2020年盘锦水稻面积及长势高分遥感监测评估

王 婷，王 莹，周 斌，李雨鸿，刘东明，李 晶，王 鹏

（1.辽宁省生态气象和卫星遥感中心，辽宁沈阳110166；2.辽宁省气象服务中心，辽宁沈阳110166）

盘锦市地处辽河三角洲中心地带，是全国重要的商品粮食生产基地。境内地势平坦，多水无山，有适宜的温度条件和较长的生长期供水稻生长发育和籽粒成熟。盘锦年平均气温8.4℃，年平均降水量623.2 mm，年平均日照时数2 768.5 h，温室条件适宜、热量充足、生长期较长，具有充足的河水灌溉，土壤略偏碱性，这样得天独厚的条件使得盘锦的水稻成为享誉全国的优质产品。盘锦水稻生产现代化水平逐年提高，种植技术取得了长足发展。

20世纪70年代遥感技术发展以来，遥感技术就被用来进行土地利用类型监测、农作物长势监测、种植面积监测及产量预测等方面[1-5]。我国在作物长势遥感监测方面已取得了一定的进展，并建立了多个业务化运行的作物长势遥感监测系统[6-9]，且将遥感数据与作物生长模型进行同化广泛运用于农作物长势监测中[10-11]。高分系列卫星的发射在国土资源调查、灾害评估、环境监测等领域发挥了重大的经济和社会价值[12-15]，尤其在农业领域对国家粮食安全、生态环境保护、农业可持续发展具有重大意义。

基于高分卫星空间分辨率高、重访周期高、宽覆盖等优点，本文应用分辨率2 m的GF-6卫星遥感数据，采用面向对象结合目视解译方法进行2020年水稻种植面积提取，并利用GF-1 WFV遥感数据对盘锦水稻长势进行多时相动态遥感监测，客观地评估水稻种植与长势，以期为水稻生产和管理决策提供科学依据。

1 数据来源及评价方法

1.1 数据来源

水稻面积监测选取2020年覆盖盘锦地区的3景高分六号卫星2 m分辨率全色/8 m分辨率多光谱相机（PMS）影像；选取2020年覆盖盘锦地区的3景高分一号卫星16 m分辨率多光谱相机（WFV）影像用于盘锦水稻长势动态监测，并选取2019年同期3景高分一号WFV影像用于水稻长势对比监测（表1）。

1.2 高分数据预处理

应用遥感图像处理软件ENVI（The Environment for Visualizing Images）对影像进行预处理，主要包括辐射定标、大气校正、正射校正、影像融合、拼接，之后用相同坐标系的矢量区域数据裁剪出盘锦市正射影像图（Digital OrthophotoMap,缩写DOM）（图1）。

1.3 面积精度评价方法

将水稻遥感提取结果保存为矢量文件，在ArcGIS中使用几何计算功能计算水稻面积。对比实测水稻面积，进行面积一致性检验：式中：S1为水稻实际种植面积；S2为水稻遥感监测面积。

1.4 植被长势监测方法

基于归一化植被指数（NDVI）实现对作物长势监测：

式中：Bnir为近红外波段反射率；Bred为红光波段反射率。NDVI值越大，表示植被长势越好。

表1 遥感影像参数

2 水稻种植面积遥感监测评估

2.1 种植区提取

基于易康（eCognition）平台，应用面向对象分析方法进行水稻种植面积提取。应用ArcGIS软件，根据前期实地考察经验，结合目视解译进行提取后处理，得到2020年盘锦水稻种植区（图2），图中可见盘锦水稻种植主要分布在大洼区，盘山县北部和兴隆台区西部，其中大洼区水稻面积最大。

2.2 面积监测结果

基于ArcGIS软件，实现水稻种植面积遥感监测。经过统计，得到2020年盘锦水稻种植面积为11.256万hm2，其中：大洼县水稻种植面积最大，为6.030万hm2，占盘锦水稻种植面积的53.57%；盘山县水稻种植面积为4.584万hm2，占盘锦水稻种植面积的40.72%；兴隆台区水稻种植面积为0.604万hm2，占盘锦水稻种植面积的5.37%；双台子区水稻种植面积为0.038万hm2，占盘锦水稻种植面积的0.34%（表2）。

根据统计资料显示，盘锦市2020年水稻种植面积为10.656万hm2，计算得到误差为5.32%。

表2 2020年盘锦市各区/县水稻面积统计

3 植被长势遥感监测结果

3.1 2020年植被长势动态监测

选取2020年生长季覆盖盘锦市的3景GF-1卫星WFV影像，结合水稻种植监测结果，通过计算获得多时相NDVI值，获得2020年盘锦水稻长势监测图（图3）。

2020年6月11日，盘锦水稻大部分地区NDVI＜0.3，6月水稻处于返青期，植被指数较低（图3-a）；2020年6月28日，盘锦水稻大部分地区NDVI处于0.5～0.7，水稻长势东部地区好于西部地区，此时水稻处于分蘖拔节期，植被覆盖度增加，植被指数较高（图3-b）；2020年9月18日，盘锦水稻大部分地区NDVI＞0.6，水稻处于乳熟至成熟期，水稻长势较好，植被指数达到高峰期（图3-c）。

3.2 2020与2019年水稻长势对比分析

为对比2020和2019年同期水稻长势情况，分别选取与2020年水稻生长季（6月、7月、9月）相近的高分影像，计算获取2019年水稻长势监测图，并对比分析同期NDVI指数差值（图4），结果显示：2019年6月4日，盘锦水稻大部分地区NDVI＜0.2（图4-a），与2020年同期相比，88%的地区水稻长势偏差（图4-b）；2019年7月3日，盘锦大部分地区NDVI＞0.6（图4-c），水稻长势呈现东部好于西部地区，81%的地区水稻长势好于2020年同期（图4-d）；2019年9月23日，水稻已基本成熟，NDVI值大部分分布在0.4～0.6（图4-e），与2020年同期相比水稻长势略差（图4-f）。

4 结论

高分遥感影像具有分辨率高、地物形状及纹理清晰等特征。应用高分影像可以高精度、宽范围地监测水稻种植面积和长势，实现水稻信息的快速获取，为农业生产部门提供客观、及时、准确的农情遥感监测信息。本文以高分卫星遥感影像为数据源，对盘锦市水稻面积进行提取，并对水稻长势进行监测评价，结果表明：1）基于分辨率2 m的高分六号卫星遥感数据，2020年盘锦水稻遥感监测面积为11.256万hm2，面积监测精度为94.68%。2）盘锦水稻主要分布在大洼区、盘山县北部和兴隆台区西部，其中大洼区水稻面积最大，为6.030万hm2，占盘锦水稻种植面积的53.57%。3）对盘锦水稻长势进行多时相动态遥感监测，6月份水稻处于返青期，植被指数较低；6月底至7月初，水稻处于分蘖拔节期，大部分地区NDVI为0.5～0.7，水稻长势东部地区好于西部地区；9月份水稻处于乳熟至成熟期，水稻长势较好，植被指数达到高峰期。2020年盘锦水稻长势较好。4）对比2020和2019年同期水稻长势情况，前期2020年水稻长势优于2019年；7月份降水偏少，生长旺盛期由于长期供水不足，致盘锦水稻81%的地区NDVI值比2019年偏低；8月份以后，随着降水逐渐增多，弥补了前期水分不足的影响，水稻长势明显好转。