一種棗樹(shù)冠層氮含量的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供了一種棗樹(shù)冠層氮含量的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟：確定待監(jiān)測(cè)區(qū)域；下載待監(jiān)測(cè)區(qū)域的Landsat8衛(wèi)星遙感影像；對(duì)下載的衛(wèi)星遙感影像依次進(jìn)行幾何精校正、輻射校正、大氣校正；對(duì)大氣校正后的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行裁剪，得到監(jiān)測(cè)區(qū)域影像；通過(guò)ENVI5.1軟件計(jì)算監(jiān)測(cè)區(qū)域選取像元的6個(gè)植被指數(shù)；將6個(gè)植被指數(shù)通過(guò)波段運(yùn)算代入模型，計(jì)算出每個(gè)像元的棗樹(shù)冠層氮含量；其中，Y為棗樹(shù)冠層的氮含量，單位為％。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供的方法實(shí)現(xiàn)了區(qū)域尺度快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的獲取棗樹(shù)冠層氮含量數(shù)據(jù)，避免了測(cè)定過(guò)程中化學(xué)尾液排放對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人體的傷害，大大簡(jiǎn)化了操作步驟，縮短了監(jiān)測(cè)時(shí)間。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)
，具體涉及一種棗樹(shù)冠層氮含量的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)方法。
技術(shù)介紹
氮素是棗樹(shù)生長(zhǎng)必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素，快速獲取氮素含量信息是監(jiān)測(cè)棗樹(shù)生長(zhǎng)發(fā)育及品質(zhì)保證的前提，也是棗樹(shù)氮肥施用量最可靠的數(shù)字依據(jù)。現(xiàn)有的棗樹(shù)冠層氮含量測(cè)定方法大致可以分為光譜測(cè)量和室內(nèi)化學(xué)分析測(cè)定兩種技術(shù)，其中光譜測(cè)定雖然具有環(huán)保、快速、無(wú)損的優(yōu)點(diǎn)，但是只適用于田塊尺度，而針對(duì)于區(qū)域尺度的棗樹(shù)冠層氮含量的監(jiān)測(cè)來(lái)講，其工作量相較于衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)要大很多，導(dǎo)致其在時(shí)效性方面具有滯后于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求的弱勢(shì)，室內(nèi)化學(xué)分析測(cè)定方法需要配制化學(xué)試劑，測(cè)定過(guò)程中化學(xué)尾液排放對(duì)環(huán)境造成污染和對(duì)人體造成傷害，而且存在操作步驟繁瑣，監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)的缺陷。而衛(wèi)星遙感可以快速、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、無(wú)損的監(jiān)測(cè)大面積(縣域尺度及以上或1萬(wàn)畝及以上)棗樹(shù)冠層的氮素含量。但目前關(guān)于利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用于棗樹(shù)冠層氮素含量的研究甚少，尤其是缺乏相應(yīng)的棗樹(shù)氮素含量反演模型。因此，目前急需一種利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用于大面積棗樹(shù)冠層氮素含量的監(jiān)測(cè)方法，為棗園的氮肥精準(zhǔn)施用提供可靠的數(shù)字依據(jù)，該方法可提高氮肥利用率，降低生產(chǎn)成本，提高棗農(nóng)的收益。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種無(wú)污染、操作簡(jiǎn)便、快速精確的棗樹(shù)冠層氮含量的監(jiān)測(cè)方法，該方法實(shí)現(xiàn)了大面積棗樹(shù)冠層氮含量的快速準(zhǔn)確檢測(cè)，不需要配制任何化學(xué)試劑，避免了測(cè)定過(guò)程中化學(xué)尾液排放對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人體的傷害，同時(shí)也大大簡(jiǎn)化了操作步驟，縮短了監(jiān)測(cè)時(shí)間，能滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中區(qū)域尺度的棗園短時(shí)間內(nèi)要求獲取冠層氮含量數(shù)據(jù)的需求，為棗樹(shù)田間管理中氮肥的精準(zhǔn)施用提供了快速獲取施肥量依據(jù)的手段。具體的，本專(zhuān)利技術(shù)提供的棗樹(shù)冠層氮含量的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)方法，其包括如下步驟：S1：確定待監(jiān)測(cè)區(qū)域；S2：下載待監(jiān)測(cè)區(qū)域的衛(wèi)星遙感影像；S3：對(duì)下載的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行幾何精校正；S4：對(duì)幾何精校正后的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行輻射校正；S5：對(duì)輻射校正后的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行大氣校正；S6：對(duì)大氣校正后的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行裁剪，得到監(jiān)測(cè)區(qū)域影像；S7：計(jì)算監(jiān)測(cè)區(qū)域影像中每個(gè)像元的NG、MSAVI2、GSAVI、GMSAVI2、GDVI、DVI共6個(gè)植被指數(shù)；S8：將與每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的6個(gè)植被指數(shù)NG、MSAVI2、GSAVI、GMSAVI2、GDVI、DVI通過(guò)ENVI5.1軟件的波段運(yùn)算功能代入棗樹(shù)冠層氮含量的模型，Y＝8.00112NG-6295.884MSAVI2-88.38575GSAVI+6412.2GMSAVI2-12832.69GDVI+12833.54DVI-55.3405，計(jì)算出監(jiān)測(cè)區(qū)域中對(duì)應(yīng)像元的棗樹(shù)冠層氮含量；其中，Y為棗樹(shù)冠層的氮含量，單位為％。