DB23 T 3664—2023 遥感预测玉米产量技术规范.pdf

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1、ICS65.020.01CCS B 0723黑龙江省地方标准DB 23/T 36642023遥感预测玉米产量技术规范2023-12-29 发布2024-01-28 实施黑龙江省市场监督管理局发 布DB 23/T 36642023I目次前言.II1 范围.12 规范性引用文件.13 术语和定义.14 应用环境条件.15 数据采集.15.1 产量数据.15.2 遥感数据.35.3 玉米种植数据采集.45.4 数据格式.56 产量预测.76.1 玉米产量预测流程.76.2 数据存储.76.3 关联分析.76.4 筛选敏感遥感指数.76.5 构建遥感预测模型.76.6 生成产量空间分布图.77 数据安

2、全.8参考文献.9DB 23/T 36642023II前言本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中共黑龙江省委网络安全和信息化委员会办公室提出并归口。本文件起草单位：黑龙江省网络空间研究中心、东北林业大学、大庆市迈亚微云科技有限公司、阳光农业相互保险公司、联通（黑龙江）产业互联网有限公司。本文件主要起草人：谷俊涛、李超、肖鸿江、崔文星、于洋、孟奇、景维鹏、周莹、孙恕、吴琼、陈峰、李锐、杜宇芳、刘明鸽、孟鸽。DB 23/T 366420231遥感预测玉米产量

3、技术规范1范围本文件规定了遥感预测玉米产量的应用环境条件、数据采集和预测过程。适用于黑龙江省玉米种植区产量评估。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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 17859计算机信息系统 安全保护等级划分准则GB/T 25058信息安全技术 网络安全等级保护实施指南GB/T 37973信息安全技术 大数据安全管理指南3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1遥感 remote sensing广义是指用间接的手段来获取目标状态信息的方法。

4、但一般多指从人造卫星或飞机对地面观测，通过电磁波（包括光波）的传播与接收，感知目标的某些特性并加以进行分析的技术。3.2遥感指数remote sensing index由遥感光谱不同波段反射率组合变换后形成的一种参数。4应用环境条件4.1玉米产量遥感预测应在晴朗、少云、风小的天气进行。4.2监测时间以北京时间 9:00 至 16:00 为宜。5数据采集5.1产量数据5.1.1数据取样5.1.1.1取样田块（地段）的确定根据测产方规模，将测产方分为若干个单元，每个单元选代表性田块（地段）对角线取样，选3个5个点，每个点面积不少于2亩。其中：a)测产方规模在 100 亩以内的，将测产方分成 5 个

5、单元；DB 23/T 366420232b)测产规模在 100-1000 亩的，将测产方分成 10 个单元；c)测产方规模在 1000 亩以上的，将测产方分成 20 个单元。5.1.1.2取样点离地块边界至少60m，能代表该地块的平均水平。5.1.1.3取样时期分别在玉米拔节期、抽雄期及成熟期进行取样。5.1.2测定方法5.1.2.1生育期判别玉米生育期判别标准见表1。表 1玉米生育期判别标准玉米生育期判别标准播种试验小区和大田播种日期保持一致，并记录实际播种日期。出苗期从芽鞘中露出第一片叶，长约 3cm。三叶期从第二叶叶鞘中露出第三片叶，长约 2cm。七叶期从第六叶叶鞘中露出第七片叶，长约

6、2cm。拔节期玉米基部节间由扁平变圆，近地面用手可摸到圆而硬的茎节，节间长度约为 3cm。抽雄期雄穗的顶部小穗从叶鞘中露出。开花期雄穗中上部花药露出散出花粉。吐丝期植株雌穗苞叶中露出花丝。乳熟期雌穗的花丝变成暗棕色或褐色，外层苞叶颜色变浅仍呈绿色，子粒形状已达到正常大小，果穗中下部的子粒充满较浓的白色浆液。成熟期表示 80%以上植株外层苞叶变黄，花丝干枯，子粒硬化，呈现该品种固有的颜色，不易被指甲切开。5.1.2.2测定产量构成因素玉米产量测定的主要因素是单株结棒率、每棒平均粒数、百粒重、亩播种量、亩保苗数和标准水分。5.1.2.3取样方法统一使用边长为 5m10m 方形取样框，采用三点取样法

7、，取框内玉米样后，标记编号，并装入网袋带回实验室测产。5.1.2.4调查亩株数选定的取样点测量行、株距。其中：a)行距：每地块量连续 2l 行宽度，求平均行距；b)株距：每点选一行测连续 5l 株长度，求平均株距。c)每亩株数计算公式为：每亩株数 666.7m2 平均行距(m)平均株距(m)DB 23/T 3664202335.1.2.5调查单株结穗数在调查株距的样点调查果穗数，空秆数、求出单株平均结穗数。单株平均结穗数计算公式为：单株平均结穗数=样点果穗数样点总株数亩穗数=亩株数 单株平均结穗数。5.1.2.6测定产量在选定样点的植株上，剥开苞叶计算每穗粒数，然后根据该品种常年百粒重计算产量

