專利名稱：一種農(nóng)作物種植模式識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種農(nóng)作物種植模式識(shí)別方法。
背景技術(shù)：
種植模式(Cropping pattern, CP)是作物輪作的空間表達(dá),是對(duì)農(nóng)作物前后巷順序的概括。作物種植模式關(guān)系到水、熱、光、土壤肥力等資源的充分利用，是提高田塊單產(chǎn)和總產(chǎn)的重要技術(shù)環(huán)節(jié)，對(duì)于高效、可控農(nóng)業(yè)管理具有非常重要的意義。伴隨著世界范圍光、
熱、水等農(nóng)業(yè)自然資源的重新分配、世界人口的持續(xù)增加和耕地存量潛在的減少趨勢(shì)，種植模式也發(fā)生著變化。及時(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)種植模式及其時(shí)空變化，有利于預(yù)測(cè)糧食產(chǎn)量及其變化和制定農(nóng)業(yè)發(fā)展政策。合理的種植模式應(yīng)有利于土地、陽(yáng)光、熱量和水等各種資源的最有效利用，取得當(dāng)時(shí)條件下農(nóng)作物生產(chǎn)的最佳社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，并能可持續(xù)地發(fā)展。農(nóng)作物種植模式監(jiān)測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正不適當(dāng)?shù)姆N植方式，保持耕地的可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?，進(jìn)而保障糧食安全。國(guó)內(nèi)外學(xué)者嘗試采用氣象數(shù)據(jù)或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、以行政區(qū)為最小研究單元反映區(qū)域和全球種植模式，從宏觀上展示種植模式的空間變化。但農(nóng)業(yè)自然條件具有局部小氣候的特點(diǎn)，內(nèi)部差異不可忽略。比如以農(nóng)戶為單元的種植管理模式使區(qū)域種植模式復(fù)雜多樣，這種方法不能準(zhǔn)確地描述種植模式的空間特征。此外，氣象資料和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的獲取也存在一定的滯后性，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)本身存在一定誤差，給研究結(jié)果帶來(lái)了不確定性。對(duì)于空間范圍大、時(shí)效性要求高的種植模式研究，這種方法難以達(dá)到要求。衛(wèi)星遙感是探測(cè)土地利用/覆蓋格局及變化的最有效手段，遙感數(shù)據(jù)是獲取農(nóng)作物種植模式的理想數(shù)據(jù)源。農(nóng)作物種植模式遙感識(shí)別方法有兩種一種是基于多時(shí)相中高分辨率遙感影像的識(shí)別方法，一種是基于時(shí)間序列遙感數(shù)據(jù)的識(shí)別方法。基于多時(shí)相中高分辨率影像的種植模式識(shí)別方法利用不同農(nóng)作物生長(zhǎng)季的多時(shí)相、中高分辨率多光譜衛(wèi)星圖像識(shí)別農(nóng)作物種植模式。具體方法是在一年中每個(gè)農(nóng)作物生長(zhǎng)季都獲取多景中高分辨率多光譜圖像，對(duì)不同生長(zhǎng)季的影像分別進(jìn)行解譯和分類，提取各生長(zhǎng)季的農(nóng)作物；在對(duì)不同生長(zhǎng)季種植農(nóng)作物的情況進(jìn)行分析，從而確定農(nóng)作物的種植模式。由于受衛(wèi)星重訪周期和天氣狀況的影響，在作物生長(zhǎng)季里獲取充足的、質(zhì)量較好的中高分辨率數(shù)據(jù)非常困難，限制了該方法在大尺度種植模式識(shí)別中的應(yīng)用。衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，為我們提供了長(zhǎng)期的重復(fù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，使得我們可以研究事物的長(zhǎng)時(shí)間變化，以發(fā)現(xiàn)其中的特征和規(guī)律。近二十年國(guó)內(nèi)外用遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)對(duì)自然植被物候?qū)W進(jìn)行了廣泛而深入的研究，有許多成熟的算法和模型識(shí)別植被物候特征。