运用PLS算法由HJ-1A/1B遥感影像估测区域冬小麦理论产量

• 作者: 严翔 周健 杜颖 杨昕 王雅楠 罗明 谭昌伟 马昌
• 来源期刊: 中国农业科学
• 关键词: 遥感 冬小麦 HJ-1A/1B影像 偏最小二乘法 理论产量估测模型
• 年，卷（期）: 2015,（20）
• 所属期刊栏目: 耕作栽培?生理生化?农业信息技术
• 页码范围: 4033-4041
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2015.20.005

摘要

【目的】作物遥感估产是遥感技术在农业生产中研究与应用的重点领域，能够向大田区域生产提供及时可靠的产量信息，准确地估测作物产量，对于确保国家粮食安全，制定社会发展规划，指导和调控宏观种植业结构调整，提高涉农企业与农民的经营管理水平具有重要意义，为进一步提高遥感估产精度，显示国产影像在农业估产中的应用效果。通过筛选冬小麦理论产量的敏感遥感变量，构建基于国产影像的理论产量遥感估测模型，实现区域冬小麦理论产量遥感估测，为及时了解不同生态区域冬小麦产量丰欠变化趋势提供参考。【方法】以2010年4月26日、2011年4月28日、2012年4月28日和2013年5月2日冬小麦开花期四景HJ-1A/1B影像为遥感数据，提取出13个遥感变量，以江苏省泰兴、姜堰、仪征、兴化、大丰5县作为试验采样区，于各实验区选取具有代表性的样点进行采样，并于室内进行测定，将335个实测的冬小麦理论产量样本按3﹕2比例分成建模集和验证集样本，依据估算残差平方和处于最小值确定模型所需主成分数，将决定系数、均方根误差和相对误差为模型评价参数，利用建模集样本分析了卫星遥感变量与冬小麦理论产量的定量关系，运用偏最小二乘回归算法构建及验证了以理论单产为目标的多变量遥感估产模型，将其算法模型估产效果与线性回归算法和主成分分析算法模型进行比较，并制作了冬小麦理论产量空间等级分布图。【结果】理论产量与所选的大多数遥感变量间关系密切，且多数遥感变量两两间具有极显著的多重相关性；理论产量偏最小二乘回归模型的最佳主成分数为4，且结构加强色素植被指数、归一化植被指数、绿色归一化植被指数和植被衰减指数为理论产量遥感估测的敏感变量；经建模集和验证集评价，理论产量估测模型的决定系数分别为0.79和0.76，均方根误差分别为720.45和928.05 kg·hm-2，相对误差分别为11.45%和13.92%，且估测精度比线性回归算法分别提高了25%以上和27%以上，比主成分分析算法分别提高了15%以上和16%以上，说明偏最小二乘回归算法模型估测区域理论产量的效果明显好于线性回归和主成分分析算法，且具有较强的应用能力。【结论】该模型应用结果与冬小麦理论产量实际区域分布情况相符合，为提高遥感对区域冬小麦理论产量的估测精度提供了一种有效途径，有利于大面积应用和推广。