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Remote sensing-based estimation of rice yields using various models:A critical review 被引量:2
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作者 Daniel Marc G dela Torre Jay Gao Cate Macinnis-Ng 《Geo-Spatial Information Science》 SCIE EI CSCD 2021年第4期580-603,共24页
Reliable estimation of region-wide rice yield is vital for food security and agricultural management.Field-scale models have increased our understanding of rice yield and its estimation under theoretical environmental... Reliable estimation of region-wide rice yield is vital for food security and agricultural management.Field-scale models have increased our understanding of rice yield and its estimation under theoretical environmental conditions.However,they offer little infor-mation on spatial variability effects on farm-scale yield.Remote Sensing(RS)is a useful tool to upscale yield estimates from farm scales to regional levels.Much research used RS with rice models for reliable yield estimation.As several countries start to operatio-nalize rice monitoring systems,it is needed to synthesize current literature to identify knowledge gaps,to improve estimation accuracies,and to optimize processing.This paper critically reviewed significant developments in using geospatial methods,imagery,and quantitative models to estimate rice yield.First,essential characteristics of rice were discussed as detected by optical and radar sensors,band selection,sensor configuration,spatial resolution,mapping methods,and biophysical variables of rice derivable from RS data.Second,various empirical,process-based,and semi-empirical models that used RS data for spatial estimation of yield were critically assessed-discussing how major types of models,RS platforms,data assimilation algorithms,canopy state variables,and RS variables can be integrated for yield estimation.Lastly,to overcome current constraints and to improve accuracies,several possibilities were suggested-adding new modeling modules,using alternative canopy variables,and adopting novel modeling approaches.As rice yields are expected to decrease due to global warming,geospatial rice yield estimation techniques are indispensable tools for climate change assessments.Future studies should focus on resolving the current limitations of estimation by precise delineation of rice cultivars,by incorporating dynamic harvesting indices based on climatic drivers,using innovative modeling approaches with machine learning. 展开更多
关键词 Process-based crop model data assimilation empirical model geospatial applications remote sensing rice yield mapping yield estimation
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基于WOFOST模型与遥感数据同化的县级尺度玉米估产研究