8、。测定产量的计算公式为：理论产量(每亩/kg)=每亩穗数 每穗粒数 百粒重(g)/1000005.2遥感数据5.2.1影像数据获取综合考虑卫星的观测时间和天气、光照等条件，选取7月中旬8月下旬遥感影像，拍摄时间为北京时间9:00至16:00，要求云量低于5%，空间分辨率不低于10m，光谱波段推荐包括红、绿、蓝、近红外、短波红外以及红边波段，推荐数据源如下：a)高分一号卫星，高分辨率相机全色分辨率 2 米、多光谱分辨率 8 米，重访周期为 4 天；b)高分二号卫星，高分辨率相机全色分辨率 0.8 米，多光谱相机可以获取包括红、绿、蓝、近红外等波段的数据，分辨率率 3.2 米，重访周期为 5 天；

9、c)高分六号卫星，全色 2 米分辨率、多光谱分辨率 8 米，重访周期为 5 天；d)Landsat-8 卫星，提供短波红外（SWIR）波段、近红外波段等 9 个波段，空间分辨率为 30 米，其中包括一个 15 米的全色波段，成像宽幅为 185x185km。虽然分辨率略低于 10m 的要求，但Landsat-8 数据光谱覆盖范围较广，重访周期为 16 天；e)哨兵-2 号卫星，可覆盖 13 个光谱波段，幅宽达 290 千米。地面分辨率分别为 10m、20m 和 60m、重访周期为 10 天，重访周期为 5 天。具有可见光和近红外到短波红外波段，红边范围含有三个波段；f)无人机遥感，具备航点导航、

10、定点、悬停、定高、航线、区域覆盖、环绕等模式，搭载可见光、多光谱、高光谱或者激光雷达传感器。5.2.2遥感指数用于玉米产量预测的遥感指数如表2所示。表 2遥感指数植被光谱指数植被光谱指数植被光谱指数归一化植被指数Normalized Differenced Vegetation Index,NDVINDVI=+增强型植被指数The Enhanced Vegetation Index,EVIEVI=H +1 2 归一化差异耕作指数Normalized Difference Tillage Index,NDTINDTI=1 21+2DB 23/T 366420234表2遥感指数（续）植被光谱指数植

11、被光谱指数植被光谱指数修正土壤调节植被指数Modified Soil Adjusted Vegetation Index,MSAVIMSAVI=(2 NTR+12 +1 2 8 差值植被指数Differenced Vegetation Index,DVI=绿光归一化植被指数Green Normalized Differenced VegetationIndex,GNDVIGNDVI=+重归一化植被指数Renormalized Differenced Vegetation Index,RDVIRDVI=(NTR Red)/+陆表水分指数Land Surface Water Index,LSWIL

12、SWI=1+1归一化差异枯黄植被指数Normalized Difference Senescent VegetationIndex,NDSVINDSVI=1 1+归一化差异绿度指数Normalized Difference Greenness Index,NDGINDGI=+归一化水体指数Normalized Difference Water Index,NDWINDWI=+中红外双光谱指数Mid-IR Bispectral Index,MIRBI=10 2 9.8 1+25.3玉米种植数据采集5.3.1玉米种植分类数据通过掩膜，去除非玉米种植信息，形成玉米种植分类图。数据获取方法为：a)田间

13、调查。通过直接访问种植区域，收集关于玉米种植的详细信息。包括土壤类型、种植模式（如间作或单作）、种植密度、灌溉方式等。b)问卷调查和访谈。与农民、农业技术员和其他相关人员进行问卷调查或访谈，获取有关玉米种植分类的数据。c)历史数据分析。研究历史记录和统计数据，了解不同地区和时间段的玉米种植情况。5.3.2黑龙江行政边界矢量数据要求与卫星影像图投影一致。5.3.3土壤数据5.3.3.1数据采集类别土壤数据主要采集有机质、氮、磷、钾、土壤湿度、土壤容重、田间持水量、凋萎湿度、土壤质地和酸碱度等。5.3.3.2土壤属性测定5.3.3.2.1土壤含水量DB 23/T 366420235采用烘干称重法测

14、定。土壤取样深度为090cm，每 10cm 钻取一次土样。每次观测时，在小区内两行玉米中间随机选取1个取样点，每个小区取样1次且取样位置尽量保持一致，每个处理各3个取样点。5.3.3.2.2土壤相对湿度测定10cm、20cm、30cm、40cm 等深度的土壤相对湿度。5.3.4气象数据采用物联网设备采集气象信息数据。采集项目为影响农业作物生长过程的气象因子，包括：太阳辐射、光合有效辐射、降水量、空气温度、空气湿度、风速、风向、光照强度、光照时长、气压、蒸发量等。5.3.5采集参数及频次采集参数及采集频次应符合表3要求。表 3采集参数及采集频次设备类型测量范围测量精度采集频次太阳辐射0W/-20

