一种基于cdl数据的美国农作物面积遥感抽样估算方法
一种基于cdl数据的美国农作物面积遥感抽样估算方法
【专利摘要】本发明属于农业遥感【技术领域】，提供一种基于CDL数据的美国农作物面积遥感抽样估算方法，可以得到美国作物面积总量用于相关部门的决策与研究。本发明以冬小麦为例，技术要点包括：第一步，确定抽样调查的目标为美国冬小麦；第二步，参考上一年CDL中冬小麦的空间分布构建40km×40km抽样框；第三步，分层随机抽样设计(面积规模做分层标志，累计频数直方图法分层，奈曼分配法分配样本)；第四步，编程订购样本影像与解译；第五步，结果估算。
【专利说明】一种基于CDL数据的美国农作物面积遥感抽样估算方法 【【技术领域】】
[0001] 本发明涉及导航遥感领域，是一种抽样估算方法，以上一年美国CDL数据建立抽 样框和设计分层抽样方案实现农作物面积监测。 【【背景技术】】
[0002] 在全球一体化进程中，保障国家粮食安全的压力持续增大，国际农产品贸易形势 复杂而严峻，全球农业遥感监测日趋重要，美国和欧盟在全球农业遥感监测中处于领先地 位，他们都在自主遥感数据源研究与应用的基础上，实现了全球农业遥感监测，取得巨大经 济效益。仅美国农业部外国农业局（USDA-FAS)负责的国外农作物遥感面积估算和估产，每 年为美国在世界粮食贸易市场中获益达5亿-18亿美元。我国由于缺乏基于自主卫星数据 源的支撑，尚未建立业务化运行的国外重点地区农业遥感监测技术方法，不能及时监测国 外重点地区主要农作物面积种植情况。随着资源一号02C卫星（简称ZY-102C)、资源三号 卫星及一系列后续国产卫星的先后发射，国产卫星正逐渐可以保证抽样要求的遥感数据， 完成国外重点地区的农作物面积监测。由于美国冬小麦的在全球粮食贸易中具有重要地 位，加上美国CDL等数据（含冬小麦历年空间分布情况和耕地分布）可以从互联网下载，因 此本专利提出的问题是如何应用自主遥感数据监测美国冬小麦面积，也为其他作物的监测 提供参考方法。
[0003] 美国小麦生产概况：小麦总面积33994万亩，其中冬小麦25374万亩，春小麦7284 万亩，杜兰小麦1335万亩。冬小麦占全部小麦播种面积的74. 64%。（来自美国农业部2012 年6月29日发布的报告）。
[0004] 本项专利技术调查的冬小麦包括：硬红冬麦（Hard Red Winter)、软红冬麦（Soft Red Winter)、硬白麦（White Winter)、黑麦（Rye)、黑小麦（Triticale)。（据 2012CDL 数据： 黑麦和黑小麦占冬小麦的1. 7% ) 【
【发明内容】
】
[0005] 本发明要解决的技术问题在于，设计一套基于CDL数据的美国农作物面积抽样调 查方案，需要设计的内容有：抽样总体、样本量大小、抽样单元大小、分层标志、抽样方法、样 本量分配方法。
[0006] 该方案利用上一年CDL数据中构建抽样框，利用每一个抽样单兀上的面积规模做 分层标志，按最小样本量计算公式计算样本量，抽样单元大小是40kmX 40km，分层标志是每 个抽样单元上的作物面积规模，采用分层随机抽样方法，样本量分配按奈曼分配法。 【【专利附图】
【附图说明】】
[0007] 图1美国冬小麦面积遥感抽样调查技术路线图
[0008] 图2美国抽样框和抽选样本示意图
[0009] 图3美国冬小麦抽样监测示意图 【【具体实施方式】】
[0010] 下面结合【专利附图】
【附图说明】【具体实施方式】，图1为本专利的技术路线图，按实施流程是确 定抽样调查目标、构建基于CDL的抽样框，设计分层抽样方法，获取样本与解译，结果估算 与验证。
[0011] 1.确定遥感抽样调查目标
[0012] 抽样调查的目标是美国本土境内的冬小麦面积。
[0013] 2.基于⑶L的抽样框建设
[0014] 图2为美国抽样框和抽选样本示意图，抽样单元总数N=4104,大小40kmX40km。
