基于高分辨率合成孔径雷达(SAR)的高原山区烟草识别方法研究

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烟草产业是贵州省得支柱产业之一,但烟草的种植受国家指标的严格控制。由于喀斯特高原山区地貌的支离破碎以及作物种植的复杂等情况,所以很难通过传统手段实现对烟草生长状况以及布局的快速监测。因而准确、快速的遥感监测方法是眼下贵州烟草产业发展的趋势。随着遥感技术又好又快的发展,多光谱遥感已广泛应用于农情监测。然而贵州多云多雨的气候特征致使在烟草生长期很难获取有效的多光谱数据。具有穿透云雾进行全天时、全天候拍摄的合成孔径雷达(SAR)成为该地区农情监测的新宠。文章基于雷达遥感监测的原理、技术方法,以贵州国家现代烟草农业基地单元为研究区,以烟草为研究对象,以2013年的双极化Terra SAR-X和2014年的全极化Radarsat-2为研究数据,采用不同的方法和极化方式组合对贵州高原山区的烟草进行识别研究。研究对数据进行滤波、几何校正等数据预处理,一方面对地物的后向散射特征进行分析,结合相关资料进行雷达图像上烟草的识别;另一方面结合样方数据及野外调查数据进行识别精度的验证,探讨提高作物遥感识别能力的方法。得到的主要研究结论有:(1)烟草VV极化后向散射系数比HH极化后向散射系数小,原因是影像拍摄时期烟草正处于生长期的团棵期阶段,叶片已经完全展开,植株冠层衰减了VV极化的穿透能力。HH极化方式下水稻的后向散射系数大于烟草,这是由于水稻植株的垂直状态且和水面双层的相互作用导致的。随着烟叶的生长,烟草的后向散射系数呈下降趋势。(2)研究区内玉米等地物的存在对烟草的识别有一定的干扰,这是因为玉米的生长周期、散射特性等因素与烟草的类似;另外,研究区石漠化现象以及极少数覆膜烟田的存在对烟草识别也有一定的影响。(3)基于全极化雷达数据进行烟草识别的精度达到了87.23%,优于基于双极化极化比值和极化差值的精度,可以满足农作物监测的基本需求。同时,地形起伏是影响识别精度的重要因素。多时相、多极化甚至是多源数据的配合使用是今后高原山区农作物识别研究的主要方向,当然还有新方法的挖掘也是不容忽视的。研究结果表明,在贵州高原山区采用雷达遥感进行农作物的识别及面积的量算在理论和实践上都是可行的,并会成为该地区农情监测的重要数据源。地物的识别是农情监测的基础,采用高分辨率合成孔径雷达(SAR)对实时获取大规模作物生长农情状况,建立基础性、前沿性、公益性的现代农业生产识别体系,促进贵州山区现代农业的规模化、集约化发展具有重要意义。
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