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作者 钱凤魁 王化军 +3 位作者 王祥国 于远俊 辛家佶 顾汉龙 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期138-152,共15页
区域尺度的作物生长动态监测和产量预测对于保障粮食安全和农业政策的制定具有重要参考依据。遥感数据同化应用极大提高了作物估产的时效性和精度。为及时、准确地实现县级尺度粮食产量的估测,以及提升产量估测的精度,以辽宁省铁岭县为... 区域尺度的作物生长动态监测和产量预测对于保障粮食安全和农业政策的制定具有重要参考依据。遥感数据同化应用极大提高了作物估产的时效性和精度。为及时、准确地实现县级尺度粮食产量的估测,以及提升产量估测的精度,以辽宁省铁岭县为研究区,采用WOFOST(world food studies)模型与遥感同化相结合的方法对铁岭县玉米进行估产研究。通过采用扩展傅里叶幅度敏感性检验算法(extened Fourier amplitude sensitivity test,EFAST)敏感性分析方法实现玉米估产敏感性参数的分析,以及本地化;通过采用参数自动率定程序PEST(parameter estimation)实现参数的优化,验证结果为采样点产量的平均误差为852.39 kg·hm^(-2),模型模拟的精度达到92.82%。为进一步提高和优化模型估产精度,将遥感反演得到的叶面积指数采用集合卡尔曼滤波算法与模型模拟的叶面积指数进行数据同化,平均误差从同化前的852.39 kg·hm^(-2)降低为435.01 kg·hm^(-2),估产精度从92.82%提高到96.33%,有效提高了WOFOST模型估产的精度。结果表明:水分对玉米的生长发育限制并不大,其产量形成主要受光温影响,对温度、光能利用效率和最大同化速率有关的参数具有较高的敏感性;优化后的模型能够较好模拟铁岭县玉米生长发育情况,产量验证表明优化后的模型模拟的效果较好,但仍存在一定的误差;比值植被指数与叶面积指数的相关性最高,反演模型精度较好,反演结果表明叶面积指数在抽雄吐丝期差距较大,而在成熟期的差距不大;经过作物模型与遥感数据同化之后,估产的精度得到明显提高,说明遥感与作物模型同化是一种有效地提高作物估产和产量预测精度的方法。 展开更多
关键词 world food studies模型 遥感 数据同化 玉米估产 铁岭县
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基于遥感信息与作物生长模型的区域作物单产模拟 被引量:37
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作者 任建强 陈仲新 +2 位作者 唐华俊 周清波 秦军 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期257-264,共8页
利用外部数据同化作物生长模型提高区域作物单产模拟精度是近年来的研究热点。该文以遥感反演的叶面积指数(LAI)作为结合点,以黄淮海粮食主产区典型县市夏玉米为研究对象,在区域尺度利用全局优化的复合形混合演化(SCE-UA)算法进行了遥... 利用外部数据同化作物生长模型提高区域作物单产模拟精度是近年来的研究热点。该文以遥感反演的叶面积指数(LAI)作为结合点,以黄淮海粮食主产区典型县市夏玉米为研究对象,在区域尺度利用全局优化的复合形混合演化(SCE-UA)算法进行了遥感反演LAI信息同化EPIC(environmental policy integrated climate)模型的夏玉米作物单产模拟研究,最后进行区域作物单产模拟精度验证。结果表明,整合SCE-UA全局优化算法的EPIC模型通过同化遥感反演的LAI进行夏玉米单产模拟的平均相对误差为4.37%,RMSE为0.44t/hm2。同时,通过与实际调查数据对比可知,模型模拟的夏玉米播种日期、种植密度和纯氮施用量的均方根误差(RMSE)分别为4.16d、1.0株/m2和40.64kg/hm2,模拟的夏玉米播种日期的绝对误差为3d,模拟的夏玉米种植密度和纯氮施用量的平均相对误差分别为-7.78%和-10.60%。上述误差可满足大范围农作物单产模拟的要求,证明了利用SCE-UA全局优化算法的EPIC模型同化遥感反演LAI数据进行区域作物单产模拟的可行性。 展开更多
关键词 遥感 作物生长模型 估产 叶面积指数 数据同化 全局优化算法
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基于时间序列LAI和ET同化的冬小麦遥感估产方法比较 被引量:27
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作者 黄健熙 马鸿元 +2 位作者 田丽燕 王鹏新 刘峻明 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期197-203,共7页
为了评估同化时间序列叶面积指数(leaf area index,LAI)和蒸散发(evapotranspiration,ET)产品对冬小麦产量估测的有效性和适用性,该文选择陕西省关中平原冬小麦为研究对象,以SWAP为作物生长动态模型,利用冬小麦关键生育期的遥感观测和S... 为了评估同化时间序列叶面积指数(leaf area index,LAI)和蒸散发(evapotranspiration,ET)产品对冬小麦产量估测的有效性和适用性,该文选择陕西省关中平原冬小麦为研究对象,以SWAP为作物生长动态模型,利用冬小麦关键生育期的遥感观测和SWAP模拟LAI、ET趋势变化信息构建代价函数,以SCE-UA作为优化算法最小化代价函数,重新初始化SWAP模型中的出苗日期和灌溉量2个参数。重点比较了基于向量夹角和一阶差分2种代价函数的冬小麦单产估测精度。结果表明,同化MODIS LAI和ET后,冬小麦产量的估测精度比未同化精度(r=0.57,RMSE=1 192 kg/hm2)有显著提高,并且基于向量夹角代价函数法同化策略的单产估测精度(r=0.75,RMSE=494 kg/hm2)高于一阶差分代价函数法(r=0.73,RMSE=667 kg/hm2)的估测精度。该方法为其他区域的水分胁迫模式下遥感与作物模型双变量数据同化提供了参考。 展开更多
关键词 作物 遥感 模型 向量夹角 一阶差分 数据同化 产量估测
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基于作物及遥感同化模型的小麦产量估测 被引量:27
