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1、 答辩人： XXX 指导老师：XX教授 专业方向：XXX学20XX.X.XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX研究研究 基于基于XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX数据数据硕士论文答辩2021/6/41北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿报告提纲：之一：研究综述之一：研究综述之二：研究目的与研究内容之二：研究目的与研究内容之三：数据介绍及平滑预处理之三：数据介绍及平滑预处理之四：基于交叉拟合度检验法的之四：基于交叉拟合度检验法的 中国农作物复种指数提取中国农作物复种指数提取之五：结论与探讨之五：结论与
2、探讨2021/6/42北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿研究综述：研究综述：遥感技术在农作物监测中的应用遥感技术在农作物监测中的应用农作物的分类农作物的长势监测农作物估产农作物的种植面积监测基于遥感数据监测农作物复种指数的研究进展基于遥感数据监测农作物复种指数的研究进展国内研究进展国外研究进展存在的主要问题存在的主要问题复种指数的定义与理解遥感估算方法基本空白2021/6/43北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿研究目的与研究内容：研究目的与研究内容：研究目的：研究
3、目的： 依托遥感技术在农作物监测中广泛应用的研究成果，利用多时相卫星遥感数据对中国农作物的复种指数进行估算，从而客观的了解、评价我国农作物的生产情况以及生长潜力等。 研究内容：研究内容： 在重新理解和界定复种指数的基础上，对SPOT/VGT多时相NDVI数据进行去噪平滑处理，并依托前人的研究成果提取出中国农作物区，根据中国耕作制度区划挑选出具有代表性的NDVI变化曲线，初步建立熟制标准曲线库，利用交叉拟和度检验法对逐个像元进行判断，提取其复种指数，并对结果进行了验证分析。2021/6/44北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿对复种
4、指数的理解和重新界定对复种指数的理解和重新界定复种，作为中国多熟种植中最主要的一种形式，可复种，作为中国多熟种植中最主要的一种形式，可以反映耕地实际的利用强度以及可利用潜力，大多以反映耕地实际的利用强度以及可利用潜力，大多数农业生产模型及气候模型中复种指数或复种潜力数农业生产模型及气候模型中复种指数或复种潜力指的都是复种这种耕作方式。计算纯粹的复种指数指的都是复种这种耕作方式。计算纯粹的复种指数要比计算综合或统计指标更简单可行，并具有同等要比计算综合或统计指标更简单可行，并具有同等重要的意义。因此，这里重新界定复种指数为一年重要的意义。因此，这里重新界定复种指数为一年内同一块地上连续种植农作物
5、的次数，即复种的次内同一块地上连续种植农作物的次数，即复种的次数，不考虑其他间套等耕作形式。并根据刘巽浩等数，不考虑其他间套等耕作形式。并根据刘巽浩等的建议以及数据处理工作中的经验，限定农作物的的建议以及数据处理工作中的经验，限定农作物的独立生长期至少在两个月以上。独立生长期至少在两个月以上。 2021/6/45北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿数据介绍：数据介绍：VegetationVegetation计划及计划及VGTVGT传感器传感器Vegetation计划的提出及应用方面VGT传感器的设计特点SPOT/VGTSPOT/V
6、GT与与NOAA/AVHRRNOAA/AVHRR数据比较数据比较技术比较光谱波段比较数据质量比较其他SPOT/VGT-S10-NDVISPOT/VGT-S10-NDVI数据产品数据产品NDV波段SM波段2021/6/46北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿数据平滑预处理：数据平滑预处理：NDVINDVI数据去噪处理的三种方法数据去噪处理的三种方法阈值去除法 如：最佳坡度系数截取法BISE（Viovy,1992）基于滤波的平滑方法 如：傅立叶滤波变换法（Olsson,1994）曲线拟合的方法 如：非对称高斯函数拟合方法（Jonsso
7、n,2002） 综合评价以上方法的优缺点，我们提出了一种新的基于Savitzky-Golay滤波的平滑方法来去除NDVI时序数据中存在的噪音。2021/6/47北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿方法原理：方法原理：基本假设基本假设NDVI的时序变化对应于植被的生长与衰落NDVI与植被缓慢变化过程不一致的突降作为噪音Savitzky-GolaySavitzky-Golay滤波公式滤波公式 通过Savitzky-Golay滤波模拟整个NDVI时序数据的长期变化趋势，将NDVI值分做两类：“真”点和“假”点，再通过局部循环Savitz
8、ky-Golay滤波的方法使“假”点逐步被滤波值取代，以更接近于NDVI时序数列的上包络线值。2021/6/48北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿SPOT/VGT NDVI时序数列相应的云状态图根据云状态线性内插后的NDVI数列基于Savitzky-Golay平滑滤波的NDVI长期变化趋势模拟NDVI的初定义：“真”点与“假”点新的NDVI时序数列产生Savitzky-Golay滤波拟和新的NDVI数列计算拟和影响系数迭代退出条件新的平滑NDVI时序数列是否S Sa av vi it tz zk ky y- -G Go ol l