而耕地上種植的農(nóng)作物在對(duì)氣候、水文、人文等因子的影響過(guò)程中也體現(xiàn)出明顯的物候特征,這使得利用遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)對(duì)種植模式進(jìn)行識(shí)別成為可能。遙感數(shù)據(jù)反演的植被指數(shù)能夠較好地反映出植被生長(zhǎng)狀況，而時(shí)間序列的植被指數(shù)則是植被動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)的標(biāo)志，即植被指數(shù)的時(shí)序變化對(duì)應(yīng)于植被的生長(zhǎng)與衰弱等季節(jié)活動(dòng)過(guò)程。對(duì)耕地而言，植被指數(shù)的時(shí)序動(dòng)態(tài)變化體現(xiàn)了農(nóng)作物的生長(zhǎng)過(guò)程，即從播種、出苗、拔節(jié)、抽穗到成熟、收割的周期性態(tài)勢(shì)。一年一熟區(qū)域的耕地植被指數(shù)曲線在一年內(nèi)完成一個(gè)循環(huán)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，一年兩熟區(qū)域的耕地完成兩個(gè)循環(huán)，一年三熟區(qū)域的耕地將完成三個(gè)生長(zhǎng)周期。因此，利用時(shí)間序列植被指數(shù)的周期性變化可以完成耕地種植模式的監(jiān)測(cè)。目前基于時(shí)間序列數(shù)據(jù)的種植模式研究都是以遙感時(shí)間序列植被指數(shù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，首先采用各種濾波去噪算法得到較為平滑的農(nóng)作物生長(zhǎng)曲線，然后進(jìn)行種植模式的提取。遙感種植模式的判別方法主要包括分類法、光譜(時(shí)序譜)匹配法和峰值法。分類法是直接對(duì)濾波去噪后的時(shí)間序列植被指數(shù)曲線采用遙感分類技術(shù)獲取不同種植模式類別。光譜匹配法先對(duì)時(shí)間序列植被指數(shù)濾波去噪，再根據(jù)典型點(diǎn)建立起種植模式標(biāo)準(zhǔn)曲線庫(kù)，然后采用光譜匹配技術(shù)計(jì)算去噪后的時(shí)間序列植被指數(shù)曲線與種植模式標(biāo)準(zhǔn)曲線的匹配度，從而確定各種種植模式類別。峰值法的基本假設(shè)為耕地上一年之內(nèi)種植作物的次數(shù)與耕地的植被指數(shù)變化曲線的峰值較吻合，即一年一熟種植模式的植被指數(shù)曲線在年內(nèi)形成明顯的單峰，一年兩熟種植模式耕地的植被指數(shù)曲線形成雙峰。因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)植被指數(shù)曲線的峰值個(gè)數(shù)可以確定耕地的種植模式。峰值法又分為直接比較法和二次差分法。從目前來(lái)看，峰值法由于簡(jiǎn)單易用在耕地種植模式監(jiān)測(cè)中得到了最為廣泛的應(yīng)用。概況起來(lái)，目前基于遙感時(shí)間序列數(shù)據(jù)的種植模式提取方法主要包括如下三種技術(shù)方案技術(shù)方案一分類法。采用遙感分類技術(shù)對(duì)去噪后的時(shí)間序列植被指數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，根據(jù)每一類農(nóng)作物的時(shí)間序列曲線確定種植模式。分類方法可以是監(jiān)督分類方法，也可以是非監(jiān)督分類方法。分類法要求操作人員對(duì)研究區(qū)的農(nóng)作物種植模式非常熟悉，由此選擇樣本進(jìn)行分類識(shí)別種植模式(監(jiān)督分類)，或?qū)垲惤Y(jié)果進(jìn)行種植模式判別(非監(jiān)督分類)。分類精度一方面依賴于分類方法的選擇，另一方面依賴于研究者的經(jīng)驗(yàn)。因此，分類法識(shí)別種植模式的可重復(fù)性較差、區(qū)域適應(yīng)程度較低。技術(shù)方案二 光譜匹配法。先根據(jù)典型點(diǎn)的植被指數(shù)時(shí)序曲線建立種植模式標(biāo)準(zhǔn) 曲線庫(kù)，然后計(jì)算每像元的植被指數(shù)時(shí)序曲線與標(biāo)準(zhǔn)種植模式曲線的匹配度。