[0015] ⑶L数据是美国农业部通常于每年1月份发布上一年美国全覆盖全品种农作物空 间分布图，通过一系列空间分析提取其中的上一年冬小麦空间分布后，可以将其用于下一 年冬小麦抽样监测的分层指导信息和抽样总体信息，基于2012年CDL中冬小麦的空间分布 得到 N=4104。
[0016] 抽样单元大小和倾角设计，为了提高遥感影像的利用效率，考虑当前数据源的幅 宽（02C多光谱60kmX 60km，ZY3多光谱51kmX 51km)，考虑02C星和ZY3卫星的运行轨道， 将抽样单元的大小设为40kmX 40km，抽样单元的倾角如图所示。
[0017] 3.分层抽样设计
[0018] 抽样和反推通过C++编程实现。分层标志采用每个抽样单元中的2012年⑶L中 冬小麦面积规模做分层标志。采用累计频率直方图法分6层，这是因为研究证明（杜子芳， 2004)层数大于6时，方差的减小速度将大为减缓。
[0019] 所需最小样本容量由下式确定：
[0020]
【权利要求】
1. 一种基于CDL数据的美国农作物面积遥感抽样估算方法，其特征主要包括以下步 骤： 第一步，确定抽样调查的目标为美国冬小麦； 第二步，参考上一年⑶L中冬小麦的空间分布构建40kmX 40km抽样框； 第三步，分层随机抽样设计（面积规模做分层标志，累计频数直方图法分层，奈曼分配 法分配样本）； 第四步，编程订购样本影像与解译； 第五步，结果估算。
2. 根据权利1所述抽样方法，本专利的特征之一是用一年CDL中冬小麦的空间分布构 建抽样框，并用每个抽样单元上的冬小麦面积规模做分层标志。50kmX50km、30kmX30km等 相近尺度。
【文档编号】G06F19/00GK104281765SQ201410030989
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】王飞, 申克建, 裴志远, 吴全, 孙冠楠, 张晓倩 申请人:农业部规划设计研究院
【专利摘要】本发明属于农业遥感【技术领域】，提供一种基于CDL数据的美国农作物面积遥感抽样估算方法，可以得到美国作物面积总量用于相关部门的决策与研究。本发明以冬小麦为例，技术要点包括：第一步，确定抽样调查的目标为美国冬小麦；第二步，参考上一年CDL中冬小麦的空间分布构建40km×40km抽样框；第三步，分层随机抽样设计(面积规模做分层标志，累计频数直方图法分层，奈曼分配法分配样本)；第四步，编程订购样本影像与解译；第五步，结果估算。
【专利说明】一种基于CDL数据的美国农作物面积遥感抽样估算方法 【【技术领域】】
[0001] 本发明涉及导航遥感领域，是一种抽样估算方法，以上一年美国CDL数据建立抽 样框和设计分层抽样方案实现农作物面积监测。 【【背景技术】】
[0002] 在全球一体化进程中，保障国家粮食安全的压力持续增大，国际农产品贸易形势 复杂而严峻，全球农业遥感监测日趋重要，美国和欧盟在全球农业遥感监测中处于领先地 位，他们都在自主遥感数据源研究与应用的基础上，实现了全球农业遥感监测，取得巨大经 济效益。仅美国农业部外国农业局（USDA-FAS)负责的国外农作物遥感面积估算和估产，每 年为美国在世界粮食贸易市场中获益达5亿-18亿美元。我国由于缺乏基于自主卫星数据 源的支撑，尚未建立业务化运行的国外重点地区农业遥感监测技术方法，不能及时监测国 外重点地区主要农作物面积种植情况。随着资源一号02C卫星（简称ZY-102C)、资源三号 卫星及一系列后续国产卫星的先后发射，国产卫星正逐渐可以保证抽样要求的遥感数据， 完成国外重点地区的农作物面积监测。由于美国冬小麦的在全球粮食贸易中具有重要地 位，加上美国CDL等数据（含冬小麦历年空间分布情况和耕地分布）可以从互联网下载，因 此本专利提出的问题是如何应用自主遥感数据监测美国冬小麦面积，也为其他作物的监测 提供参考方法。
[0003] 美国小麦生产概况：小麦总面积33994万亩，其中冬小麦25374万亩，春小麦7284 万亩，杜兰小麦1335万亩。冬小麦占全部小麦播种面积的74. 64%。（来自美国农业部2012 年6月29日发布的报告）。
