ICS 65.020.01B 20 DB1301 石 家 庄 市 农 业 地 方 标 准 DB 1301/T 3192019冬小麦苗情遥感监测规程 2019-11-18发布 2020-01-18实施石家庄市市场监督管理局 发 布DB1301/T 3192019I 前 言 本标准按照GB/T 1.12009给出的规则起草。本标准由石家庄市农业农村局提出并归口。本标准起草单位：河北省农业技术推广总站、北京农业信息技术研究中心。本标准主要起草人：顾晓鹤、蔡淑红、杨贵军、宋建新、许宁、龙慧灵、王淼、蒋晓茹、李伟国、冯海宽、张兰、杜宜珂、许春、李娜、王静、王少春、毛娅楠、王新景、谷振华。DB1301/T 31920191 冬小麦苗情遥感监测规程 1 范围 本标准规定了冬小麦苗情遥感监测的基本要求、监测方法、监测报告等内容。本标准适用于石家庄市县域尺度的冬小麦苗情遥感监测，其他地区具备相同条件的可参考使用。本标准不适用于石家庄市山区冬小麦苗情遥感监测。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 159682008 遥感影像平面图制作规范 NY/T 20172011 植物中氮、磷、钾的测定 3 基本要求 3.1 数据要求 3.1.1 卫星遥感影像 3.1.1.1 多光谱卫星影像 具备蓝光波段450 nm475 nm、绿光波段495 nm570 nm、红光波段640 nm760 nm、近红外波段810 nm870 nm，空间分辨率30 m以内，时相为每年的冬小麦起身期至开花期。3.1.1.2 影像质量 清晰无云，无传感器条带噪声，几何校正精度达到半个像元尺寸以内。3.1.2 基础地理数据 国家1:250 000基础地理信息数据，要素包括行政边界、耕地分布。3.2 软件要求 具备卫星遥感影像处理的专业软件，具有大气校正、几何纠正、影像解译、波段运算、统计分析等功能。4 监测方法 4.1 监测流程 冬小麦苗情遥感监测的主要流程包括田间观测、群体参量遥感监测、苗情综合评估，见附录A.1。DB1301/T 31920192 4.2 田间观测 4.2.1 样本地块布设与取样 在监测区内相对均匀地随机布设20个样本地块，每个样本地块面积不小于20亩。田间观测时间为冬小麦起身期、拔节期、孕穗期、开花期。在样本地块内选取长势均匀的区域进行地上部植株取样，取样面积4行50 cm，植株样本快速放入密封袋中，并测量行距。4.2.2 群体参量室内分析 4.2.2.1 分株 对所取样品进行分株，记录总株数M和分蘖数n。4.2.2.2 制备标叶 取10株有代表性的样品，摘下所有叶片并擦净，将叶片和茎迅速称重，记为W4、W5；取展开叶中部宽窄一致的地方，剪成一定长度的小段（3 cm），用直尺测定总宽度，计算面积S，装入小纸袋烘干后称重（W1）。4.2.2.3 获取余叶重 将10株植株的剩余绿叶全部烘干后称重（W2）；10株的茎烘干后称重记为W6。4.2.2.4 计算叶面积指数 采用比叶重法计算叶面积指数（LAI），见公式（1）。M SA WW WLA I 1000 1022 1.(1)式中：LAI小麦群体叶面积指数；W1 标叶重（g）；W2 10株的余叶重（g）；S 标叶面积（cm2）；M 取样面积上的总株数；A 取样面积（m2）。4.2.2.5 计算生物量 采用烘干称重法计算生物量，见公式（2）。AM W W WBi o 10000 106676 2 1.(2)式中：Bio小麦生物量（千克/亩）；W1 标叶重（g）；DB1301/T 31920193 W2 10株的余叶重（g）；W6 10株茎干重（g）；A 取样面积（m2）；M 取样面积上的总株数。4.2.2.6 氮素（N）采用凯氏定氮法分别测定茎、叶含氮量，方法应参照NY/T 20172011。4.2.2.7 植株氮积累量（PNC）通过植株氮素含量与生物量乘积计算得到。4.3 群体参量遥感监测 4.3.1 植被指数计算 查阅相关文献资料，分析各种遥感植被指数对于冬小麦苗情长势的表征能力，然后对多光谱卫星影像进行波段运算，提取冬小麦种植区内的各种植被指数，计算公式如表1所示。表1 用于监测小麦苗情的植被指数 植被指数 英文缩写 计算公式 归一化差值植被指数 NDVI e d i re d i rD V Ir nr nN绿波段归一化植被指数 GNDVI r e e n i rr e e n i rN D V Ig n-g nG蓝波段归一化植被指数 BNDVI l u e i rl u e i rN D V Ib nb nB差值植被指数 DVI e d i r V Ir n D 重归一化植被指数 RDVI V I D V I D V ID N R 氮素反射植被指数 NRI r e d gr e e nred greenN R I结构不敏感指数 SIPI e d i rl u e i rI P I-r nb nSDB1301/T 31920194 表 1(续)植被指数 英文缩写 计算公式 叶绿素归一化植被指数 NPCIl u e e dl u e e dN P C Ib rb r增强型植被指数 EVI l u e e d i re d i rV Ib.r nr n.E5 7 6 15 2 4.3.2 冬小麦种植范围提取 在耕地范围内提取冬小麦，以NDVI0为临界阈值，当NDVI0时提取为冬小麦，当NDVI0时识别为非小麦。