一种基于Sentinel-2遥感影像塑料大棚快速提取方法技术

本发明专利技术涉及一种基于Sentinel

【技术实现步骤摘要】
一种基于Sentinel
‑
2遥感影像塑料大棚快速提取方法


[0001]本专利技术涉及一种基于Sentinel
‑
2遥感影像的塑料大棚快速提取方法，属于遥感地学应用


技术介绍

[0002]在过去几十年，塑料大棚的应用推动了传统农业的快速发展。塑料大棚使用塑料薄膜给农作物提供适宜的生长环境，可大量提升农作物的产量和质量。截止2016年，全世界塑料大棚面积突破30000平方千米，主要分布在东亚、欧洲、北非和中东地区。但是，随着塑料大棚的大规模应用和快速扩张，其带来的生态环境问题也日益凸显。塑料大棚的过度集约化使用会不可避免改变当地的土地利用与景观格局。具体来说，大棚的高反射特性和气密性会改变能量平衡和水循环，甚至会导致地表气温的长期降低。废弃塑料和化肥农药也会对造成诸如土壤污染、生物多样性下降和食品安全等问题。塑料大棚的快速、大尺度制图对现代农业的决策规划、揭示大棚的生态环境效应等具备重要意义。因此，研究塑料大棚的快速、大尺度提取方法意义重大。遥感影像为快速、大尺度大棚制图提供了可能。
[0003]目前的塑料大棚提取方法主要分为基于分类器和基于指数的方法。其中，基于分类器方法虽然提取精度较高，但是需要选取大量样本来训练分类器，因此不适合大区域应用。而基于指数的方法具有计算速度快、使用方便等优势，适用于大范围的大棚提取。目前的大棚指数主要有PGI[参见Yang,D.,Chen,J.,Zhou,Y.,Chen,Xiang,Chen,Xuehong,Cao,X.,2017.Mapping plastic greenhouse with medium spatial resolution satellite data:Development of a new spectral index.ISPRS J.Photogramm.Remote Sens.128,47
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60.]、PMLI[参见Lu,L.,Di,L.,Ye,Y.,2014.A decision
‑
tree classifier for extracting transparent plastic
‑
mulched Landcover from Landsat
‑
5TM images.IEEE J.Sel.Top.Appl.Earth Obs.Remote Sens.7,4548
–
4558.]、V
I
[参见Zhao,G.
‑
X.,Li,J.,Li,T.,Yue,Y.
‑
D.,T,W.,2004.Utilizing Landsat TM imagery to map greenhouses in Qingzhou,Shandong Province,China.Pedosphere 14,363
–
369.]三种。目前的大棚指数主要面临三个问题，即大棚类型多样性、大棚背景多样性以及大棚的季节变化等问题。以上问题制约了当前的大棚指数在大区域大棚制图的鲁棒性。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有大棚指数面临的大棚类型多样性、大棚背景多样性以及大棚的季节变化等问题，提出一种适应性广、鲁棒性强的大棚指数，达到大尺度塑料大棚快速、准确提取目的。
[0005]为了解决以上技术问题，本专利技术提供的一种
[0006]基于Sentinel
‑
2遥感影像的塑料大棚快速提取方法，所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤1、对Sentinel
‑
2遥感影像进行辐射定标与大气纠正，获取地表真实反射率；
[0008]步骤2、将影像分辨率不足10米的波段重采样到10米；
[0009]步骤3、对每一个像元计算其APGI指数值获得APGI指数影像，所述APGI指数计算公式如下：
[0010][0011]其中，ρ
coastal
,ρ
red
,ρ
NIR
和ρ
SWIR2
分别为Sentinel
‑
2遥感影像第1、第4、第8、第12波段的地表反射率；
[0012]步骤4、基于预设阈值Threshold对APGI指数影像进行二值化分割，APGI>＝Threshold的像元为大棚；APGI<Threshold的像元为非大棚。
[0013]进一步的，中国地区的预设阈值Threshold取值为0.25；地中海地区的预设阈值Threshold取值为0.4。
[0014]本专利技术具有的有益效果是：
[0015]基于本专利技术的APGI指数，可有效利用Sentinel
‑
2遥感影像对塑料大棚进行大区域、快速、准确提取。相关实验表明，APGI可实现对全球典型大棚种植区域(西班牙阿尔梅里亚、土耳其阿纳穆尔、中国潍坊、中国南通)的大棚不同季节有效提取。
附图说明
[0016]以下附图旨在对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。其中：
[0017]图1是基于Sentinel
‑
2遥感影像的塑料大棚提取方法流程图。
[0018]图2是本专利技术用于指数设计及精度验证的样本研究区位置及对应的Sentinel
‑
2遥感影像和大棚样例。
[0019]图3是各个研究案例的大棚光谱曲线图。
[0020]图4是大棚与其他背景地物的光谱曲线图。
[0021]图5是各地类在各个波段或波段组合中的反射率统计图。
[0022]图6是各大棚指数(APGI、PGI、PMLI、VI)在各个研究案例中的计算结果图。
[0023]图7是APGI与PGI在夏季阿尔梅里亚(图7(a)～(c))、冬季阿尔梅里亚(图7(d)～(f))的细节结果。
[0024]图8是APGI与PGI在阿纳穆尔的细节结果。
[0025]图9是APGI与PGI在南通的细节结果。
[0026]图10是APGI与PGI在潍坊的细节结果。
[0027]图11是不同阈值对应的APGI与PGI在各个研究案例中的精度评价结果：(a)夏季阿尔梅里亚，(b)冬季阿尔梅里亚，(c)阿纳穆尔，(d)南通，(e)潍坊。
[0028]图12是APGI与PGI在各个研究案例的大棚提取结果：(a1)～(a3)夏季阿尔梅里亚，(b1)～(b3)冬季阿尔梅里亚，(c1)～(c3)阿纳穆尔，(d1)～(d3)南通，(a1)～(a3)潍坊。
[0029]图13是阿尔梅里亚(图13(a),(b))和潍坊(图13(c),(d))大棚与非大棚在各个季节的APGI、PGI统计图。
具体实施方式
[0030]下面根据附图详细阐述本专利技术，使本专利技术的技术路线和操作步骤更加清晰。
[0031]本领域技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Sentinel
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2遥感影像的塑料大棚快速提取方法，所述方法包括如下步骤：步骤1、对Sentinel
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2遥感影像进行辐射定标与大气纠正，获取地表真实反射率；步骤2、将影像分辨率不足10米的波段重采样到10米；步骤3、对每一个像元计算其APGI指数值获得APGI指数影像，所述APGI指数计算公式如下：其中，ρ
coastal
,ρ
red
,ρ
NIR
和ρ
SWIR2
分别为Sentinel
‑
2遥...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜培军，张鹏，郭山川，张伟，唐鹏飞，陈吉科，郑鸿瑞，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：