15、00W/5%建议 30-60 分钟一次，可设置光合有效辐射0-2500 mol/s5%建议 30-60 分钟一次，可设置降水量1%建议 30-60 分钟一次，可设置空气温度-4060+0.1建议 30-60 分钟一次，可设置空气湿度0%RH-100%RH3%RH建议 30-60 分钟一次，可设置风速0 m/s-35 m/s+0.1m/s建议 30-60 分钟一次，可设置玉米田通风0 m/s-35 m/s+0.1m/s建议 30-60 分钟一次，可设置风向4建议 30-60 分钟一次，可设置光照强度0 lx-200000 lx20 lx建议 30-60 分钟一次，可设置光照时长10min建议 1

16、5-30 分钟一次，可设置气压10mbar1.5mbar建议 30-60 分钟一次，可设置蒸发量0-20cm1%建议 30-60 分钟一次，可设置土壤温度-40-800.1建议 30-60 分钟一次，可设置土壤湿度0%VOL-100%VOL0.1%建议 30-60 分钟一次，可设置土壤 pH 值0pH-14 pH0.02pH建议 30-60 分钟一次，可设置土壤电导率0.2MS/cm-10MS/cm0.1MS/cm建议 30-60 分钟一次，可设置注：测量范围中“”表示该项不适用。5.4数据格式5.4.1数据文件格式在进行玉米产量过程中用于计算的输入数据文件的格式分类见表4。DB 23/T 3

17、66420236表 4数据存储文件类型数据格式玉米种植分布图*.tif气象数据*.txt土壤数据*.txt产量分布图*.tif遥感影像*.tif黑龙江行政边界矢量数据*.shp5.4.2数据库存储格式玉米生长环境信息的数据格式应符合表5要求，其中数据单位应符合GB 3100的规定。表 5玉米生长环境信息数据格式字段名中文名字段类型数据精度单位响应时间ID流水号intsDevice_Number采集设备号varcharsSubject_Number主体编号varchardCollection_Time采集时间datetimefSunRadiation太阳辐射float小数点后 2 位W/2sfA

18、LI光合有效辐射float小数点后 2 位mol/s2sfAPT降水量float小数点后 2 位mm2sfTemperature空气温度float小数点后 2 位2sfHumidity空气湿度float小数点后 2 位%2sfAWS风速float小数点后 2 位m/s2sfAWD风向float小数点后 2 位2sfIlluminationStrength光照强度float小数点后 2 位lx2sfIlluminationDuration光照时长float小数点后 2 位min2sfPressure气压float小数点后 2 位mbar2sfEvaporation蒸发量float小数点后 2 位

19、2sfSTC1010cm 土壤温度float小数点后 2 位2sfSTC2020cm 土壤温度float小数点后 2 位2sfSTC3030cm 土壤温度float小数点后 2 位2sfSTC4040cm 土壤温度float小数点后 2 位2sfSWC1010cm 土壤湿度float小数点后 2 位%2sfSWC2020cm 土壤湿度float小数点后 2 位%2sfSWC3030cm 土壤湿度float小数点后 2 位%2sfSWC4040cm 土壤湿度float小数点后 2 位%2sfpH土壤 pH 值float小数点后 2 位2sfEC土壤电导率float小数点后 2 位ms/cm2sf

20、CornWS玉米田风速float小数点后 2 位m/s2sFltd经度float小数点后 8 位2sflat纬度float小数点后 8 位2sfeva高程float小数点后 8 位m2sDB 23/T 3664202376产量预测6.1玉米产量预测流程由卫星影像生成敏感遥感指数图，再叠加玉米种植分布图和行政边界矢量图，输入遥感预测模型，生成玉米产量空间分布图，实现遥感预测玉米产量。玉米产量预测流程图见图1。图 1玉米产量预测流程图6.2数据存储按照采样点编号，对获取的实测产量和遥感指数进行一一对应，并存储到数据库中。6.3关联分析对各采样点的实测产量与遥感指数基于机器学习进行回归分析，确定相关

21、系数。6.4筛选敏感遥感指数依据相关系数绝对值或拟合度最大，确定敏感遥感指数。6.5构建遥感预测模型以敏感遥感指数为自变量、产量为因变量，选择拟合度最大的方程，构建玉米产量遥感预测模型。6.6生成产量空间分布图由卫星影像生成敏感遥感指数图，再叠加玉米种植分布图和行政边界矢量图，输入遥感预测模型，生成玉米产量空间分布图，实现遥感预测玉米产量。DB 23/T 3664202387数据安全在数据交换过程中要保证数据安全。数据安全应符合GB/T 17859、GB/T 25058和GB/T 37973的规定，同时满足以下要求：a)数据交换过程中宜采用数据加密技术、数据校验技术、数据鉴别技术、数字签名技术、数字 信封技术、数字证书技术等保证数据安全；并对发现的安全漏洞进行防护和修复；b)数据交换过程中，应保证数据的完整性和一致性。日志应至少保存 120 天，并定期审核；c)对突发事件应制定保障制度、预案；d)定期进行安全检查，制定整改问题方案，完成安全问题整改。DB 23/T 366420239参考文献1GB 15968遥感影像平面图制作规范2NY/T 4065中高分辨率卫星主要农作物产量遥感监测技术规范3NY/T 3526农情监测遥感数据预处理技术规范