基于Landsat8遥感数据的棉花长势快速监测

刘晓晨

新疆维吾尔自治区农业资源区划办公室，乌鲁木齐 830049

基于Landsat8遥感数据的棉花长势快速监测

刘晓晨

新疆维吾尔自治区农业资源区划办公室，乌鲁木齐 830049

选择新疆棉花主产县玛纳斯县作为研究区，利用遥感技术进行棉花长势的提取与评价，实现了较为准确、快速的县级棉花长势监测[1-5]。

Landsat8；棉花；长势

1 研究区概况和数据来源

1.1 研究区概况

玛纳斯县位于新疆维吾尔自治区中北部，农业种植主要以棉花、玉米、特色作物为主。

1.2 数据来源

本研究采用Landsat8遥感数据下载自美国国家地质调查局Global Visualizaton Viewer，数据轨道号为143029，获取日期分别为2014年8月15日和2015年8月18日，减少作物物候的影响。

2 研究方法和技术路线

如图1所示，为本研究采用的技术路线图。下载的原始Landsat8数据为Geotiff格式，每个波段为一个单独的Geotiff文件，因此首先利用ENVI软件进行波段合成，并检查头文件信息是否完全，接着进行遥感数据的定标以便将DN值转化为表观反射率，接着利用FLAASH模块进行大气校正，以便去除大气的影响，其结果得到地表反射率数据。然后利用玛纳斯矢量县界进行裁切，从而得到该县的县域遥感图像。接着计算植被指数，并计算其差值，最后进行分级从而得到棉花长势分级图。

图1 技术路线图

3 棉花长势的遥感监测

3.1 棉花种植区域识别

本研究利用在玛纳斯县采集的作物解译标志点进行棉花解译标志的建立与判读，利用最大似然方法结合解译标志进行棉花种植区域的提取，在此区域内进行棉花长势的监测与评价。

3.2 植被指数的选择与计算

植被在可见光的红光波段有很强的吸收特性，反射率低，在近红外波段有很强的反射特性，反射率高，通过上述两个波段的不同组合可以得到不同的植被指数，植被指数有比值、差值、垂直、土壤调节、归一化植被指数等等40余种。其中归一化差值植被指数NDVI是目前应用最广泛的一种植被指数，由于植物叶绿素发生光合作用而吸收红光,所以长势越好的植物吸收红光越多,反射近红外光也越多.所以NDVI能反应植物生物量的多少,NDVI越大,植物长势越好.考虑到上述两点因素，本研究即采用NDVI作为研究棉花长势的指数。NDVI的计算公式为：

NDVI=（NIR-R）/（NIR+R）

NIR为近红外波段反射率，R为红光波段反射率，对应本研究采用的Landsat8数据，NIR为第四波段，R为第三波段。利用公式将2014与2015年对应波段带入公式，得出两年的NDVI。

3.3 棉花长势的监测

在计算出相邻两年NDVI的基础上，对2015年NDVI与2014年NDVI进行差值运算，数值为0的区域表明相邻两年棉花长势相同，数值为正值的区域表明2015年棉花长势好于2014年，同理，数值为负值的区域表明2015年棉花长势弱于2014年，据此对差值图进行分级，从而得到相邻两年棉花的长势分级图，更进一步也可以在数值为正或者负的区域内进行细分，以便得到更加精细的棉花长势分级结果。根据长势分级图，大部分区域都集中在0值附近，表明总体上相邻两年棉花长势相差不大，小部分变化较大的区域（正值或者负值）主要分布在北部沙漠边缘，表明该区域脆弱的生态环境对棉花长势还是有一定影响。

4 结论

本研究利用Landsat8遥感数据，在玛纳斯县进行了棉花长势监测与评价，研究表明，第一，Landsat8遥感数据为免费下载，获取难度低，数据成像质量好，周期稳定，便于实施作物长势监测，且Landsat系列卫星数据延续周期长，便于进行长时间序列的作物长势监测；第二，本研究采用的技术方法简单，可靠，可以在短时间内获取长势监测结果，便于在基层推广使用。

[1]黄青,周清波,王利民,李丹丹.基于遥感的冬小麦长势等级与气象因子相关性分析 [J].农业机械学报，2014,45 (12):301-304.

[2]黄青，李丹丹，陈仲新，等.基于MODIS数据的冬小麦种植面积快速提取与长势监测[J]．农业机械学报，2012，43( 7):163-167．

[3]吴炳方,张峰,刘成林,等.农作物长势综合遥感监测方法[J]．遥感学报，2004,8（6）：498-514.

[4]张峰,吴炳方,刘成林等.区域作物生长过程信息的遥感提取方法[J].遥感学报,2004,8(6):515—528.

刘晓晨（1980年8月—），农业推广硕士，农艺师，研究方向：农业项目管理。

2015-11-17