9、a ay y滤滤波波平平滑滑方方法法流流程程图图：2021/6/49北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec(b)(c)(d)Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov DecJan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec(d)(c)Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec(a)Savitzky-G
10、olaySavitzky-Golay滤波平滑过程示意图：滤波平滑过程示意图：2021/6/410北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿 选取试验点：选取试验点：2021/6/411北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿参数确定：长期变化趋势的最优长期变化趋势的最优滤波参数判定滤波参数判定(7,2)拟合循环中的最优滤拟合循环中的最优滤波参数判定波参数判定(3,4)2021/6/412北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论
11、文答辩稿123456781234567812345678threshold =0.2threshold =0.4threshold =0.6m=3, d=2m=3, d=4 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Decm=8, d=4 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec本方法与本方法与BISEBISE方法的比较结果：方法的比较结果：2021/6/413北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿本方法的评价：优点优点充分利用云状态
12、数据对参数的敏感性较低理论简单并且易于实现运行速度较快不受数据时间尺度空间尺度及传感器限制缺点缺点对在植被生长季高峰可能被云影响点无法判断对NDVI正常低值可能被提高Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov DecJan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov DecNo.12 siteNo.11 site2021/6/414北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿复种指数提取的可行性：多时相多时相NDVINDVI数据的去噪平滑保证了植被生长变数据的
13、去噪平滑保证了植被生长变化特征；化特征；中国多熟种植的历史悠久，在农作物的选择和中国多熟种植的历史悠久，在农作物的选择和种植方式上形成一定模式；种植方式上形成一定模式；相同熟制下不同农作物组合的生长曲线具有相相同熟制下不同农作物组合的生长曲线具有相似性；似性；多时相多时相NDVINDVI数据与高光谱数据的相似性，并且数据与高光谱数据的相似性，并且具有连续性和更明显的曲线变化特征。具有连续性和更明显的曲线变化特征。2021/6/415北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿交叉拟合度检验法：基本原理基本原理交叉拟合度检验法：交叉拟合度检
14、验法：交叉相关检验法：交叉相关检验法：光谱角度匹配法：光谱角度匹配法：2021/6/416北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿交叉拟合度检验法：敏感度检验敏感度检验 结果表明交叉拟合度检验法对曲线间的差异及波动更为明显，适用于农作物的熟制判断甚至是类型判断。2021/6/417北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿应用流程：否平滑后的中国农作物NDVI时序数列不同种植制度的典型点选取典型点的比较与选定精度检验标准曲线的非对称高斯函数拟和中国农作物种植指数的提取及成图计算
15、交叉拟和度及判别是2021/6/418北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿典型点的选取：中国种植制度区划图（刘巽浩，1993） 2021/6/419北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿各各区区名名称称及及作作物物种种类类与与复复种种类类型型：2021/6/420北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿典型点的选择：典型点的选择：选点原则选点原则具有比较明显的生长曲线和熟制；独立生长期大于或等于60天；包括有完
16、整的生长季曲线，即生长期加衰落（收割）期。综合原则综合原则内部交叉拟合度贡献最大类间混合度最小 2021/6/421北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿曲线标准化：曲线标准化：利用非对称高斯函数利用非对称高斯函数拟合方法对标准点曲拟合方法对标准点曲线进一步平滑。线进一步平滑。2021/6/422北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿复种指数提取结果：复种指数提取结果：2021/6/423北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿
17、级硕士论文答辩稿精度评价：精度评价：随机抽样目视解译精度评价随机抽样目视解译精度评价2021/6/424北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿误判及未判别原因：误判及未判别原因：农作物区域的错误及变化导致的未判定和误判；农作物区域的错误及变化导致的未判定和误判；云和大气过于频繁对判定产生的影响；云和大气过于频繁对判定产生的影响；典型点的漏选，所选取的典型点不能概括所有的典型点的漏选，所选取的典型点不能概括所有的多熟种植中农作物生长季的特征变化，造成一定多熟种植中农作物生长季的特征变化，造成一定程度的误判；程度的误判；由于交叉拟和度对
18、较短时间的波动敏感性比较低，由于交叉拟和度对较短时间的波动敏感性比较低，生长季过短也会造成误分。生长季过短也会造成误分。2021/6/425北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿方法评价：方法评价：优点优点原理简单，运算方便；可适用于大多数具有连续波段或时段的遥感数据；可以有效的提取中国农作物区的复种指数，并同时反映不同地区生长季的大致偏移；应用潜力大，可在植被分类、土地覆盖变化监测以及高光谱数据分析等方面发挥作用。缺点缺点对典型点的选取要求比较高，要求有地面实验数据支持或者是大量的样点分析；不宜于时间段过长起伏变化过多的数据组。2
19、021/6/426北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿主要结论：主要结论：传统的复种指数定义过于混乱和综合，重新界传统的复种指数定义过于混乱和综合，重新界定复种指数的含义为一年内同一块耕地上耕作定复种指数的含义为一年内同一块耕地上耕作农作物的次数，并界定作物生长期在两个月以农作物的次数，并界定作物生长期在两个月以上，计算纯粹的复种指数，不仅简单易行，意上，计算纯粹的复种指数，不仅简单易行，意义明确，并且可以利用多时相遥感数据对每个义明确，并且可以利用多时相遥感数据对每个像素进行提取，避免了传统统计方法的费时费像素进行提取，避免了传
20、统统计方法的费时费力，以及行政单元的局限。力，以及行政单元的局限。2021/6/427北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿主要结论：主要结论：基于基于Savitzky-golay滤波原理的平滑方法，可滤波原理的平滑方法，可以有效的去除多时相以有效的去除多时相NDVI遥感数据中由于云、遥感数据中由于云、气溶胶等大气影响造成的噪音，充分利用对应气溶胶等大气影响造成的噪音，充分利用对应的云状态数据，理论简单并易于实现。可应用的云状态数据，理论简单并易于实现。可应用于不同时间尺度、空间尺度和传感器的于不同时间尺度、空间尺度和传感器的NDV
21、I数数据，以获取较高质量的据，以获取较高质量的NDVI时序数据。时序数据。2021/6/428北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿主要结论：主要结论：基于高光谱数据分析技术光谱匹配法提出的交基于高光谱数据分析技术光谱匹配法提出的交叉拟和度检验法，以前人对中国多熟种植的研叉拟和度检验法，以前人对中国多熟种植的研究成果，选取了基本可以反映我国不同熟制的究成果，选取了基本可以反映我国不同熟制的农作物生长曲线作为参考，计算了以遥感影像农作物生长曲线作为参考，计算了以遥感影像像素为单位的全国农作物复种指数。其结果表像素为单位的全国农作物复种
22、指数。其结果表明此方法对明此方法对NDVI生长季曲线之间相关性表现出生长季曲线之间相关性表现出了比较高的精度，给农作物复种指数的提取开了比较高的精度，给农作物复种指数的提取开辟了一条新的道路。同时还具有广泛的应用前辟了一条新的道路。同时还具有广泛的应用前景，如土地利用覆盖变化监测、植被特征分类景，如土地利用覆盖变化监测、植被特征分类以及高光谱数据分析研究等等。以及高光谱数据分析研究等等。2021/6/429北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿讨论：讨论：复种指数的重新界定虽然采用了刘巽浩等的建议，定义生长复种指数的重新界定虽然采用
23、了刘巽浩等的建议，定义生长期至少大于期至少大于2个月，但缺乏有效的资料论证，有待考察；个月，但缺乏有效的资料论证，有待考察；本工作直接采用的是前人关于农作物区域的划分，其错误与本工作直接采用的是前人关于农作物区域的划分，其错误与变化也影响了本方法的准确性，有望在进一步工作中避免；变化也影响了本方法的准确性，有望在进一步工作中避免；构建农作物熟制曲线库（即挑选标准样点）是本方法应用的构建农作物熟制曲线库（即挑选标准样点）是本方法应用的关键。人工经验挑选存在着主观上的错误和不足。如能进一关键。人工经验挑选存在着主观上的错误和不足。如能进一步根据不同农作物的生长特点构建熟制标准曲线，应该可以步根据不
24、同农作物的生长特点构建熟制标准曲线，应该可以使本方法得到更好的应用；使本方法得到更好的应用；NDVI时间序列数据的质量始终是其应用的一个瓶颈。尤其在时间序列数据的质量始终是其应用的一个瓶颈。尤其在中国南方地区，受大气和云的影响过于频繁，造成部分地区中国南方地区，受大气和云的影响过于频繁，造成部分地区的的NDVI序列无法获取到明显的生长季变化特征，也很难平滑序列无法获取到明显的生长季变化特征，也很难平滑恢复或是模拟，给复种指数的提取带来了困难。恢复或是模拟，给复种指数的提取带来了困难。2021/6/430北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿谢谢！谢谢！2021/6/431北京师范大学资源科学研究所北京师范大学资源科学研究所20002000级硕士论文答辩稿级硕士论文答辩稿部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