匹配度是指考慮物候、播種時(shí)間差異等原因，對(duì)植被指數(shù)時(shí)序曲線的時(shí)間軸進(jìn)行相對(duì)平移，計(jì)算各像元的植被指數(shù)時(shí)序曲線和標(biāo)準(zhǔn)種植模式庫(kù)的植被指數(shù)時(shí)序曲線在不同時(shí)間位置上的匹配度。以匹配度作為相似性指標(biāo)來(lái)識(shí)別種植模式，選取匹配度最大時(shí)的種植模式作為待識(shí)別像元的種植模式。光譜匹配法要求事先建立一個(gè)完整的種植模式標(biāo)準(zhǔn)曲線庫(kù)，由于遙感植被指數(shù)時(shí)序的變異較大，種植模式標(biāo)準(zhǔn)曲線庫(kù)很難窮盡所有可能的種植模式標(biāo)準(zhǔn)曲線，而且同樣要求研究者對(duì)研究區(qū)的農(nóng)作物種植模式非常熟悉。技術(shù)方案三峰值法。首先采用直接比較法或二次差分法對(duì)植被指數(shù)時(shí)序數(shù)據(jù)提取峰值，經(jīng)過(guò)一定的判別，確定峰值個(gè)數(shù)。然后根據(jù)峰值的數(shù)目確定像元的種植模式。直接比較法是在一個(gè)判斷區(qū)間內(nèi)將每一時(shí)間點(diǎn)的植被指數(shù)值和前后相鄰幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)的植被指數(shù)值進(jìn)行比較，得到該區(qū)間內(nèi)植被指數(shù)值最大的時(shí)間點(diǎn)，即為該區(qū)間內(nèi)的峰；如此反復(fù)，可以得到整個(gè)耕地生長(zhǎng)季內(nèi)所有峰值的數(shù)量及其時(shí)間分布點(diǎn)。二次差分法將一年內(nèi)時(shí)間序列植被指數(shù)的N個(gè)植被指數(shù)按時(shí)間順序形成數(shù)組，首先用后面的植被指數(shù)值減去其前面的植被指數(shù)值，形成N-I個(gè)的新值；對(duì)這N-I個(gè)的新值進(jìn)行重新賦值，如果是負(fù)數(shù)則定為-1，如果是正數(shù)則定為I ;然后對(duì)新賦值的N-I個(gè)值按上面的方法再進(jìn)行一次差分，得到N-2個(gè)由_2、0、2組成的數(shù)組,其中元素為_2且前后元素皆為O的點(diǎn)就是峰值點(diǎn)。峰值法有三個(gè)不足第一，峰值法對(duì)噪聲敏感，對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)濾波去噪聲算法的要求高。目前的濾波方法雖然可以較好地消除一些明顯的噪聲，但濾波后的曲線并不是完全光滑的曲線，仍然存在一些細(xì)微噪聲，而峰值法會(huì)將每一峰值都檢測(cè)出來(lái)。第二，該方法依賴于研究者經(jīng)驗(yàn)和區(qū)域特性，方法的普適性不強(qiáng)。第三，峰值數(shù)目和種植模式不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，以峰值數(shù)目代表種植模式是不準(zhǔn)確的。峰值數(shù)目反映的是耕地在一年內(nèi)種植作物的次數(shù)(復(fù)種指數(shù))，但一個(gè)完整的種植模式有時(shí)并不能在一年內(nèi)完成，需要兩年或更多的時(shí)間。比如在二年三熟區(qū)，種植模式是穩(wěn)定的，但是第一年和第二年的峰值數(shù)目一般是不一樣的。因此兩年之間的峰值個(gè)數(shù)變化是一種“偽變化”，由此推斷種植模式的變化更是不合理。
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總之，現(xiàn)有基于遙感植被指數(shù)時(shí)序數(shù)據(jù)識(shí)別農(nóng)作物種植模式的方法區(qū)域適應(yīng)性低、通用性較弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種農(nóng)作物種植模式識(shí)別方法，輸入遙感植被指數(shù)時(shí)序數(shù)據(jù)和少量訓(xùn)練樣本就可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物種植模式的提取，所需參數(shù)少、通用性強(qiáng)。