優(yōu)選地，S2中，所述衛(wèi)星遙感影像來(lái)源于Landsat8衛(wèi)星，其空間分辨率為30米。更優(yōu)選地，S7中，所述NG的計(jì)算公式為：NG＝G/(NIR+R+G)；所述MSAVI2的計(jì)算公式為：MSAVI2＝0.5*[2*(NIR+1)-SQRT((2*NIR+1)2-8*(NIR-R))]；所述GSAVI的計(jì)算公式為：GSAVI＝1.5*[(NIR-G)/(NIR+G+0.5)]；所述GMSAVI2的計(jì)算公式為：GMSAVI2＝0.5*[2*(NIR+1)-SQRT((2*NIR+1)2-8*(NIR-G))]；所述GDVI的計(jì)算公式為：GDVI＝NIR-G；所述DVI的計(jì)算公式為：DVI＝NIR-R；其中，G代表Landsat8衛(wèi)星遙感影像大氣校正后的TM3波段的反射率，其波段區(qū)間為0.525-0.600μm；R代表Landsat8衛(wèi)星遙感影像大氣校正后的TM4波段的反射率，其波段區(qū)間為0.630-0.680μm；NIR代表Landsat8衛(wèi)星遙感影像大氣校正后的TM5波段的反射率，其波段區(qū)間為0.845-0.885μm。優(yōu)選地，S3-S5中，所述幾何精校正、所述輻射校正、所述大氣校正均在軟件ENVI5.1中完成。更優(yōu)選地，所述大氣校正采用FLAASHAtmosphericCorrection方法。本專(zhuān)利技術(shù)提供的棗樹(shù)冠層氮含量的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了待監(jiān)測(cè)區(qū)域快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的獲取棗樹(shù)冠層氮含量數(shù)據(jù)，相較于傳統(tǒng)的室內(nèi)化學(xué)分析測(cè)定方法來(lái)講，該專(zhuān)利技術(shù)不需要配制任何化學(xué)試劑，避免了測(cè)定過(guò)程中化學(xué)尾液排放對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人體的傷害，同時(shí)也大大簡(jiǎn)化了操作步驟，縮短了監(jiān)測(cè)時(shí)間，而相對(duì)于光譜測(cè)定方法來(lái)講，該專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是在大面積棗園氮元素監(jiān)測(cè)時(shí)更快速、更省力、更經(jīng)濟(jì)。該專(zhuān)利技術(shù)能滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中區(qū)域尺度的棗園能在短時(shí)間內(nèi)獲取冠層氮含量數(shù)據(jù)的需求，為棗樹(shù)田間管理中氮肥的精準(zhǔn)施用提供了快速獲取施肥量依據(jù)的手段，適合推廣應(yīng)用于區(qū)域尺度(縣域尺度及以上或1萬(wàn)畝及以上)的棗園氮素監(jiān)測(cè)。附圖說(shuō)明圖1為本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例中提供的棗樹(shù)冠層氮含量實(shí)測(cè)值與衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)值散點(diǎn)圖(n＝30)。具體實(shí)施方式為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案能予以實(shí)施，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的限定。一種棗樹(shù)冠層氮含量的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)方法，具體包括以下步驟：查詢(xún)Landsat8衛(wèi)星在該待監(jiān)測(cè)區(qū)域的過(guò)境時(shí)間，該Landsat8衛(wèi)星的分辨率為30米，衛(wèi)星過(guò)境時(shí)如果天氣晴朗無(wú)云，下載Landsat8衛(wèi)星在該待監(jiān)測(cè)區(qū)域當(dāng)日的遙感影像。本實(shí)施例的具體實(shí)施時(shí)間為2016年8月9日，待監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)樾陆粠?1團(tuán)地域內(nèi)的巴山公司的紅棗基地，當(dāng)日天空晴朗無(wú)云。本實(shí)施例共采集了60個(gè)棗樹(shù)冠層的樣品，其中30個(gè)樣品用于構(gòu)建棗樹(shù)冠層氮含量的反演模型，另外30個(gè)用于檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆囱菥取Ｏ螺d該監(jiān)測(cè)區(qū)域的衛(wèi)星遙感影像后，對(duì)衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行幾何精校正，然后對(duì)幾何精校正后的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行輻射校正，接著對(duì)輻射校正后的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行大氣校正，最后對(duì)大氣校正后的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行裁剪，裁剪出監(jiān)測(cè)區(qū)域影像。上述幾何精校正、輻射校正、大氣校正依次進(jìn)行，且在軟件ENVI5.1中完成。