卫星遥感提取烟田种植面积应用分析

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0606

中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (13): 146-156.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0606

卫星遥感提取烟田种植面积应用分析

李莉¹^,²(), 王丽丽³, 李长军⁴, 陈秀斋³(), 谭效磊³, 高强³, 张超³, 田洪彰³

¹ 北京工业大学，北京 100010
² 临沂市气象局，山东临沂 276000
³ 山东临沂烟草有限公司，山东临沂 276000
⁴ 山东省信息中心，济南 250000

收稿日期:2022-07-21 修回日期:2023-01-09 出版日期:2023-05-05 发布日期:2023-04-27
通讯作者: 陈秀斋，男，1976年出生，高级农艺师，研究生，主要从事烟叶生产技术研究工作。通信地址：276000 临沂市兰山区智圣路3号临沂市烟草专卖局，E-mail：yang99s@126.com。
作者简介:
李莉，女，1990年出生，工程师，研究生，主要从事大气遥感、专业气象服务研究。通信地址：276000 山东省临沂市兰山区金雀山路18号气象大厦，E-mail：625175826@qq.com。
基金资助:
山东省气象局重点课题“基于FY-4A的山东地区气溶胶光学厚度反演算法研究”(2020sdqxz09); 山东省气象防灾减灾重点实验室项目“临沂烟田气象灾害精细化综合动态风险评估”(2021SDYD29)

Application of Satellite Remote Sensing to Extracting Tobacco Planting Area

LI Li¹^,²(), WANG Lili³, LI Changjun⁴, CHEN Xiuzhai³(), Tan Xiaolei³, GAO Qiang³, ZHANG Chao³, TIAN Hongzhang³

¹ Beijing University of Technology, Beijing 100010
² Linyi Meteorological Bureau, Linyi, Shandong 276000
³ Shandong Linyi Tobacco Co., Ltd., Linyi, Shandong 276000
⁴ Shandong Provincial Information Center, Jinan 250000

Received:2022-07-21 Revised:2023-01-09 Online:2023-05-05 Published:2023-04-27

摘要/Abstract

摘要：

烟草是中国重要的经济作物之一，准确提取烟草种植面积对农作物种植结构调整、烟田科学管理和监测具有重要意义。笔者基于GEE(Google Earth Engine)云平台，利用2021年2—11月Sentinel-2A多时相数据，根据烟草种植特性排除误差因子，并结合实地采样数据的分布特征归纳植被特征，利用阈值法，以山东省临沂市为例，开展烟田种植地块自动提取的研究。结果表明，采用GEE和随机森林算法组合模式，能够准确获得烟田种植的空间分布信息，总体分类精度为96.04%。本研究方法分类质量较高，可以满足研究需要，为烟田种植管理部门提供准确、快捷、科学的参考。

关键词: 烟草, 种植面积, Sentinel-2A多时相数据, 随机森林, 谷歌地球引擎

Abstract:

Tobacco is one of the important cash crops in China. Accurate extraction of tobacco planting area is of great significance to the adjustment of crop planting structure and scientific management and monitoring of tobacco fields. Based on GEE (Google Earth Engine) cloud platform, the authors used Sentinel-2A multi-temporal data from February to November of 2021 to exclude error factors according to tobacco planting characteristics, and combined with the distribution characteristics of field sampling data to conclude the vegetation characteristics. Using the threshold method, Linyi City of Shandong Province was taken as an example. Study on automatic extraction of tobacco planting plots was carried out. The results showed that the combined model of GEE and random forest algorithm could accurately obtain the spatial distribution information of tobacco planting field, and the overall classification accuracy was 96.04%. The classification of this research method is of high quality, which can meet the research requirement and provide accurate, quick and scientific reference for the tobacco planting field management department.

Key words: tobacco, planting area, Sentinel-2A multi-temporal data, random forest, Google Earth Engine

李莉, 王丽丽, 李长军, 陈秀斋, 谭效磊, 高强, 张超, 田洪彰. 卫星遥感提取烟田种植面积应用分析[J]. 中国农学通报, 2023, 39(13): 146-156.