為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種農(nóng)作物種植模式識(shí)別方法，包括以下步驟A、輸入遙感植被指數(shù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)；B、確定植被生長(zhǎng)閾值，將同一地區(qū)裸地和植被覆蓋區(qū)在春夏季最早出現(xiàn)差異時(shí)的植被指數(shù)值確定為植被生長(zhǎng)閾值；C、選擇農(nóng)作物訓(xùn)練樣本；D、參數(shù)優(yōu)化，根據(jù)訓(xùn)練樣本對(duì)研究區(qū)農(nóng)作物最短生長(zhǎng)季長(zhǎng)度、最長(zhǎng)生長(zhǎng)季長(zhǎng)度和最小生長(zhǎng)幅度這3個(gè)參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)組合，選擇對(duì)訓(xùn)練樣本種植模式識(shí)別精度最高的參數(shù)取值組合作為最優(yōu)參數(shù)；E、提取植被生長(zhǎng)信息；F、排除非農(nóng)作物區(qū)域，依次判斷待識(shí)別像元的植被生長(zhǎng)季長(zhǎng)度是否介于農(nóng)作物最短生長(zhǎng)季長(zhǎng)度和農(nóng)作物最長(zhǎng)生長(zhǎng)季長(zhǎng)度之間、植被生長(zhǎng)幅度是否大于農(nóng)作物最小生長(zhǎng)幅度，這2項(xiàng)條件中只要有I項(xiàng)不滿足，則將該待識(shí)別像元判定為非農(nóng)作物區(qū)域；G、根據(jù)農(nóng)作物生長(zhǎng)季個(gè)數(shù)確定一年內(nèi)的農(nóng)作物復(fù)種指數(shù)；H、根據(jù)前一年、當(dāng)年和后一年的農(nóng)作物復(fù)種指數(shù)綜合確定農(nóng)作物種植模式。步驟E中，提取的植被生長(zhǎng)信息包括一年內(nèi)的植被生長(zhǎng)季個(gè)數(shù)、每個(gè)生長(zhǎng)季的長(zhǎng)度和生長(zhǎng)幅度3個(gè)指標(biāo)，具體提取步驟包括(I)將植被指數(shù)時(shí)序數(shù)據(jù)所有時(shí)間點(diǎn)的值與植被生長(zhǎng)閾值作比較，將大于或等于O的時(shí)間點(diǎn)賦值為1，小于O的時(shí)間點(diǎn)賦值為0，從而得到一條由O和I值組成的時(shí)間序列；(2)對(duì)新時(shí)間序列中連續(xù)為I的值進(jìn)行累加，如果遇到0，則重新開始累加，得到一條累加后的時(shí)間序列；(3)針對(duì)累加后的時(shí)間序列，所有為I的值所在的時(shí)間點(diǎn)確定為植被生長(zhǎng)季的起始日期，所有大于O且緊隨其后第一個(gè)為O的值所在的時(shí)間點(diǎn)確定為植被生長(zhǎng)季的結(jié)束日期，提取的植被生長(zhǎng)季起始日期與植被生長(zhǎng)季結(jié)束日期相間排列，若最后一個(gè)為植被生長(zhǎng)季起始日期，則將其刪除；(4)根據(jù)一年內(nèi)植被生長(zhǎng)季起始日期出現(xiàn)的次數(shù)來(lái)確定植被生長(zhǎng)季個(gè)數(shù)，根據(jù)每個(gè)生長(zhǎng)季的起始與結(jié)束日期來(lái)確定植被生長(zhǎng)季長(zhǎng)度，根據(jù)植被生長(zhǎng)季起始日期與結(jié)束日期之間的植被指數(shù)最大值與植被生長(zhǎng)季起始日期的植被指數(shù)值之差來(lái)確定生長(zhǎng)季幅度。步驟H中，根據(jù)前一年、當(dāng)年和后一年的復(fù)種指數(shù)綜合確定農(nóng)作物種植模式，3年的復(fù)種指數(shù)組合共有43種情況，具體的步驟包括(I)在所有含有O的組合中，三年復(fù)種指數(shù)全為O時(shí)確定為非耕地，當(dāng)年復(fù)種指數(shù)為O而前一年或后一年中有不為O的情況時(shí)確定為休閑耕地，對(duì)于其他含O的組合，當(dāng)年的種植模式按當(dāng)年的復(fù)種指數(shù)確定(復(fù)種指數(shù)為I表不一年一熟的種植模式，復(fù)種指數(shù)為2表不一年兩熟的種植模式,復(fù)種指數(shù)為3表不一年三熟的種植模式)；(2)剩下的所有含3的組合，當(dāng)年的種植模式按當(dāng)年的復(fù)種指數(shù)確定；
