卫星遥感农情监测简介远距离探测和信息获取的技术手段

卫星遥感农情监测简介

卫星遥感技术是利用卫星平台上的各种传感器进行非接触，远距离探测和信息获取的技术手段该技术广泛应用于城市研究，生态环境监测和农业，特别是在农业方面，可有效实现作物长势监测，产量估测，突发性病虫害预警等

基于卫星的作物监测活动始于西方国家，包括"大规模作物产量估算实验"，这是美国农业部，国家海洋和大气管理局，美国航天局和商务部之间的一项合作，欧洲联盟实施的"遥感农业监测项目"，以及20国集团发起的GeoGLAM项目，该项目旨在提高世界主要谷类作物和大豆生产和贸易信息的透明度中国科学院航天信息研究所的研究团队在这一领域也取得了丰硕的成果

该技术具有实时性，客观性和高精度的特点，为世界各地农业补贴的实施，农民的申报和验证，农产品产量的计算创造了巨大的经济效益。

二，主要监测方法

作物监测的遥感方法有很多，如卫星数据反演指数监测，影像分类监测，作物物候信息和时间序列监测，生长理化模型模拟监测等联合国粮农组织的全球粮农信息与预警系统，美国USDA等主要农业监测系统都将归一化植被指数作为重要的监测指标该指数主要是利用作物在不同生长发育阶段进行光合作用时，叶片的叶绿素含量和内部结构不同，不同光谱波段的吸收和反射程度不同，因此光谱反射曲线也不同的原理这些信息最终被卫星传感器捕捉并记录，最后通过数学方法构建，有效反映植被的生长情况

增强植被指数是归一化植被指数的改进，综合考虑了大气分子，气溶胶，薄云，水汽和臭氧等最新研究表明，EVI比NDVI更能反映农作物的生长情况，因此这一指标也被广泛应用于最新的农业监测系统中

NASA Modis中分辨率卫星遥感数据具有重访周期短，光谱范围广，时间序列长的特点，是农业卫星遥感研究的重要数据源华泰期货研究所农产品组以此遥感数据为基础，反演EVI指数，结合卫星数据解译耕地范围，多方面解读乌克兰截至2022年4月7日的春耕情况

三。乌克兰耕地的遥感识别与解译

作物监测的前提是准确识别农田的范围，这样才能对田间的作物进行统计分析，避免森林，草原，公园等地的绿色植物对统计结果的干扰结合ESA Sentinel系列卫星的数据及其深度学习土地分类结果，能够以10m的分辨率准确提取乌克兰的耕地，并将土地分为耕地和非耕地该研究是基于耕地的范围进行详细分析的

根据Modis卫星图像，研究小组合成了一幅多时相云和整个乌克兰的校正图像该影像的空间分辨率为250m，即每个遥感像元代表地面250m的空间范围基于该图像，计算了时间间隔为16天的EVI遥感指数

根据Modis数据的特点，研究可以得到时间间隔为16天的EVI观测结果按时间顺序排列耕地中作物的EVI，可以直观地反映作物生长的动态轨迹，反映作物从播种，出苗，抽穗到成熟收获的变化过程虽然不同地区和植被的生长信息不同，但就全国而言，其变化遵循一定的一般规律因此，对2014年1月1日至2022年4月7日卫星影像的均值，中值，最大值，最小值和方差的变化进行了研究，计算和统计从平均时间序列曲线可以看出，乌克兰11月至次年2月处于休耕或冬眠期，植被稀少时耕地EVI值最低从3月到5月，EVI开始逐渐增加，与乌克兰的春耕期相对应这一时期植被指数的变化斜率基本可以反映乌克兰的春耕播种进度整个2014年，EVI 3—5月的平均曲线斜率呈现先升后降的趋势，其斜率一直相对缓慢，直到2022年4月7日，表明全国春耕进程较往年缓慢

为了定量比较2022年乌克兰春耕进度，选取了每年4月7日同期的历史卫星影像进行分析对比发现2022年植被指数平均值为0.175，比2014—2021年平均值0.211下降了17.10%截至4月7日的全国春耕进度仅为往年的80%左右，如果考虑到农田杂草等因素，数值还会更低

乌克兰春耕的空间景观

全国平均只是反映了全国的大趋势，但是各个地区甚至各个领域的耕作状况如何呢因此，研究团队从空间维度进行了深入探索为了比较今年春耕与往年的空间差异，选取了2021年4月7日和2022年4月7日的卫星影像，对比分析了作物的实时空间变化

在全国范围内，如图4，图5所示，往年EVI的空间分布通常呈现出随纬度升高而降低，西高东低的空间特征这主要是因为南方气候先变暖，播种时间较早，东部和北部播种时间较晚不过2022年南北差异不大由于2021年或2022年北方地区播种工作尚未全面开展，播种情况与往年差别不大，略有波动，等待后续观察可是，在南部地区，这两年的情况有很大的不同2022年EVI值明显下降，种植率较低

通过计算和比较2021年和2022年乌克兰EVI指数的空间分布，并以州为行政单位统计各变化水平的变化总量，可以看出，乌克兰最大幅度减少和减少的作物主要在赫尔松和扎波日亚等南部州，指数总量减少这一地区也是乌克兰重要的粮食产区如果不能在5月底前播种，将带来不可逆转的减产风险，尤其是对大麦，小米等春季作物

根据具体州和地区的统计，2021年至2022年同期总变化的百分比如图8所示下降幅度最大的是赫尔松州，达到29.29%，北部的切尔尼戈夫州的耕作情况也下降了10%以上这个地区是玉米主产区，所以也会对玉米产量产生一定的影响

伴随着战争的持续，影响乌克兰粮食产量的因素也从播种条件扩展到作物生长和随后的收获正如乌克兰农业政策和粮食部长索尔斯基在联合国全球饥饿问题部长级会议上所说，我们今年的收成将只有一半华泰研究院农产品组将继续利用卫星大数据跟踪监测乌克兰后续农作物的播种，生长和收获情况

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