4.3.3 敏感植被指数筛选 根据野外实测样本的GPS位置信息，提取各采样点的多种植被指数值，然后与小麦群体参量数据进行相关性分析，筛选出相关系数高于0.5的敏感植被指数。4.3.4 群体参量建模 从所有实测样本中随机抽取2/3样本量用于建模，将筛选出的敏感植被指数作为自变量，实测样本群体参量数据作为因变量，利用多元线性回归方法分别构建叶面积指数（LAI）、生物量（Bio）、植株氮积累量（PNC）监测模型，见公式（3），将各个植被指数图像代入模型，生成待监测区冬小麦群体参量遥感监测图。nV a V a V a Pn 2 2 1 1 0 GPa.(3)式中：PGP冬小麦群体参量（叶面积指数、生物量、植株氮积累量）；Vi 敏感植被指数；ai 敏感植被指数的回归系数，i为0，1，n。4.4 苗情综合评估 4.4.1 群体参量归一化 统计小麦种植范围内的各群体参量的最大值和最小值，分别对LAI、Bio、PNC进行归一化处理，见公式（4），经归一化处理后的各参量变化范围都为0，1。min max min/G P G P G P G PG PP P P P P.(4)式中：PGP归一化后的冬小麦群体参量（叶面积指数、生物量、植株氮积累量）PGP遥感反演的冬小麦群体参量（叶面积指数、生物量、植株氮积累量）；DB1301/T 31920195 PGP m in某个群体参量的最小值；PGPmax某个群体参量的最大值。4.4.2 苗情指数综合评估 叶面积指数、生物量、植株氮积累量对于表征冬小麦苗情的贡献度均等，构建冬小麦苗情指数（WGI）遥感综合评估模型，如公式（5）所示，将各群体参量监测结果图代入该模型，生成待监测区冬小麦苗情指数遥感监测图。3/N C i o A I G IP B L W.(5)式中：WGI冬小麦苗情指数；LAI经过归一化处理后的冬小麦叶面积指数遥感监测结果；Bio经过归一化处理后的冬小麦生物量遥感监测结果；PNC经过归一化处理后的冬小麦植株氮积累量遥感监测结果。4.4.3 精度验证 以未参与建模的1/3冬小麦实测样本进行精度验证。根据验证样本的叶面积指数、生物量、植株氮积累量按公式（5）计算出苗情指数值，并根据验证样本的空间位置提取遥感监测结果图上的苗情指数指数值，根据公式（6）和（7），计算验证样本的决定系数（R2）、相对均方根误差（RMSE）。21,1 j2,21 njj G I j G Inj W G I j G IW WP WR.(6)式中：nP WRnjj W G I j G IM S E12,.(7)式中：R2验证样本的决定系数；RMSE验证样本的相对均方根误差；WGI,j验证样本的冬小麦苗情指数实测值，由叶面积指数、生物量、植株氮积累量计算得到；PW G I,j验证样本的冬小麦苗情指数遥感监测值，从遥感监测结果图上提取；n验证样本数量；j验证样本编号。4.4.4 冬小麦苗情分级制图 DB1301/T 31920196 采用正态（偏正态）统计理论的双阈值划分策略，统计冬小麦苗情指数值的均值(mean)和标准差(SD)，以mean2SD，mean和mean2SD为冬小麦苗情的4个等级划分阈值，进行监测区冬小麦苗情优劣等级划分，并按照GB/T 159682008制图。具体划分标准为：当WGI(mean2SD)时，判定为苗情较旺；当mean WGI(mean2SD)时，判定为苗情良好；当(mean2SD)WGI mean时，判定为苗情中等；当WGI(mean2SD)时，判定为苗情较差。5 监测报告 冬小麦苗情遥感监测结果经过专家会商形成监测报告，报告应包含如下内容：报告题目：XX县冬小麦苗情遥感监测；报告正文：包括具体使用数据、监测流程、监测步骤、监测结果和格局分析；附表：XX县分乡镇冬小麦苗情等级监测统计结果；附图：XX县冬小麦苗情等级遥感监测空间分布图。DB1301/T 31920197 A A 附 录 A（规范性附录）冬小麦苗情遥感监测技术流程 冬小麦苗情遥感监测的技术流程图见图A.1。多光谱卫星遥感影像田间观测和室内分析植被指数计算生物量植株氮积累量敏感植被指数筛选冬小麦种植范围提取群体参量遥感监测模型构建冬小麦苗情指数综合评估 精度验证冬小麦苗情等级划分与制图叶面积指数相关性分析验证样本图A.1 冬小麦苗情遥感监测技术流程图 _