遥感如何进行粮食种植面积检测

粮食安全问题关系社会稳定，是社会经济实现可持续发展的一个关键保障，各国都把粮食问题作为重中之重来抓。在各国稳定粮食种植面积、促进粮食稳产增产过程中，对农业特别是粮食种植面积进行实时遥感监测，日渐成为重要手段之一。

在粮食种植面积遥感监测技术的研究与应用方面，欧美发达国家走在前列，我国在这一方面的研究起步较晚。

近年来，在我国广大农村地区，大量农民进城务工、农村出现大规模抛荒的现象。在这种背景下，我国加快了对粮食种植面积的遥感监测研究，扩大了这些技术的应用范围，试图以此掌握各地的粮食种植情况，对粮食种植进行科学指导。

从2012年开始，湖南省国土资源规划院紧随国内外最新研究形势，首次开展了对湖南省粮食特别是水稻种植面积的遥感监测，走在全国粮食种植面积遥感监测的前列。

省情所需

湖南省地处我国中南部，是全国粮食种植面积和产粮大省。随着我国城镇化进程的不断加快，加上近年来粮食种植收入增长缓慢，众多农民选择外出务工，农村劳动力不足，粮食种植面积减少。大量田地荒废问题成为威胁我国粮食安全、阻碍农业进一步发展的一大因素。

为调动广大农民的种粮积极性，国家从2004年开始对种粮农民实行直接补贴。自实施以来，粮食补贴政策极大地调动了农民的积极性，促进了粮食增产，增加了农民的收入，粮食安全得到进一步保障。湖南省在落实补贴政策上，坚持“扩面积、攻单产、增总量、提效益”的方针，增加种粮补贴金额，改进补贴方式，以确保种粮农民真正得到实惠。

然而，从客观角度来看，目前的种粮补贴发放政策仍存在一定的弊端：种粮补贴根据农户承包面积进行计算，没有做到与农户实际种粮面积挂钩，在一定程度上，难以激发农民的种粮积极性。

遥感技术通过卫星对地观测方式，具有大范围地面目标识别能力，能快速、准确、客观地反应地表信息，现已广泛应用于作物种植面积监测中。作为湖南地理省情监测的一个典型监测专题，湖南省粮食种植面积遥感监测能准确地估算作物种植面积，为粮食种植补贴发放提供科学依据。

此外，通过对粮食作物种植面积的监测，能够准确掌握我省各地区的粮食种植情况，可以为各级政府及相关部门制定农业政策、调控农产品市场提供决策支持。

科学分区提高监测精度

粮食作物生产受环境因素与社会经济条件影响，会形成一定的地区性和物候差异。湖南省辖区总面积为21.18万平米公里，东南西三面环山，北部为洞庭湖平原，中部多为丘陵、盆地，整个地势南高北低，造成了湖南粮食作物生长存在一定的差异。

为提高监测的科学性与准确度，根据地形地貌状况、粮食作物耕作制度、耕地主要分布情况，并保持县级行政辖区的完整性，湖南省国土资源规划院将湖南省分为湘西北山地丘陵区、湘东北平原山地区、湘中部丘陵平原区、湘南部山地丘陵区、湘东南山地区五个片区来进行监测。

各分区内部自然、经济条件具有相对一致性，根据各区特点，分区实地采集地物样本，分区采集遥感数据，分区进行监测可在一定程度上提高监测数据的准确性。

项目流程

湖南省粮食种植面积遥感监测项目是通过基于抽样技术的地面调查与遥感影像分类相结合提取大面积作物种植面积信息的方法，利用全省土地利用数据在全省耕地范围内开展样方、样线调查，获取训练样本及检验样本，对遥感影像进行分类识别，提取全省年度粮食作物种植面积信息，在此基础上利用粮食种植面积估算模型估算全省年度粮食作物种植面积，并且，选取一定县（市、区），利用高分光学影像和雷达数据及外业工作对其粮食种植面积进行监测，对估算结果进行验证。其流程主要可分为准备阶段、样方设计阶段、样方（样线）外业调查阶段、内业处理与粮食种植面积估算阶段、利用包分辨率光学影像和雷达数据进行验证与后处理阶段。