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作者 解毅 王鹏新 +3 位作者 王蕾 张树誉 李俐 刘峻明 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第20期179-186,共8页
为提高陕西省关中平原冬小麦的估产精度,该文通过粒子滤波算法同化Landsat遥感数据反演的状态量叶面积指数(leaf area index,LAI)、土壤含水量(0~20 cm)、地上干生物量数据和CERES-Wheat模型模拟的状态量数据,分析小麦不同生育期的LAI... 为提高陕西省关中平原冬小麦的估产精度,该文通过粒子滤波算法同化Landsat遥感数据反演的状态量叶面积指数(leaf area index,LAI)、土壤含水量(0~20 cm)、地上干生物量数据和CERES-Wheat模型模拟的状态量数据,分析小麦不同生育期的LAI、土壤含水量及生物量同化值和实测单产的线性相关性,以构建同化估产模型。结果表明,在返青期土壤含水量同化值和实测单产的相关性高于LAI、生物量同化值和实测单产的相关性,选择土壤含水量作为最优变量;在拔节期和抽穗-灌浆期同时选择LAI、土壤含水量及生物量作为最优变量;在乳熟期选择生物量作为最优变量。在小麦各生育时期同化最优变量的估产精度(R2=0.85)高于同时同化LAI、土壤含水量及生物量的估产精度,同时同化LAI、土壤含水量及生物量的估产精度高于同时同化LAI和土壤含水量(或LAI和地上干生物量、或土壤含水量和地上干生物量)的估产精度,表明在作物不同生育时期同化与产量相关性较大的变量对提高估产精度有重要作用。 展开更多
关键词 模型 遥感 土壤水分 粒子滤波 冬小麦 佑产 数据同化
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粒子滤波同化方法在CERES-Wheat作物模型估产中的应用 被引量:19
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作者 姜志伟 陈仲新 +1 位作者 任建强 周清波 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第14期138-146,共9页
为验证粒子滤波同化算法在作物模型估产应用中的可行性和精度,应用该算法构建了CERES-Wheat(crop environment resource synthesis for wheat)作物模型同化系统,并应用地面观测数据研究了同化系统的估产能力以及粒子扰动维数和方差对同... 为验证粒子滤波同化算法在作物模型估产应用中的可行性和精度,应用该算法构建了CERES-Wheat(crop environment resource synthesis for wheat)作物模型同化系统,并应用地面观测数据研究了同化系统的估产能力以及粒子扰动维数和方差对同化结果和效率的影响。研究结果表明,构建的作物模型同化系统能够利用作物关键生育期内观测LAI数据,较好地校正模型状态轨迹,显著提高作物产量模拟预测精度。同化前后冬小麦产量模拟结果与实测产量间的决定系数由0.68增加为0.83,归一化均方根误差由4.93%减小为3.4%,相对误差由4.15%减小为2.93%。粒子扰动维数和方差同化试验结果显示,粒子维数由50增加为250时,同化估产精度无显著改善,但计算代价增加5倍;随粒子扰动方差增加,估产归一化均方根误差和相对误差均呈增加趋势,两者的平均增加幅度分别为0.32%和0.26%。因此,作物模型同化系统业务化应用时需折中考虑估产精度和计算代价设置合适的粒子扰动维数和方差。该文为进一步利用多源卫星遥感数据监测区域作物长势和估算产量等同化研究和应用提供参考。 展开更多
关键词 遥感 作物 模型 粒子滤波 数据同化 叶面积指数 估产
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基于作物生长模型和遥感数据同化的区域玉米产量估算 被引量:38
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作者 靳华安 王锦地 +2 位作者 柏延臣 陈桂芬 薛华柱 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期162-173,F0003,共13页
为了将遥感观测到的玉米生长期间作物冠层方向反射波谱的时间序列变化信息用于区域玉米产量估算,该文将时间序列中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)数据和高空间分辨率LandsatTM遥感观测数据相结... 为了将遥感观测到的玉米生长期间作物冠层方向反射波谱的时间序列变化信息用于区域玉米产量估算,该文将时间序列中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)数据和高空间分辨率LandsatTM遥感观测数据相结合,以叶面积指数(LAI)作为耦合作物生长模型(crop environment resource synthesis-Maize,CERES-Maize)和植被冠层反射率模型(scattering by arbitrarily inclined leaves,SAIL)的关键参数,提出了将耦合模型与时间序列遥感观测数据同化进行区域玉米产量估算的方案。该文选择吉林省榆树市为研究区,采用MODIS和LandsatTM2种尺度数据集,利用SCE-UA(shuffled complex evolution method developed at the University of Arizona)算法分别进行玉米产量同化估产研究,得到玉米单产空间分布的估计结果,结合遥感估算的种植面积求算榆树市玉米总产量。结果表明,与玉米统计总产量相比,2007、2008和2009年遥感数据同化估算的总产量误差分别为9.15%、14.99%和8.97%;与仅利用CERES-Maize模型模拟得到的产量误差相比,3a间遥感估算总产量的误差分别减小了7.49%、1.21%和5.23%,且采用MODIS和TM遥感数据估算的玉米产量表现了其空间差异性。利用榆树市3a间玉米产量的明显差异,分析了时序遥感数据对作物长势和产量变化信息的表达能力,同年份内时序归一化差值植被指数越大,对应的玉米产量越高;年际间遥感观测反射率的差异通过数据同化方法能够反映年际间玉米产量差的变化。该文提出的玉米估产方案为将来进一步结合多源遥感数据、植被冠层反射率模型与作物生长模型进行区域玉米估产研究提供了参考。 展开更多
