黑龙江省作物种植结构提取及时空变化研究

摘要

本文使用2000年以及2016年两年23期的250m空间分辨率的MODIS遥感影像，以及30米空间分辨率的美国陆地资源卫星(Landsat5)TM影像，结合1981年至2015年35年间的各市县农作物种植面积统计数据进行对比分析研究区农作物格局的时空变化特征，进而探究出影响作物种植结构变化的原因并提出相关调整方向的建议。本文采用的主要研究内容和方法如下:
　　(1)采用S-G滤波方法平滑重构处理归一化植被指数的时间序列曲线，然后提取11个物候关键参数并进行标准化和主成分分析处理。
　　(2)由于黑龙江省占地面积较大，不同区域的同种作物可能显现出的光谱特征存在差异，或者相同区域的不同种作物出现相同的光谱特征，这种现象被称为“同物异谱”或“异物同谱”现象，它会导致对整幅影像进行作物种植结构提取时，其精度难以保障的后果，因此本文利用了“物候均一区”的概念，将整个黑龙江地区分成若干个小区域，然后对每个小区域进行多尺度分割，此种做法大大提高了作物种植结构提取的精度，经验证得到最优尺度为5。
　　(3)最后采用面向对象的最邻近分类方法对黑龙江省作物种植结构进行提取，获得黑龙江省作物种植结构图，并对提取结果进行精度验证，经验证精度良好。从作物种植结构图整体来看，玉米种植面积最多，其次是水稻。综合对比2000与2016年黑龙江省作物种植结构来看，2000年的作物种植结构较2016年更为复杂，有多种混作方式。2016年松嫩平原玉米面积较2000年明显增多，而且多为玉米单一或玉米—大豆混种的方式。2016年三江平原玉米面积较2000明显减少，转而种植水稻的区域增多。水稻种植区域仍主要集中在三江平原及黑龙江中南部沿河流分布。2016年的大豆种植面积较2000年明显增加，但大豆单一种植区较少，大豆多与二者混种形成大豆—玉米、大豆—水稻、大豆—水稻—玉米混作区。
　　(4)利用快速聚类分析的方法，将黑龙江省的种植结构进行划分。可以看出，1981年黑龙江省的作物种植结构主要是玉米单一种植区。2015年，黑龙江省的主要种植结构类型主要是水稻—玉米—大豆混种区，玉米单一种植区和玉米—大豆混种区。1981年，黑龙江省玉米单一种植区主要分布在松嫩平原地区，2015年主要分布在松嫩平原的南部与中部。2000年水稻单一种植区主要分布在三江平原，2015年大豆种植区主要分布在三江平原和大兴安岭地区。
　　(5)简要分析作物种植结构变化的影响因素，并对黑龙江省作物种植结构优化调整提出合理建议。
　　研究结果表明:通过使用MODIS-NDVI时间序列数据提取物候并进行分割分类处理可以有效的识别尺度较大区域的农作物信息，对比1981年-2015年35年间的统计数据可以较为准确的提取作物种植结构和分析影响作物种植结构变化的因素。及时、准确地获取农作物种植结构的信息，并分析其变化原因，为农业的发展提供了必要的条件，保证了农业的有序发展。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景

1．2 研究目的和意义

1．2．1 研究目的

1．2．2 研究意义

1．3 国内外研究动态

1．3．1 作物种植结构提取方法研究动态

1．3．2 作物时空格局变化研究动态

1．3．3 作物时空格局变化影像因素研究动态

1．3．4 作物种植结构的优化调整研究动态

1．4 研究内容及方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

1．5 研究重难点及可能的创新点

1．6 研究技术路线

2 理论基础与相关概念界定

2．1 理论基础

2．1．1 遥感理论

2．1．2 农业区位理论

2．2 相关概念界定

2．2．1 归一化植被指数

2．2．2 作物种植结构均一区

3．2．1 MODIS数据介绍

3 研究区概况与数据处理

3．1 研究区概况

3．2．2 耕地数据

3．2．3 投保地块

3．2．4 Landsat陆地卫星

3．2．5 统计数据

4 作物种植结构提取

4．1 多时相NDVI平滑处理

4．2．1 阈值确定

4．2．2 关键特征参数提取

4．3 耕地物候分区

4．3．1 物候信息标准化

4．3．2 主成分分析

4．3．3 物候分区

4．4．1 多尺度分割

4．4．2 最优尺度的选择

4．4．3 基于最邻近分类法的特征空间构建

4．4．4 面向对象的分类

4．5 作物种植结构提取结果与精度评价

4．5．1 种植结构提取结果

4．5．2 精度评价及结果分析

5 作物种植结构时空变化及原因分析

5．1 作物种植结构时空变化

5．1．1 作物总播种面积的变化

5．1．2 主要作物种植面积的变化

5．1．3 作物种植比例的时空变化

5．1．4 作物种植格局的变化

5．2 作物种植结构变化原因分析

5．3 作物种植结构调整

6 结论与讨论

6．1 结论

6．2 讨论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文