在監(jiān)測(cè)區(qū)域影像內(nèi)，以相對(duì)于實(shí)際地面面積為30m*30m且邊線(xiàn)的朝向?yàn)檎险被蛘龞|正西方向的的正方形作為一個(gè)像元，隨機(jī)選取多個(gè)像元作為對(duì)應(yīng)多個(gè)待監(jiān)測(cè)的取樣單元，并以選取的取樣單元的對(duì)角線(xiàn)交叉點(diǎn)為中心，記錄該中心的地理坐標(biāo)信息，以代表該取樣單元的位置信息，在所述取樣單元內(nèi)采用5點(diǎn)法取樣，相鄰兩個(gè)取樣單元的中心點(diǎn)之間的距離不小于50米，本實(shí)例共采集60個(gè)取樣單元的信息。在裁剪后的Landsat8衛(wèi)星影像上利用ArcGis軟件的Extraction功能提取每個(gè)取樣單元的棗樹(shù)冠層的TM3波段、TM4波段、TM5波段的反射率，然后通過(guò)TM3波段、TM4波段、TM5波段的反射率數(shù)據(jù)計(jì)算每個(gè)取樣單元的棗樹(shù)冠層的NG、NR、NNIR、RVI、GRVI、DVI、GDVI、NDVI、GNDVI、SAVI、GSAVI、OSAVI、GOSAVI、MSAVI2、GMSAVI2、RDVI、GRDVI共17個(gè)植被指數(shù)。同時(shí)，采集對(duì)應(yīng)取樣單元的葉片，具體為在與上述同一取樣單元內(nèi)采用5點(diǎn)法取樣，然后混合成一個(gè)樣，取樣時(shí)需均勻的采集棗樹(shù)冠層上、中、下部位的葉片，采集好的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后烘干研磨成粉狀樣品，進(jìn)行化學(xué)分析測(cè)定其氮含量。具體的，上述各植被指數(shù)的具體計(jì)算公式為：NG＝G/(NIR+R+本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種棗樹(shù)冠層氮含量的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：確定待監(jiān)測(cè)區(qū)域；S2：下載待監(jiān)測(cè)區(qū)域的衛(wèi)星遙感影像；S3：對(duì)下載的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行幾何精校正；S4：對(duì)幾何精校正后的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行輻射校正；S5：對(duì)輻射校正后的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行大氣校正；S6：對(duì)大氣校正后的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行裁剪，得到監(jiān)測(cè)區(qū)域影像；S7：計(jì)算監(jiān)測(cè)區(qū)域影像中每個(gè)像元的NG、MSAVI2、GSAVI、GMSAVI2、GDVI、DVI共6個(gè)植被指數(shù)；S8：將與每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的6個(gè)植被指數(shù)NG、MSAVI2、GSAVI、GMSAVI2、GDVI、DVI通過(guò)ENVI5.1軟件的波段運(yùn)算功能代入棗樹(shù)冠層氮含量的模型，Y＝8.00112NG?6295.884MSAVI2?88.38575GSAVI+6412.2GMSAVI2?12832.69GDVI+12833.54DVI?55.3405，計(jì)算出監(jiān)測(cè)區(qū)域中對(duì)應(yīng)像元的棗樹(shù)冠層氮含量；其中，Y為棗樹(shù)冠層的氮含量，單位為％。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種棗樹(shù)冠層氮含量的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：確定待監(jiān)測(cè)區(qū)域；S2：下載待監(jiān)測(cè)區(qū)域的衛(wèi)星遙感影像；S3：對(duì)下載的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行幾何精校正；S4：對(duì)幾何精校正后的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行輻射校正；S5：對(duì)輻射校正后的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行大氣校正；S6：對(duì)大氣校正后的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行裁剪，得到監(jiān)測(cè)區(qū)域影像；S7：計(jì)算監(jiān)測(cè)區(qū)域影像中每個(gè)像元的NG、MSAVI2、GSAVI、GMSAVI2、GDVI、DVI共6個(gè)植被指數(shù)；S8：將與每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的6個(gè)植被指數(shù)NG、MSAVI2、GSAVI、GMSAVI2、GDVI、DVI通過(guò)ENVI5.1軟件的波段運(yùn)算功能代入棗樹(shù)冠層氮含量的模型，Y＝8.00112NG-6295.884MSAVI2-88.38575GSAVI+6412.2GMSAVI2-12832.69GDVI+12833.54DVI-55.3405，計(jì)算出監(jiān)測(cè)區(qū)域中對(duì)應(yīng)像元的棗樹(shù)冠層氮含量；其中，Y為棗樹(shù)冠層的氮含量，單位為％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棗樹(shù)冠層氮含量的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，S2中，所述衛(wèi)星遙感影像來(lái)源于Landsat8衛(wèi)星，所述Landsat8衛(wèi)星空間分辨率為30米。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的棗樹(shù)冠層氮含量的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，S7中，所述NG的計(jì)算公式...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彭杰，柳維揚(yáng)，劉新路，周煊，曲浩亮，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：塔里木大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：新疆;65