微弱区主要分布在研究区东南部。自1999年实施退耕还林(草)工程以来,不同地貌分区的植被状况均持续好转。【结论】沙丘、风蚀沙化丘陵、平原、片沙黄土丘陵地貌区是未来水土保持工作需要关注的区域,植被改善工作仍需加强。

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中国农学会农业信息分会-I0001

摘要：一、学会简介中国农学会农业信息分会是中国共产党领导下的农业信息科技工作者的学术性群众团体,工作上接受中国农学会的指导。农业信息分会团结和组织全国农业信息科技工作者,围绕现代农业和乡村振兴战略的现实需求,研讨农业信息理论、技术和方法,促进农业信息学科建设;搭建农业信息学科交流平台,开展农业信息学术交流和技术服务,培养农业信息专业人才;开发农业信息产业资源,推进农业农村信息化、现代化建设。

《中国农业信息》征稿启事-I0002

摘要：《中国农业信息》由中华人民共和国农业农村部主管,中国农学会农业信息分会、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所共同主办的农业信息科学领域的综合性科学技术期刊。国内外公开发行,国内统一连续出版物号:CN11-4922/S,国际标准连续出版物号:ISSN1672-0423。本刊为双月刊,16开本,每双月25号出版。