





中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (22): 4638-4655.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.22.007
胡洁1(
), 马海荣1, 罗治情1, 陈娉婷1, 郑明雪1, 官波1, 徐保东2, 宋茜3(
)
收稿日期:2025-04-18
接受日期:2025-08-01
出版日期:2025-11-16
发布日期:2025-11-21
通信作者:
联系方式:
胡洁,E-mail:hujiejie520@163.com。
基金资助:
HU Jie1(
), MA HaiRong1, LUO ZhiQing1, CHEN PingTing1, ZHENG MingXue1, GUAN Bo1, XU BaoDong2, SONG Qian3(
)
Received:2025-04-18
Accepted:2025-08-01
Published:2025-11-16
Online:2025-11-21
摘要:
【目的】针对我国南方地区云雨频繁、耕地细碎及多熟种植所造成的耕地种植强度(cropping intensity,CI)提取与动态监测不确定性问题,拟充分发挥多尺度遥感观测的优势,实现2000—2021年湖北省耕地CI的高效精准提取,并解析区域农业生产格局的时空演变规律。【方法】协同250 m MODIS 归一化差值植被指数(NDVI)和30 m Landsat NDVI时序数据,分别利用STARFM、ESTARFM、STNLFFM和GF-SG 4种典型的时空融合算法生成高时空分辨率NDVI数据,从光谱保真度(AD/RMSE)、空间细节精度(Edge/LBP)及CI提取效果对融合数据进行综合评估。利用优选的时空融合算法生成2000—2021年湖北省30 m/8 d时空分辨率NDVI数据集,并基于物候的峰值探测法,开展长时序耕地种植强度提取及时空演变分析。【结果】与其他3种时空融合算法相比,GF-SG算法在光谱保真度与空间细节精度方面表现最佳(|AD|<0.021,RMSE<0.111,|Edge|<0.55,|LBP|<0.10),利用该算法重构的NDVI时序数据集提取耕地CI的精度提升了0.02%—5.53%。基于地面实地采样数据开展精度评价,湖北省耕地CI分类的总体精度达86.60%。2000—2021年耕地CI时空演变分析显示,研究区每5年约有20%—25%的耕地发生种植强度转变,其中2005—2010年变动最显著(25.79%),2010—2015年变动最小(20.07%)。主导转变类型由“一熟转二熟”(13.49%)逐步演变为“二熟转一熟”(9.35%)和“一熟转休耕”(4.90%)。【结论】近20年来湖北省形成以“一熟为主、二熟与休耕共存”的多元耕作格局,耕地CI演变由政策引导、劳动力变化、资源投入与种植结构调整等因素共同驱动。通过协同MODIS与Landsat多尺度遥感数据构建的高时空分辨率NDVI数据集,可有效支撑复杂农业景观下长时序耕地CI的高效精准提取,可为农业生产管理与耕地保护政策制定提供重要支撑。
胡洁, 马海荣, 罗治情, 陈娉婷, 郑明雪, 官波, 徐保东, 宋茜. 协同多尺度遥感影像的2000—2021年湖北省耕地种植强度时空演变分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(22): 4638-4655.
HU Jie, MA HaiRong, LUO ZhiQing, CHEN PingTing, ZHENG MingXue, GUAN Bo, XU BaoDong, SONG Qian. Spatiotemporal Analysis of Cropland Cropping Intensity in Hubei Province from 2000 to 2021 by Integrating Multi-Scale Remote Sensing Imagery[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(22): 4638-4655.
图1
研究区概况及实地作物样本图 a:湖北省地理位置图 Geographical location map of Hubei Province;b:基于CNLUCC 2020年产品的湖北省土地利用覆盖图及2021年实地农作物样本 Cropland map extracted from the 2020 CNLUCC dataset and field crop samples collected in 2021;c:测试区A的2019年8月24日Landsat-8影像及2019实地农作物样本 Landsat-8 imagery of test area A acquired on August 24, 2019, with 2019 field crop samples;d:测试区B的2019年8月15日Landsat-8影像 Landsat-8 imagery of test area B acquired on August 15, 2019"
表1
融合影像光谱与空间精度评估指标与特性"
| 评价角度 Evaluation aspect | 评价指标 Metric name | 其值范围 Value range | 数值含义 Variable explanation |
|---|---|---|---|
| 光谱 Spectral accuracy | 均方根误差 RMSE | [0,1] | 数值0代表精准的融合影像 A value of 0 indicates a precise fusion image |
| 数值越大,表示融合图像的光谱误差越大 A larger value indicates greater spectral error in the fused image | |||
| 平均差异 AD | [-1,1] | 数值0代表精准的融合影像 A value of 0 indicates a precise fusion image | |
| 负值表示融合影像中光谱信息的低估 A negative value indicates an underestimation of spectral information | |||
| 正值表示融合影像中光谱信息的高估 A positive value indicates an overestimation of spectral information | |||
| 空间 Spatial accuracy | 边缘特征 Edge | [-1,1] | 值0代表精准的融合影像 A value of 0 indicates a precise fusion image |
| 负值越大,表示融合影像中的边缘特征过度平滑 A large negative value indicates over smoothing of edge features in the fused image | |||
| 局部二值模式 LBP | [-1,1] | 正值越大,表示融合影像中的边缘特征过度锐化 A large positive value indicates over sharpening of edge features in the fused image |
图9
基于重构NDVI时序数据的2000—2021年湖北省耕地CI空间分布及时序变化 a—e为2000、2005、2010、2015和2021年典型年份耕地种植强度(CI)空间分布图 a-e show the spatial distribution of cropland CI in the years 2000, 2005, 2010, 2015, and 2021;f为各类耕地类型(一熟、二熟、休耕地)面积比例的变化趋势 f illustrates the temporal trends in the proportion of different CI types, including single cropping, double cropping, and fallow land"
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