关键词 遥感 作物 模型 产量估算 数据同化
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基于RS和GIS的农作物估产方法研究进展 被引量:10
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作者 胡莹瑾 崔海明 《国土资源遥感》 CSCD 北大核心 2014年第4期1-7,共7页
实时获取农作物长势及产量等信息对于现代农业的发展具有重要意义。近年来,随着遥感技术(remote sensing,RS)和地理信息系统(geographic information system,GIS)广泛应用于农作物估产领域,相继出现了一些较为实用的估产方法,主要有结... 实时获取农作物长势及产量等信息对于现代农业的发展具有重要意义。近年来,随着遥感技术(remote sensing,RS)和地理信息系统(geographic information system,GIS)广泛应用于农作物估产领域,相继出现了一些较为实用的估产方法,主要有结合辅助数据的估产方法、基于植被指数的估产方法、基于特定模型的估产方法和基于农作物估产平台(软件)的开发等。其中,基于植被指数的估产方法又分为单一和多植被指数估产2类方法。在对近年来该领域大量文献深入研究的基础上,着重就几类热点方法展开论述,并对每类方法的优势和缺陷进行了评述,最后对该领域需要进一步研究的方向进行了探讨和展望,以期为后续研究提供参考。 展开更多
关键词 遥感(RS) 地理信息系统(GIS) 空间数据仓库 植被指数 特定模型估产法 估产软件(平台)开发
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应用NOAA/AVHRR资料进行草地遥感估产模型的研究 被引量:2
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作者 张学勇 陈忠林 《辽宁大学学报(自然科学版)》 CAS 2006年第2期127-129,共3页
应用NOAA/AVHRR遥感资料,推导提出了以草地型为“面”取样,“面”对“面”样本匹配(即一定面积内草地的单位产量与该范围内的平均植被指数为一组样本)的建模方式,克服了“点”对“点”(“像元”对“像元所对应的地物点”)样本不能很好... 应用NOAA/AVHRR遥感资料,推导提出了以草地型为“面”取样,“面”对“面”样本匹配(即一定面积内草地的单位产量与该范围内的平均植被指数为一组样本)的建模方式,克服了“点”对“点”(“像元”对“像元所对应的地物点”)样本不能很好匹配的缺点,并建立了阿拉善草地的产量估产模型. 展开更多
关键词 NOAA/AVHRR 遥感估产 模型 阿拉善草地
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基于MODIS的三江源地区不同类型草地草产量的遥感监测 被引量:3
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作者 刘唐 江涛 郭连杰 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2018年第5期18-26,共9页
面对大面积草原草场牧草估产,遥感监测已成为最普遍、最快速的先进手段。针对三江源地区草地,基于改进的CASA模型,利用2000—2010年MODIS的MOD13A1(净初级生产力NPP)遥感数据和每年4—9月的降水和温度数据,运用ArcGIS软件建立了三江源... 面对大面积草原草场牧草估产,遥感监测已成为最普遍、最快速的先进手段。针对三江源地区草地,基于改进的CASA模型,利用2000—2010年MODIS的MOD13A1(净初级生产力NPP)遥感数据和每年4—9月的降水和温度数据,运用ArcGIS软件建立了三江源地区不同类型天然草地牧草产量卫星遥感估产模型,得出三江源草场亩产量结果:湖盆河滩草甸160~180kg,整体趋势略有上升;山地草原48~56kg,高原宽谷荒漠39~45kg,山地荒漠40~50kg,整体分布趋势很稳定;高山草甸110~130kg,高原宽谷草原70~80kg,整体趋势相对稳定;山地稀疏森林草场130~160kg,整体趋势略有下降;山地灌丛草场128~160kg。空间上因东南地区降水较多,湿润度高,地势相对平坦,因此草产量呈现出从东南—西北逐渐递减的规律,其中高山草甸草场和高原宽谷草原草场占绝大部分,为三江源地区进行草地生物量研究、草场资源的可持续利用和畜牧业的发展提供指导。 展开更多
关键词 草场估产 改进的CASA模型 遥感监测 三江源草场 MODIS数据
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湖北省粮食单产遥感估算方法——以中稻为例 被引量:2
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作者 孙俊英 黄进良 王立辉 《世界科技研究与发展》 CSCD 2009年第5期897-900,共4页
本文提出了适用于湖北省运行化农作物单产估算的遥感估产模型,进行农作物单产预测。首先进行单产区划,从而选择代表性的模拟县,通过作物产量数据的历史趋势分析得到波动产量;然后把波动产量与遥感因子进行相关分析;再提取相关性最大的... 本文提出了适用于湖北省运行化农作物单产估算的遥感估产模型,进行农作物单产预测。首先进行单产区划,从而选择代表性的模拟县,通过作物产量数据的历史趋势分析得到波动产量;然后把波动产量与遥感因子进行相关分析;再提取相关性最大的遥感因子作为敏感因子,建立一元线性回归方程,估算作物的产量;最后把模型计算结果与实际统计结果进行比较分析。计算结果与统计数据对比,误差范围为-14.38%至11.31%,决定系数R^2达到0.872,相关性显著。该方法从县级行政单元估算的单产结果,基本能够满足省级系统单产估算的精度要求,可以为政府和企业提供决策支持信息。 展开更多
关键词 农作物单产 遥感估产模型 单产区划 湖北
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