(3)對(duì)剩下的由I和2構(gòu)成的組合，采用兩種原則確定，一是相同性原則，只要當(dāng)年的復(fù)種指數(shù)與前一年或后一年中任意一年的復(fù)種指數(shù)相同，貝1J按相同的復(fù)種指數(shù)確定當(dāng)年的種植模式；二是對(duì)稱性原則，對(duì)(1，2，1)和(2，1，2)組合，它們都是兩年內(nèi)完成三次農(nóng)作物種植，因此種植模式為二年三熟。采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，可直接對(duì)遙感植被指數(shù)時(shí)序數(shù)據(jù)提取農(nóng)作物種植模式，具有以下優(yōu)勢(shì)(I)原理簡(jiǎn)單，運(yùn)算效率高，容易用程序語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。(2)不需要其他輔助數(shù)據(jù)，抗噪聲能力強(qiáng)，結(jié)果比較可靠、穩(wěn)定，特別適用于為農(nóng)業(yè)部門或政府部門及時(shí)地提供有關(guān)農(nóng)作物種植模式的空間分布信息。(3)所需參數(shù)少，降低了區(qū)域的適用性要求，提高了方法的通用性。(4)人為干預(yù)少，自動(dòng)化運(yùn)行的程度高。


圖I是植被生長(zhǎng)季起始日期、生長(zhǎng)季長(zhǎng)度、生長(zhǎng)幅度示意圖。圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中農(nóng)作物種植模式識(shí)別的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施方式
來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明技術(shù)方案的主要思想是在于提出一種能夠較為自動(dòng)確定最優(yōu)參數(shù)的方法和一種合理的農(nóng)作物種植模式識(shí)別方法。本發(fā)明所采用的植被生長(zhǎng)參數(shù)包括植被生長(zhǎng)季長(zhǎng)度和生長(zhǎng)幅度。植被生長(zhǎng)季起始日期是表征植被開始生長(zhǎng)的時(shí)間點(diǎn)，也就是植被指數(shù)在春夏季最早達(dá)到植被生長(zhǎng)閾值時(shí)的時(shí)間點(diǎn)(圖I)。生長(zhǎng)季長(zhǎng)度是指植被完成一個(gè)完整生長(zhǎng)周期的時(shí)間跨度。生長(zhǎng)幅度是指植被生長(zhǎng)過(guò)程中的植被指數(shù)最大值距離植被生長(zhǎng)閾值的植被指數(shù)值的變化幅度。由于所有綠色植被都具有這樣的特征，為了有效識(shí)別農(nóng)作物生長(zhǎng)季，需要確定研究區(qū)農(nóng)作物最短生長(zhǎng)季長(zhǎng)度、最長(zhǎng)生長(zhǎng)季長(zhǎng)度和最小生長(zhǎng)幅度。農(nóng)作物最短生長(zhǎng)季長(zhǎng)度是指區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物完成一個(gè)完整的生長(zhǎng)周期所需的最短時(shí)間，農(nóng)作物最長(zhǎng)生長(zhǎng)季長(zhǎng)度是指區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物完成一個(gè)完整的生長(zhǎng)周期所需的最長(zhǎng)時(shí)間，農(nóng)作物最小生長(zhǎng)幅度是指區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物在生長(zhǎng)過(guò)程中最小應(yīng)達(dá)到的植被指數(shù)變化幅度。
圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中農(nóng)作物種植模式識(shí)別的流程圖。本發(fā)明的農(nóng)作物種植模式識(shí)別流程包括以下步驟步驟101、輸入遙感植被指數(shù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)。步驟102、確定植被生長(zhǎng)閾值，將同一地區(qū)裸地和植被覆蓋區(qū)在春夏季最早出現(xiàn)差異時(shí)的植被指數(shù)值確定為植被生長(zhǎng)閾值。步驟103、選擇訓(xùn)練樣本，訓(xùn)練樣本的選擇可以參考農(nóng)作物熟制區(qū)劃圖，若研究區(qū)處于同一熟制區(qū)，則直接選擇一套樣本；若研究區(qū)跨不同的熟制區(qū)，則在每個(gè)熟制區(qū)內(nèi)分別選取樣本；訓(xùn)練樣本的種植模式可根據(jù)樣本的植被指數(shù)曲線和多時(shí)相中分辨率影像目視判讀確定，也可根據(jù)地面觀測(cè)數(shù)據(jù)確定。