基于Landsat8卫星数据的蝗虫遥感监测方法研究
发布时间：2023-12-02 22:07:24 来源：文档文库
小
中
大
字号：
基于Landsat8卫星数据的蝗虫遥感监测方法研究
黄健熙;卓文;杨春喜;李林;张超;刘佳
【摘要】区域性的蝗虫灾害对农业生产形成了巨大的危害.实现对蝗虫的发生发展的实时监测对于治蝗防蝗具有重要意义.以内蒙古赤峰市北部三旗为研究区域,通过对Landsat8OLI卫星数据蝗虫寄主植物分类,结合叠加先验蝗区分布图,判别出蝗虫适生地.然后,采用Landsat8卫星数据,反演叶面积指数、地表温度和土壤湿度等蝗虫生境参数,并结合外业同步调查蝗虫生境数据、地表覆盖数据、历史蝗灾数据等进行分析与建模.同时,利用逐步回归分析得到了蝗虫虫口密度与叶面积指数、地表温度和土壤湿度等生境参数的关系模型,验证结果表明,监测模型具有较高的精度,决定系数为0.50,均方根误差为3.17.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷,期】2015(046005【总页数】7页(P258-264
【关键词】蝗虫监测;Landsat8;遥感反演;生境参数【作者】黄健熙;卓文;杨春喜;李林;张超;刘佳
【作者单位】中国农业大学信息与电气工程学院,北京100083;中国农业大学信息与电气工程学院,北京100083;赤峰市植保植检站,赤峰024000;中国农业大学信息与电气工程学院,北京100083;中国农业大学信息与电气工程学院,北京100083;中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081【正文语种】中文
【中图分类】TP79;S431.9
蝗灾属于暴发性和毁灭性生物灾害，一旦暴发，将对国民经济的发展产生严重的影响。自古我国就把蝗灾和水灾、旱灾并称为三大自然灾害。近些年，蝗虫灾害在我国内蒙古、天津、河北、山西、山东等省市地区时有暴发，并对当地农业生产造成了一定的危害。
卫星遥感技术具有覆盖范围广、多时空分辨率、可选波段多、周期性观测等特点，为实时、动态、大范围监测蝗灾提供了可行的技术途径。开展基于遥感技术的蝗虫监测研究，对蝗虫的监测、防治和预测具有重要的实用价值。但是，蝗虫吞食草和农作物，除非是毁灭性的情况，一般难以从卫星遥感图像的光谱上得到反映，并直接对其进行监测，因此对蝗虫的遥感监测几乎无一例外地都采用间接监测的方法，即通过对蝗虫所栖息生境的监测来实现对蝗虫发生程度和范围的评估[1]。通过遥感数据及时掌握蝗虫的栖息环境及其影响因子，并建立合适的数学模型，可实现对蝗灾及时、有效的监测和预测[2]。从20世纪70年代，遥感技术就开始被用来监测蝗虫适生地的规模和适合度。Hielkema等[3]用植被指数来推断蝗灾的发生区，但根据遥感植被指数判断蝗虫密度需配合地面同步调查，才能得到可靠结果。倪绍祥[4]在青海湖地区对草地蝗虫的发生及其动态变化规律进行了较深入研究，同时还就草地蝗虫的预测模型和预测系统进行了初步的探索。马建文等[5]在渤海湾地区开展了东亚飞蝗遥感监测机理与预测方法的实验研究工作，提出了基于东亚飞蝗生长周期的3阶段监测新模式。Liu等[6]以河北省黄骅市为实验区，选择温度植被干旱指数(TVDI为监测指标，得出蝗虫大爆发时期的土壤湿度比蝗虫轻微发生期的土壤湿度偏低的结论。Ji等[7]用归一化植被指数(NDVI对河北省南大港农场进行蝗灾程度的监测，根据NDVI值下降程度将受灾程度分为轻度、中度、重度3个等级，结果表明蝗灾区准确率为88.8%。Ramesh等[8]利用LandsatETM+遥感数据，对哈萨克斯坦境内的伊犁河三角洲的蝗虫生境进行分类，推断出该三角洲约
26%的区域存在暴发蝗灾的危险。Li等[9]基于3S技术建立了蝗虫监测信息平台，能够高效、精确、实时发布蝗虫监测信息，推动了蝗虫监测防治的信息化进程。综上所述，在利用遥感技术对蝗虫及其生境进行监测研究时，大多采用植被指数或其他单因素建立与虫口密度的关系模型，虽然均取得了不同程度的成功，但是也忽略了多生境参数对虫口密度的综合影响。因此，本文从蝗虫赖以生存的栖息环境出发，在前人研究的基础之上，充分考虑蝗虫生存所需的光照、温度和水分等多要素生境参数，通过对蝗虫寄主植物遥感精细分类，并结合先验蝗区分布图的方法判别蝗虫适生地，建立蝗虫虫口密度与多要素生境参数之间的相关关系，为区域范围的蝗虫监测提供技术途径。1.1研究区概况
赤峰市属于温带半干旱大陆性季风气候，具有干旱、风大、气温年差较小、日差较大、四季明显的特点。这样的气候条件为蝗虫的生息提供了有利的条件。20世纪60年代以来，人们对天然草地的不合理利用，使80%以上的天然草地出现程度不同地退化，导致草地生态系统失衡，为草地蝗虫的繁殖生存创造了更加有利的条件，使草地蝗虫种群急剧增加，蝗灾频频发生，而蝗虫数量的增多又加快了草地退化，形成了恶性循环，直接影响了畜牧业的发展，这种状况必须通过人为干预，才能使灾害和损失减少到最低水平[10]。据报道，2014年内蒙古赤峰市蝗虫发生严重，仅阿鲁科尔沁旗蝗虫发生面积就高达8万hm2，给当地农牧业造成了巨大的损失。研究区示意图如图1所示，该区主要跨越了赤峰市的北部三旗、巴林左旗、巴林右旗与阿鲁科尔沁旗，右侧为Landsat8卫星数据的第5、4、3波段合成的影像。由中国蝗害防治信息网提供的赤峰市蝗区分布图如图2所示。1.2遥感影像数据
美国地质调查局及太空署于2013年2