项目实施的首要步骤是根据项目需求进行遥感数据源采集，对数据源进行分析，制定遥感数据源采集方案。通过优化配置各类遥感数据，采购符合时相要求的覆盖全省的遥感数据。同时制定监测方案，采集野外训练样本，特别是容易与水稻、小麦、玉米相混淆的地物。

数据采购完成后，该院以第二次全国土地调查底图、高程数据等控制资料为基础，以区县为单位制作了正射影像图（DOM）。通过第二次全国土地调查项目、年度变更调查项目、耕地后备资源调查项目、永久基本农田划定项目的开展，湖南省积累了丰富的基础数据，主要包括湖南省土地利用现状数据库、基本农田数据库、湖南省全省坡度图、高程数据、二调底图等。这些基础数据为本项目后期精度评价奠定了数据基础。

目前，该项目主要对湖南省的早、中、晚稻，小麦以及玉米的种植面积进行监测，时间段集聚在3月至10月。因这个时间段湖南省降雨较多，云量较高，所以采用了数据幅宽大，重访周期短的卫星来进行监测，在三至四个月的作物生长期内，获取四次影像。

在获取遥感数据的同时，该院利用湖南省土地利用数据在全省耕地范围内开展样方、样线调查，获取训练样本及检验样本。

获取样方、样线成果及完成正射影像图（DOM）制作后，利用最大似然、支持向量机等分类方法和空间建模方法提取粮食种植面积信息。在此基础上，设计粮食种植面积估算模型，对全省年度粮食作物种植面积进行估算。

为确保监测数据的准确性，根据湖南省粮食作物种植监测所分的5个片区，该院在每区选择一个县（市、区），共5个县（市、区），采用高分光学影像及雷达数据进行粮食作物种植监测，对省农作物种植面积估算成果进行验证。

最后，对监测成果进行整理、统计，结合往年数据，归纳全省粮食种植数量及空间上的变化信息；同时，更新粮食种植面积遥感监测数据库，逐步建立面向粮食补贴作物种植面积遥感监测系统。

技术与人才实行双重保障

粮食作物种植面积遥感监测时效性要求高，遥感数据采集在一定程度上受天气影响较大，特别是云雨天气给遥感数据采集带来较大的困难。

湖南省全省皆属亚热带湿润季风气候，雨水集中，其中春夏之交梅雨期多暴雨或长时间降雨，4-6 月降水占全年降水量的40%。此外，云量概率是影响光学影像数据获取的重要因素之一。通常，某地某月的云量概率越高，则该地该月获取合格光学影像的机会（成功率）就越低，采集难度就越大。3-10月，湖南省平均云量较高，项目需求的光学遥感影像数据获取难度比较大。

遥感影像分类精度问题。受“同物异谱”、“异物同谱”的影响，影像分类过程中不可避免地会存在同类地物呈现不同光谱特征，不同地物呈现同种光谱特征的现象，会对分类过程造成干扰。

根据计划，项目要对全省早、中、晚稻进行监测，实行影像全覆盖 ，而现有的经费较少，这也是制约项目顺利进行的一个因素。

为确保该项目的顺利开展，湖南省国土资源规划院成立了由主管部门和中科院遥感应用研究所专家组成项目专家顾问组，负责项目技术设计方案、实施方案、技术标准及成果的评估审查等，并负责向项目实施提供全程咨询、监督和评估等，以保证项目技术含量，提升项目成果应用性。

此外，该院连续五年承担了全国土地利用变更调查监测与核查遥感监测任务，现已形成了一支技术水平较高、创新能力强的遥感监测及相关系统开发技术队伍；培养了一批影像判读能力强、外业调查经验丰富的外业核查队伍。技术过硬、经验丰富的人才队伍为该项目的顺利开展提供了第二重保障。