步驟104、參數(shù)優(yōu)化，根據(jù)訓(xùn)練樣本對(duì)研究區(qū)農(nóng)作物最短生長(zhǎng)季長(zhǎng)度、最長(zhǎng)生長(zhǎng)季長(zhǎng)度和最小生長(zhǎng)幅度這3個(gè)參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)組合，選擇對(duì)訓(xùn)練樣本種植模式識(shí)別精度最高的參數(shù)取值組合作為最優(yōu)參數(shù)?！げ襟E105、提取植被生長(zhǎng)信息，植被生長(zhǎng)信息包括一年內(nèi)的植被生長(zhǎng)季個(gè)數(shù)、每個(gè)生長(zhǎng)季的長(zhǎng)度和生長(zhǎng)幅度3個(gè)指標(biāo)，具體提取步驟如下(I)將植被指數(shù)時(shí)序數(shù)據(jù)所有時(shí)間點(diǎn)的值與植被生長(zhǎng)閾值作比較，將大于或等于O的時(shí)間點(diǎn)賦值為1，小于O的時(shí)間點(diǎn)賦值為0，從而得到一條由O和I值組成的時(shí)間序列；(2)對(duì)新時(shí)間序列中連續(xù)為I的值進(jìn)行累加，如果遇到0，則重新開始累加，得到一條累加后的時(shí)間序列；(3)針對(duì)累加后的時(shí)間序列，所有為I的值所在的時(shí)間點(diǎn)確定為植被生長(zhǎng)季的起始日期，所有大于O且緊隨其后第一個(gè)為O的值所在的時(shí)間點(diǎn)確定為植被生長(zhǎng)季的結(jié)束日期；提取的植被生長(zhǎng)季起始日期與植被生長(zhǎng)季結(jié)束日期相間排列，若最后一個(gè)為植被生長(zhǎng)季起始日期，則將其刪除；(4)根據(jù)一年內(nèi)植被生長(zhǎng)季起始日期出現(xiàn)的次數(shù)來(lái)確定植被生長(zhǎng)季個(gè)數(shù)，根據(jù)每個(gè)生長(zhǎng)季的起始與結(jié)束日期來(lái)確定植被生長(zhǎng)季長(zhǎng)度，根據(jù)植被生長(zhǎng)季起始日期與結(jié)束日期之間的植被指數(shù)最大值與植被生長(zhǎng)閾值之差來(lái)確定生長(zhǎng)季幅度。步驟106、判斷提取的植被生長(zhǎng)季長(zhǎng)度是否小于步驟104得到的農(nóng)作物最短生長(zhǎng)季長(zhǎng)度，如果是，則轉(zhuǎn)至步驟107，如果不是，則轉(zhuǎn)至步驟108。步驟107、農(nóng)作物生長(zhǎng)季必須達(dá)到一定的長(zhǎng)度，例如我國(guó)主要農(nóng)作物的獨(dú)立生長(zhǎng)期都在90天以上。由于獨(dú)立生長(zhǎng)周期包括播種期，而遙感植被指數(shù)監(jiān)測(cè)到的生長(zhǎng)周期是從農(nóng)作物返青開始的，因此遙感監(jiān)測(cè)到的農(nóng)作物生長(zhǎng)季長(zhǎng)度要稍短，但仍然要長(zhǎng)于非農(nóng)作物的生長(zhǎng)季長(zhǎng)度。很短的生長(zhǎng)季可能是短期的蔬菜、冬小麥的冬前峰或者是農(nóng)作物播種前返青的草和灌叢形成的。如果提取的植被生長(zhǎng)季長(zhǎng)度小于農(nóng)作物最短生長(zhǎng)季長(zhǎng)度，那么刪除該生長(zhǎng)季，并轉(zhuǎn)至步驟108。步驟108、判斷提取的植被生長(zhǎng)季的生長(zhǎng)幅度是否小于步驟104得到的農(nóng)作物最小生長(zhǎng)幅度，如果是，則轉(zhuǎn)至步驟109，如果不是，則轉(zhuǎn)至110。步驟109、遙感監(jiān)測(cè)到的農(nóng)作物生長(zhǎng)幅度必須達(dá)到一定的高度，例如，對(duì)于MODIS增強(qiáng)型植被指數(shù)(EVI)來(lái)說(shuō)，華北平原冬小麥的生長(zhǎng)幅度一般在O. 3 O. 4之間，而玉米的生長(zhǎng)幅度一般在O. 35 O. 45之間。如果一個(gè)植被生長(zhǎng)季的生長(zhǎng)幅度小于農(nóng)作物最小生長(zhǎng)幅度，則刪除該生長(zhǎng)季，并轉(zhuǎn)至步驟110。
