一种获取农田空间分布异质性的方法和系统

本发明涉及农田空间分布评估，更具体地，涉及一种获取农田空间分布异质性的方法和系统。

背景技术：

1、农田包括土壤和生长在上面的农作物。由于土壤类型、降水、地形、耕作方式和作物类型等因素的影响，每块农田会呈现出不同的空间分布特征，例如大田内即使相隔两三米的土地，土壤的水分含量、营养状况、农作物的生长情况都可能不同。对农田的空间分布进行精准评估，肥力高的地方密植、肥力低的地方稀植，以及进行变量施肥、施药等，将会极大地提升农田的利用率、进而提升产量。

2、土壤的空间分布特征包括整块农田里土地是否平整、土壤的有机质分布是否均匀、是否存在部分盐渍化、板结现象等。土壤的特性和后续的耕作、管理方式会直接影响作物的长势，例如，播种或施肥是否均匀、部分区域是否存在病虫害等多种因素都会导致整块农田内作物长势不均匀，进而影响后续的收割、估产等实际农业生产。在播种前准确掌握每块农田的空间分布特征，在作物生长周期内随时掌握作物长势空间分布特征，对于农田管理、提升产量、安排收割等具有重要的意义。

3、目前常用的土壤空间分布特征调查方式主要分为两种，一种是有经验的专家到农田内进行目视观察，根据经验得出该块农田的土壤特性，这种方式极大地依赖于专家经验，具有很强的主观性，且难以覆盖到所有农田，不适用于我国国情，因为一些农场内有上千万亩农田。另一种是使用电导率探测仪器、定点采样等方式获取部分点位的土壤，回到实验室进行化验、分析，这种方式可以得到土壤的很多性质、但点位信息难以反映整块农田的空间特征，且实验室化验流程复杂、价格高，难以用于日常大面积的农业生产中。另外，某一时期的土壤特性实际上是过往多年耕作方式累积的结果，获取土壤的历史特性，有助于更好地分析当前土壤的基础特征，而目前的研究主要针对的是当前特定日期的土壤。

4、常用的作物长势空间分布主要基于卫星或无人机遥感影像，目前已有一些研究，但主要是使用生育期内的每一副单时相影像进行分析，未考虑累计叠加效应，而产量是整个生长季作物生长状况累积的结果，需要考虑多时相影像的累积效应。

5、而且，目前土壤和作物长势的空间特征分析是割裂的，并无统一的一套自动化处理流程，来覆盖土壤、播种、收割和旋耕整个阶段的农田空间分布特征分析方法，这大大影响了农田管理的效率和精度。

技术实现思路

1、针对背景技术中的问题，本发明提出一种获取农田空间分布异质性的方法，包括：s1.获得纯土壤和纯农作物的卫星遥感影像；s2.计算多种土壤和农作物指数，并进行迭代，得到土壤和农作物指数对应的影像；s3.对土壤和农作物指数对应的影像进行聚类分区。

2、本发明还提出一种获取农田空间分布异质性的系统，包括计算机可执行程序，当所述程序被执行时，能够实现如下步骤：s1.获得纯土壤和纯农作物的卫星遥感影像；s2.计算多种土壤和农作物指数，并进行迭代，得到土壤和农作物指数对应的影像；s3.对土壤和农作物指数对应的影像进行聚类分区。

3、本发明的方法能够覆盖土壤、农作物生长、收割等全阶段，提取不同时期内农田的空间异质性分布特征，并进行分区，为农田管理提供有力的支撑。

4、相较于现有技术，本发明的创新性包括：

5、1）本发明将土壤的空间分布特征与农作物的空间分布特征分析相结合。

6、2）利用卫星遥感影像分析农田分布格局并进行聚类分区，可以获得整块农田的信息；利用卫星的多波段数据，可以生成与土壤、农作物长势相关的多种指数，将多种指数合并分析，有助于更精准地分别提取土壤和农作物的分区，对当前生长季的农作物分区提供了有力的参考资料。

7、3）相较于其他方法仅考虑某一时期的卫星影像，本发明考虑过去多年的农田影像，分析历史耕作方式对当前土壤的累计影响效应，并考虑生长季内农作物的长势的累积效应对产量的影响。

8、4）本发明能够检测出休耕期，并移除该时期影像，以降低杂草对土壤、农作物空间分布特征分析的影响。

9、5）本发明的方法可以扩展至其他数据源，如无人机影像等。

技术特征：

1.一种获取农田空间分布异质性的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤s2包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s3包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s22包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤s31包括：

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤s32包括：

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤s33包括：

10.一种获取农田空间分布异质性的，其特征在于，包括计算机可执行程序，当所述程序被执行时，能够实现如权利要求1-9任一项所述的方法。

技术总结
本发明提出一种获取农田空间分布异质性的方法，包括：S1.获得纯土壤和纯农作物的卫星遥感影像；S2.计算多种土壤和农作物指数，并进行迭代，得到土壤和农作物指数对应的影像；S3.对土壤和农作物指数对应的影像进行聚类分区。本发明还对应提出一种获取农田空间分布异质性的系统。本发明的方法和系统能够覆盖土壤、农作物生长、收割等全阶段，提取不同时期内农田的空间异质性分布特征，并进行分区，为农田管理提供有力的支撑。

技术研发人员：吴文斌,李文娟,余强毅,段玉林
受保护的技术使用者：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17