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耕地利用状况关系着中国的粮食安全,众多学者为了评价耕地利用状况设计了各种各样的指数。复种指数是评价耕地利用强度的指标之一,其实质是从耕地利用次数角度反映耕地在特定的耕作制度下的利用程度。耕地利用率指数可以从耕地利用时间角度反映耕地利用强度,该指数从时间上反映耕地被农作物使用的情况,我们可以通过该评价指标分析耕地一年内有多长时间被有效利用,而又有多长时间被闲置。但这些指数大多是通过统计调查数据获得的,这也导致获取这些评价参数需要耗费大量的人力物力,并且数据获取不及时。遥感技术的发展为快速、准确、大面积地提取耕地利用状况评价指标提供了可能。
本文将用遥感方法提取耕地利用强度评价指数:复种指数和耕地利用率指数。作物的年内循环规律决定了作物播种、拔节、抽穗、成熟、收割的时间,正是这种年内循环规律成为连接耕地利用强度评价指数和NDVI时序数据的纽带。本文使用HANTS软件,ArcGIS,ENVI,以及可视化编程语言IDL实现了对华北平原遥感NDVI时间序列滤波处理,然后通过提取NDVI时间序列峰值数的方法获取复种指数,随后在时间序列NDVI基础上构建Logistic模型提取农作物物候信息,获取耕地利用率指数,并通过统计数据和气象站观测数据验证提取精度。本文主要成果包括:
1)在HANTS滤波原始时间序列NDVI曲线进行重构的基础上,通过提取时间序列曲线上峰值频数的方法提取复种指数,使用时间掩膜的方法消除冬小麦冬前峰的影响,通过设置时间阈值的方法消除休耕地裸土的影响。
2)使用Logistic模型重构NDVI时间序列曲线,本文在HANTS重构的基础上自动获取Logistic模型的分区,从而实现Logistic模型对时间序列曲线的拟合。
3)提取Logistic重构曲线上的关键转折点获取农作物关键物候信息,在获取农作物生育期的基础上,我们根据前人研究成果加20天作为最终农作物占地时长,从而得到耕地利用率指数。
4)使用统计数据和农业气象站观测数据分析复种指数和耕地利用率指数的遥感提取精度,分析表明遥感提取方法较好,遥感提取结果跟统计数据和观测数据间存在较好的一致性。