LI Li, WANG Lili, LI Changjun, CHEN Xiuzhai, Tan Xiaolei, GAO Qiang, ZHANG Chao, TIAN Hongzhang. Application of Satellite Remote Sensing to Extracting Tobacco Planting Area[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(13): 146-156.

图/表 16

参考文献 26

[1]	张悦琦, 李荣平, 穆西晗, 等. 基于多时相GF-6遥感影像的水稻种植面积提取[J]. 农业工程学报, 2021, 37(17):189-196.
[2]	吕大树, 陈小龙, 藏照阳, 等. 贵州省烤烟上部烟叶成熟期主要气象因素分析[J]. 烟草科技, 2021, 54(8):18-25.
[3]	秦海超, 骆焕成, 王笑. 基于GEE和Sentinel-2影像的临沂市土地利用/覆被分类信息提取[J]. 工程勘察, 2021, 49(8):69-73.
[4]	李莉, 郭斌, 梁艳. 基于Landsat遥感影像资料的新疆阿尔泰山圆叶桦的空间变化特征[J]. 干旱气象, 2019, 37(3):439-446.
[5]	周珂, 柳乐, 张俨娜, 等. GEE支持下的河南省冬小麦面积提取及长势监测[J]. 中国农业科学, 2021, 54(11):2302-2318. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.11.005
[6]	陈彦四, 黄春林, 侯金亮, 等. 基于多时相Sentinel-2影像的黑河中游玉米种植面积提取研究[J]. 遥感技术与应用, 2021, 36(2):324-331.
[7]	董梅, 苏建东, 刘广玉, 等. 面向对象的无人机遥感影像烟草种植面提取和监测[J]. 测绘科学, 2014, 39(9):87-90.
[8]	赵宇虹. 随机森林遥感信息提取研究进展及应用研究[J]. 测绘与空间地理信息, 2021, 44(3):133-136,139.
[9]	赵静, 潘方江, 兰玉彬, 等. 无人机可见光遥感和特征融合的小麦倒伏面积提取[J]. 农业工程学报, 2021, 37(3):73-80.
[10]	谢鑫昌, 杨云川, 田忆, 等. 基于遥感的广西甘蔗种植面积提取及长势监测[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2021, 29(2):410-422.
[11]	夏炎, 黄亮, 王枭轩, 等. 基于无人机影像的烟草精细提取[J]. 遥感技术与应用, 2020, 35(5):1158-1166.
[12]	张阳, 屠乃美, 陈舜尧, 等. 基于Sentinel-2A数据的县域烤烟种植面积提取分析[J]. 烟草科技, 2020, 53(11):15-22.
[13]	苏建东, 刘广玉, 杨举田, 等. 多时相无人机影像的烟草轮作精细监测[J]. 测绘科学, 2015, 40(5):71-73.
[14]	黄初龙. 基于GIS的烤烟气候适宜性分析及精细化区划——以寻甸县为例[J]. 农业与技术, 2020, 40(2):136-141.
[15]	秦泉, 王冰, 李峰, 等. 面向对象的GF-1卫星影像苹果树种植面积遥感提取研究——以山地丘陵地区的栖霞市为例[J]. 沙漠与绿洲气象, 2020, 14(2):129-136.
[16]	于利峰, 乌兰吐雅, 乌云德吉, 等. 基于纹理特征与MODIS-NDVI时间序列的耕地面积提取研究[J]. 中国农业资源与区划, 2018, 39(11):169-177.
[17]	陶健, 申国明, 徐宜民, 等. 遥感在烟草种植监测及管理中的应用展望[J]. 中国烟草学报, 2015, 21(2):111-116.
[18]	史婷婷, 张小波, 张珂, 等. 基于多源多时相遥感影像的宁国前胡种植面积提取研究[J]. 中国中药杂志, 2017, 42(22):4362-4367.
[19]	黄健熙, 侯矞焯, 苏伟, 等. 基于GF-1WFV数据的玉米与大豆种植面积提取方法[J]. 农业工程学报, 2017, 33(7):164-170.
[20]	薛宇飞, 张军, 张萍, 等. 基于Sentinel-2遥感影像的烟草种植信息精准提取[J]. 中国烟草科学, 2022, 43(1):96-106.
[21]	周忠发, 李波, 贾龙浩. 合成孔径雷达技术在喀斯特山区烟草种植定量监测应用探讨[J]. 测绘通报, 2012(S1):246-248.
[22]	牟昱璇, 邬明权, 牛铮, 等. 南方地区复杂条件下的耕地面积遥感提取方法[J]. 遥感技术与应用, 2020, 35(5):1127-1135.
[23]	刘冰洋, 张小全, 张鋆鋆, 等. 气象因子对高香气烤烟品种主要香味前体物含量的影响[J]. 中国生态农业学报, 2016, 24(9):1214-1222.
[24]	王连喜, 徐胜男, 李琪, 等. 基于决策树和混合像元分解的江苏省冬小麦种植面积提取[J]. 农业工程学报, 2016, 32(5):182-187.
[25]	张猛, 曾永年. 基于多时相Landsat数据融合的洞庭湖区水稻面积提取[J]. 农业工程学报, 2015, 31(13):178-185.
[26]	苏伟, 姜方方, 朱德海, 等. 基于决策树和混合像元分解的玉米种植面积提取方法[J]. 农业机械学报, 2015, 46(9):289-295,301.