步驟110、判斷提取的生長(zhǎng)季長(zhǎng)度是否大于步驟104得到的農(nóng)作物最長(zhǎng)生長(zhǎng)季長(zhǎng)度，如果是，則轉(zhuǎn)至步驟111 ;如果不是，則轉(zhuǎn)至112。步驟111、如果一個(gè)生長(zhǎng)季的長(zhǎng)度大于農(nóng)作物最長(zhǎng)生長(zhǎng)季長(zhǎng)度，則刪除該生長(zhǎng)季，并轉(zhuǎn)至步驟112。步驟112、根據(jù)生長(zhǎng)季個(gè)數(shù)確定一年內(nèi)的農(nóng)作物復(fù)種指數(shù)。步驟112、根據(jù)前一年、當(dāng)年和后一年的農(nóng)作物復(fù)種指數(shù)綜合確定農(nóng)作物種植模式，對(duì)于一個(gè)待識(shí)別的像元來(lái)說(shuō)，3年的復(fù)種指數(shù)組合共有43種種植情況，即有64種可能的種植模式(表I)，操作步驟如下(I)在所有含有O的組合中，三年復(fù)種指數(shù)全為O時(shí)確定為非耕地；當(dāng)年復(fù)種指數(shù)為O而前一年或后一年中有不為O的情況時(shí)確定為休閑耕地；對(duì)于其他含O的組合，當(dāng)年的種植模式按當(dāng)年的復(fù)種指數(shù)確定(復(fù)種指數(shù)為I表示一年一熟的種植模式，復(fù)種指數(shù)為2 表不一年兩熟的種植模式，復(fù)種指數(shù)為3表不一年三熟的種植模式)。(2)對(duì)剩下的所有含3的組合，表示是潛在的一年三熟種植區(qū)，那么種植模式采取一年一熟、一年兩熟或一年三熟都是可以的，因此當(dāng)年的種植模式按當(dāng)年的復(fù)種指數(shù)確定。(3)對(duì)剩下的由I和2構(gòu)成的組合,米用兩種原則確定。原則一相同性原則。只要當(dāng)年的復(fù)種指數(shù)與前一年或后一年中任意一年的與相同，則按相同的復(fù)種指數(shù)確定當(dāng)年的種植模式。原則二 對(duì)稱性原則。(1，2，1)和(2，1，2)組合都是兩年內(nèi)完成三次農(nóng)作物種植，因此種植模式為二年三熟。由此，可以確定所有組合的種植模式，如表I所示。表I種植模式對(duì)照表

權(quán)利要求
1.一種農(nóng)作物種植模式識(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟 A、輸入遙感植被指數(shù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)； B、確定植被生長(zhǎng)閾值，將同一地區(qū)裸地和植被覆蓋區(qū)在春夏季最早出現(xiàn)差異時(shí)的植被指數(shù)值確定為植被生長(zhǎng)閾值； C、選擇農(nóng)作物訓(xùn)練樣本； D、參數(shù)優(yōu)化，根據(jù)訓(xùn)練樣本對(duì)研究區(qū)農(nóng)作物最短生長(zhǎng)季長(zhǎng)度、最長(zhǎng)生長(zhǎng)季長(zhǎng)度和最小生長(zhǎng)幅度這3個(gè)參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)組合，選擇對(duì)訓(xùn)練樣本種植模式識(shí)別精度最高的參數(shù)取值組合作為最優(yōu)參數(shù)； E、提取植被生長(zhǎng)信息； F、排除非農(nóng)作物區(qū)域，依次判斷待識(shí)別像元的植被生長(zhǎng)季長(zhǎng)度是否介于農(nóng)作物最短生長(zhǎng)季長(zhǎng)度和農(nóng)作物最長(zhǎng)生長(zhǎng)季長(zhǎng)度之間、植被生長(zhǎng)幅度是否大于農(nóng)作物最小生長(zhǎng)幅度，這2項(xiàng)條件中只要有I項(xiàng)不滿足，則將該待識(shí)別像元判定為非農(nóng)作物區(qū)域； G、根據(jù)農(nóng)作物生長(zhǎng)季個(gè)數(shù)確定一年內(nèi)的農(nóng)作物復(fù)種指數(shù)； H、根據(jù)前一年、當(dāng)年和后一年的農(nóng)作物復(fù)種指數(shù)綜合確定農(nóng)作物種植模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種農(nóng)作物種植模式識(shí)別方法，其特征在于，步驟E中，提取的植被生長(zhǎng)信息包括一年內(nèi)的植被生長(zhǎng)季個(gè)數(shù)、每個(gè)生長(zhǎng)季的長(zhǎng)度和生長(zhǎng)幅度3個(gè)指標(biāo)，其特征在于，包括以下步驟 A、將植被指數(shù)時(shí)序數(shù)據(jù)所有時(shí)間點(diǎn)的值與植被生長(zhǎng)閾值作比較，將大于或等于O的時(shí)間點(diǎn)賦值為1，小于O的時(shí)間點(diǎn)賦值為O，從而得到一條由O和I值組成的時(shí)間序列； B、對(duì)新時(shí)間序列中連續(xù)為I的值進(jìn)行累加，如果遇到O，則重新開始累加，得到一條累加后的時(shí)間序列； C、針對(duì)累加后的時(shí)間序列，所有為I的值所在的時(shí)間點(diǎn)確定為植被生長(zhǎng)季的起始日期，所有大于O且緊隨其后第一個(gè)為O的值所在的時(shí)間點(diǎn)確定為植被生長(zhǎng)季的結(jié)束日期；提取的植被生長(zhǎng)季起始日期與植被生長(zhǎng)季結(jié)束日期相間排列，若最后一個(gè)為植被生長(zhǎng)季起始日期，則將其刪除。