[0004] 本项专利技术调查的冬小麦包括：硬红冬麦（Hard Red Winter)、软红冬麦（Soft Red Winter)、硬白麦（White Winter)、黑麦（Rye)、黑小麦（Triticale)。（据 2012CDL 数据： 黑麦和黑小麦占冬小麦的1. 7% ) 【
【发明内容】
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[0005] 本发明要解决的技术问题在于，设计一套基于CDL数据的美国农作物面积抽样调 查方案，需要设计的内容有：抽样总体、样本量大小、抽样单元大小、分层标志、抽样方法、样 本量分配方法。
[0006] 该方案利用上一年CDL数据中构建抽样框，利用每一个抽样单兀上的面积规模做 分层标志，按最小样本量计算公式计算样本量，抽样单元大小是40kmX 40km，分层标志是每 个抽样单元上的作物面积规模，采用分层随机抽样方法，样本量分配按奈曼分配法。 【【专利附图】
【附图说明】】
[0007] 图1美国冬小麦面积遥感抽样调查技术路线图
[0008] 图2美国抽样框和抽选样本示意图
[0009] 图3美国冬小麦抽样监测示意图 【【具体实施方式】】
[0010] 下面结合【专利附图】
【附图说明】【具体实施方式】，图1为本专利的技术路线图，按实施流程是确 定抽样调查目标、构建基于CDL的抽样框，设计分层抽样方法，获取样本与解译，结果估算 与验证。
[0011] 1.确定遥感抽样调查目标
[0012] 抽样调查的目标是美国本土境内的冬小麦面积。
[0013] 2.基于⑶L的抽样框建设
[0014] 图2为美国抽样框和抽选样本示意图，抽样单元总数N=4104,大小40kmX40km。
[0015] ⑶L数据是美国农业部通常于每年1月份发布上一年美国全覆盖全品种农作物空 间分布图，通过一系列空间分析提取其中的上一年冬小麦空间分布后，可以将其用于下一 年冬小麦抽样监测的分层指导信息和抽样总体信息，基于2012年CDL中冬小麦的空间分布 得到 N=4104。
[0016] 抽样单元大小和倾角设计，为了提高遥感影像的利用效率，考虑当前数据源的幅 宽（02C多光谱60kmX 60km，ZY3多光谱51kmX 51km)，考虑02C星和ZY3卫星的运行轨道， 将抽样单元的大小设为40kmX 40km，抽样单元的倾角如图所示。
[0017] 3.分层抽样设计
[0018] 抽样和反推通过C++编程实现。分层标志采用每个抽样单元中的2012年⑶L中 冬小麦面积规模做分层标志。采用累计频率直方图法分6层，这是因为研究证明（杜子芳， 2004)层数大于6时，方差的减小速度将大为减缓。
[0019] 所需最小样本容量由下式确定：
[0020]
【权利要求】
1. 一种基于CDL数据的美国农作物面积遥感抽样估算方法，其特征主要包括以下步 骤： 第一步，确定抽样调查的目标为美国冬小麦； 第二步，参考上一年⑶L中冬小麦的空间分布构建40kmX 40km抽样框； 第三步，分层随机抽样设计（面积规模做分层标志，累计频数直方图法分层，奈曼分配 法分配样本）； 第四步，编程订购样本影像与解译； 第五步，结果估算。
2. 根据权利1所述抽样方法，本专利的特征之一是用一年CDL中冬小麦的空间分布构 建抽样框，并用每个抽样单元上的冬小麦面积规模做分层标志。50kmX50km、30kmX30km等 相近尺度。
【文档编号】G06F19/00GK104281765SQ201410030989
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】王飞, 申克建, 裴志远, 吴全, 孙冠楠, 张晓倩 申请人:农业部规划设计研究院
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