名称	影像特征	数量/个	名称	影像特征	数量/个	名称	影像特征	数量/个
水体		105	民用建筑		127	耕地		129
工业建筑		131	林地		103

名称	影像特征	数量/个	名称	影像特征	数量/个	名称	影像特征	数量/个
水体		105	民用建筑		127	耕地		129
工业建筑		131	林地		103

项目	覆膜耕地	未种植耕地	已种植耕地
样本假彩色
样本数量/个	435	234	210

项目	覆膜耕地	未种植耕地	已种植耕地
样本假彩色
样本数量/个	435	234	210

波段	重要性	波段	重要性	波段	重要性
B1	728.5	B8	493.6	NDBI	489.6
B2	625.4	B9	342.4	NDVI	416.1
B3	527.6	B10	768.0	NDWI	449.1
B4	530.9	B11	904.8	RVI	424.4
B5	533.6	DVI	516.8	SAVI	453.1
B6	546.3	EVI	438.9	VH	448.3
B7	602.0	IBI	511.1	VV	427.7

卫星遥感提取烟田种植面积应用分析

Application of Satellite Remote Sensing to Extracting Tobacco Planting Area

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时间	NDVI阈值
3月中旬—4月中旬	0.20~0.38
7月中旬—8月中旬	0.55~0.71
10月中旬—11月初	0.31~0.43

编号	经度/°E		纬度/°N		类型
1	118.032652		35.190424		烟田
2	118.032601		35.190418		烟/谷交汇
3	118.031265		35.190522		玉米
4	118.031209		35.190516		烟/玉米交汇
5	118.032615		35.189788		花生
6	118.032637		35.189808		烟/花生交汇
7	118.013581	35.188771		谷地
8	118.046182	35.130072		烟/棉花交汇
9	118.046178	35.129995		棉花

乡镇	实际测量面积/hm²	Sentinel-2A烟田面积监测/hm²	精度百分比/%
兰山	0	0	100
罗庄	0	0	100
河东	0	0	100
沂南	953.3	1033.3	92.3
郯城	173.3	206.7	83.8
沂水	2766.7	2400	86.7
兰陵	1226.7	1253.3	97.9
费县	1753.3	1546.7	88.2
平邑	833.3	806.7	96.8
莒南	513.3	533.3	96.2
蒙阴	993.3	1020	97.4
临沭	213.3	253.3	84.2