D、根據(jù)一年內(nèi)植被生長(zhǎng)季起始日期出現(xiàn)的次數(shù)來(lái)確定植被生長(zhǎng)季個(gè)數(shù)，根據(jù)每個(gè)生長(zhǎng)季的起始與結(jié)束日期來(lái)確定植被生長(zhǎng)季長(zhǎng)度，根據(jù)植被生長(zhǎng)季起始日期與結(jié)束日期之間的植被指數(shù)最大值與植被生長(zhǎng)閾值之差來(lái)確定生長(zhǎng)季幅度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種農(nóng)作物種植模式識(shí)別方法，其特征在于，步驟H中，根據(jù)前一年、當(dāng)年和后一年的復(fù)種指數(shù)綜合確定農(nóng)作物種植模式，3年的復(fù)種指數(shù)組合共有43種情況，其特征在于，包括以下步驟 A、在所有含有O的組合中，三年復(fù)種指數(shù)全為O時(shí)確定為非耕地，當(dāng)年復(fù)種指數(shù)為O而前一年或后一年中有不為O的情況時(shí)確定為休閑耕地，對(duì)于其他含O的組合，當(dāng)年的種植模式按當(dāng)年的復(fù)種指數(shù)確定(復(fù)種指數(shù)為I表示一年一熟的種植模式，復(fù)種指數(shù)為2表示一年兩熟的種植模式，復(fù)種指數(shù)為3表示一年三熟的種植模式)； B、對(duì)剩下的所有含3的組合，當(dāng)年的種植模式按當(dāng)年的復(fù)種指數(shù)確定； C、對(duì)剩下的由I和2構(gòu)成的組合，采用兩種原則確定，一是相同性原則，只要當(dāng)年的復(fù)種指數(shù)與前一年或后一年中任意一年的復(fù)種指數(shù)相同，則按相同的復(fù)種指數(shù)確定當(dāng)年的種植模式；二是對(duì)稱性原則，對(duì)(1，2，1)和(2，1，2)組合，它們都是兩年內(nèi)完成三次農(nóng)作物種植，因此種植模式為二年三 熟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種農(nóng)作物種植模式識(shí)別方法。輸入遙感植被指數(shù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，確定植被生長(zhǎng)閾值；通過(guò)選擇訓(xùn)練樣本對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到農(nóng)作物的最短生長(zhǎng)季長(zhǎng)度、最長(zhǎng)生長(zhǎng)季長(zhǎng)度和最小生長(zhǎng)幅度；再提取植被生長(zhǎng)信息(一年內(nèi)的植被生長(zhǎng)季個(gè)數(shù)、每個(gè)生長(zhǎng)季的長(zhǎng)度和生長(zhǎng)幅度)，并根據(jù)優(yōu)化后的參數(shù)排除非農(nóng)作物；然后計(jì)算農(nóng)作物生長(zhǎng)季的個(gè)數(shù)得到一年內(nèi)的復(fù)種指數(shù)；最后根據(jù)前一年、當(dāng)年和后一年的農(nóng)作物復(fù)種指數(shù)綜合確定農(nóng)作物種植模式。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以直接對(duì)遙感植被指數(shù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行農(nóng)作物種植模式識(shí)別，克服了參數(shù)取值的經(jīng)驗(yàn)性以及峰值數(shù)目與種植模式不一一對(duì)應(yīng)的問(wèn)題，具備較強(qiáng)的抗噪聲能力，所需參數(shù)少，通用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)A01G7/00GK102668899SQ20121008538
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者劉建紅, 姜楠, 朱文泉 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)