[1]	吕怡颖, 蔡永占, 白涛, 韩小女, 刘冬梅, 李祝安, 王瑞宝, 陈小龙, 王启宇, 林登智, 余磊, 黄飞燕. 曲靖市烟草黑胫病菌生物学特性及室内毒力测定[J]. 中国农学通报, 2023, 39(7): 102-110.
[2]	宗兆齐, 曹守涛, 吴修哲, 刘治国, 张楠, 陈秀斋, 刘朋, 杨明峰. 外源物质提高烟草抗非生物胁迫的研究进展[J]. 中国农学通报, 2023, 39(10): 9-16.
[3]	濮永瑜, 包玲凤, 何翔, 刘芮, 张庆, 施竹凤, 何永宏, 杨佩文. 烟草青枯病和黑胫病拮抗细菌的筛选、鉴定及防效研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(7): 116-123.
[4]	闫芳芳, 孔垂旭, 张映杰, 毛敏, 简连均, 王蓉. 产紫青霉对烟草根结线虫病的生物防治研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(33): 103-108.
[5]	孙计平, 李雪君, 孙焕. 烟蚜取食对抗、感烟草品种信号分子和CAT活性的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(25): 120-124.
[6]	蔡永占, 王瑞宝, 白涛, 刘有才, 韩小女, 王斌, 华小兵, 李诚, 毛明林, 字文霖. 3株枯草芽孢杆菌对烟草白粉病的防效[J]. 中国农学通报, 2022, 38(25): 125-129.
[7]	朱自萍, 何鹏飞, 刘迎龙, 赵正龙, 吴毅歆, 何鹏搏, 蔡永占, MUNIR Shahzad, 田阳阳, 王军伟, 何月秋. 烘烤期烟叶霉烂病病原菌Rhizopus oryzae的生态学研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(21): 122-128.
[8]	冯常青, 魏晓玲, 黄云侠, 徐时长, 邱福祥, 吴题, 郑英洁, 李文卿, 何华勤. 镁营养对高温强光下烟草碳氮代谢的影响研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(20): 53-60.
[9]	吴题, 魏晓玲, 冯常青, 黄云侠, 徐时长, 邱福祥, 郑英洁, 李文卿, 何华勤. 烟草MRS2/MGT基因家族的鉴定与表达分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(16): 18-26.
[10]	陈金, 王新月, 谢鹏飞, 张庆富, 杨柳, 陈治锋, 裴晓东, 黄杰, 邓永晟, 邓小华. 烟草残茬还田腐解特征及对土壤养分与烟碱的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(14): 65-71.
[11]	冯永新, 谭宏祥, 关辉, 靳彦峰, 徐伟, 王杰. 抑毒灵对烟草育苗期TMV的钝化作用[J]. 中国农学通报, 2022, 38(10): 112-120.
[12]	韩梦, 杜雅馨, 赖荣泉, 杨晨, 米月娥. 龙岩烟区烟草病毒病生态位研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(10): 121-125.
[13]	李先才, 张晓龙, 潘义宏, 郑仕方, 孙永华, 周芳芳, 雷福厚, 曹加园. 不同比例缓释肥、烟草专用复合肥配施对植烟土壤肥力及烤烟产质量的影响[J]. 中国农学通报, 2021, 37(36): 47-53.
[14]	游堂贵, 段艳茹, 张燕, 龚林, 陈玉杰, 和淑琪, 肖家繁, 倪霞, 查宏波, 赵芳, 赵声春, 杨军章. 4种病毒抑制剂对昭通烟草番茄斑萎病毒病和马铃薯Y病毒病的防治效果[J]. 中国农学通报, 2021, 37(36): 135-141.
[15]	李小龙, 董青君, 郭建华, 刘高峰, 田艳华, 张仕祥, 焦加国. 蚓粪基质育苗对田间烟草长势和代谢酶活性的影响[J]. 中国农学通报, 2021, 37(34): 15-20.