一、两张几乎一样的图
先讲一个真实场景。
有两个地块,都在坡上,面积接近,形状也像。调当期影像一看,两块都是绿的,覆盖度也差不多。
一块是常年不种的,草长得旺,还会越长越乱。另一块是上半年种了玉米,收完之后闲着,地里是收后的残茬加杂草。
单看这一期影像,分不出来。算法给的结果也很接近。
但这两块地在统计上的意义完全不同。前者是长期闲置,后者是正常的轮作休耕,算进"未利用"和算进"耕地"是两个结论。差了这一个判断,一个县的数据可能就偏出几万亩。
二、为什么单期影像分不出来
原因在光谱上。
绿色植被的光谱特征都差不多——可见光吸收多、近红外反射强,各种绿色植物在这两个波段上的表现高度相似。玉米、杂草、灌木,只要长势接近,光谱曲线就贴在一起。
影像能区分作物和裸地、水体和植被,但区分"这块绿是草还是苗",需要的不只是光谱,还有结构信息。而在中低分辨率下,结构信息基本被抹平了。
所以判错的根源不是算法不够强,是输入的信息不够。同一时刻的一张照片,本来就不包含"这块地今年种过没有"这个问题的答案。
那多拍几期行不行?这就是下一步要讲的事。
要回答这个问题,得换一个维度——时间。
三、多时相是怎么把两类地分开的
思路不复杂:不看一张,看一串。
耕地和荒地在时间序列上的表现完全不同。
地块被耕种的时候,一年里会有明显的节奏:播种期地表裸露、出苗后绿色快速上升、生长期覆盖度维持在高位、成熟期绿色回落、收获后地表又变回裸地或者残茬。这个曲线起伏大,拐点清晰。
常年闲置的地块,节奏就平得多:春天返青、夏天旺长、秋天枯黄、冬天休眠,跟着气候走,没有人工干预带来的突变。它的曲线是缓慢的、连续的一条波。
把同一地块两年、三年的曲线放在一起比,"有没有人工干预期"就显出来了。
为什么不直接看纹理?因为在这个分辨率下,纹理信息基本被抹平了。分辨率够高的时候,作物行距、垄向这些结构特征能辅助判断;但常用的米级数据下,一块地的内部细节看不太出来,只能靠时间上的差异来补。
还有一个更直接的指标,是年内的最小覆盖度。种过的地,播种前后会有一段时间覆盖度接近裸地——那是翻耕和播种留下的窗口。没种过的地,这个窗口不存在,全年绿度都不低。
短期闲置的关键识别点也在这里。上半年种过,说明这一季有耕作行为。它的年序列里,会出现一段"先裸后绿再裸"的完整过程。常年荒地没有这个结构。
四、时相数量和窗口,两个硬参数
要在作业里做这件事,参数得定清楚。
先说时相数量。一年只取两期影像,不足以判断耕作行为。一般需要覆盖关键物候期的多期数据,通常五到八期是比较可操作的量。期数太少,曲线的拐点会丢;期数太多,云量导致可用样本反而下降。
再说时相分布。简单说就是"关键期不能缺":播种前后的裸地期、出苗后的快速上升期、成熟期。这三个窗口如果缺一个,判断的可信度就掉。
时间分辨率上,目前常用的影像重访周期在几天级别,理论上一年能拿到几十期。但可用期数受云量、轨道、数据质量影响,实际能用上的往往打个对折甚至更多。
空间分辨率上,地块特别碎的地方要小心。一块只有几分的地,如果影像分辨率是米级,一个像元可能跨到隔壁地块,"这块地"和"那块地"的曲线就混了。这种地方要么用更高的分辨率数据,要么靠人工辅助判断。
还有一个容易被忽略的参数是波段。常用的近红外波段对植被敏感,是判断绿度的主力。红光和近红外的组合,能算出一个反映植被活力的指数,这个指数比单看某一波段的灰度值稳定得多。作业里说的"绿度曲线",多数就是基于这个指数做的。
绿度指数还有一个好处:它是相对量,不是绝对量。同一块地去年和今年比、这块地和隔壁比,都成立。这比绝对值更好用,因为绝对值受大气和成像条件影响很大,同一天拍的两次都可能不一样。
五、一次作业的复盘
去年我们在一个丘陵县配合做过撂荒核查,前后用了两周。
第一周先做数据准备。调了两年内多期影像,去除云量高的,能用的留下十几期。逐期做地块级统计,生成每块地的绿度曲线。
第二周开始判断。按曲线形态分了三类:有明显耕作节奏的、曲线平缓的、介于两者之间的。
问题出在第二类里。有一批地块曲线很平,按模型判断是长期闲置。但当地反馈说这些地块是种了果树的,只是还没进入盛果期,树冠小,覆盖度上不去。
这是一个容易踩的坑。果树这类多年生作物,年内的绿度变化本来就平缓,跟荒地在曲线上有点像。区分它们的办法是看多年趋势——果树是逐年往上走的,荒地在低位徘徊。这个判断需要三年以上数据,两年不够。
后来我们把这一批单独拎出来,结合当地果园台账和无人机抽查,改正了几百亩。
另一个情况更有意思。有块地当年判为耕地,第二年复查时曲线突然变平了。我们以为是模型出错,实地一去,是农户把地流转出去了,新承包方当年没种。这不是算法问题,是真实变化,正是因为做了多期对比才发现的。
六、这笔账怎么算
人工跑撂荒核查是什么样的效率?
一个乡镇跑一遍,看过来的经验,山区三四个人要跑一两周,平原快一些,也要一周左右。按地块算,一个人一天在山区核几十块,平原能到上百块,一个中等乡镇动辄几千块地,工作量摆在那里。而且判断标准不容易统一——不同的人对"这块算不算荒"看法会不一样。
用多时相预筛之后,人工只需要进"判不准"的那一批。粗算下来,人工核查的工作量能压到原来的三到四成。省下来的时间,可以放在真正需要现场确认的地方。
准确性上也有改善。人工判断的主观差异,在预筛环节被拉平了——同一套曲线、同一套规则,出来的结果至少在口径上是一致的。这对于需要跨区域汇总的统计工作很重要。
对管理方来说,更大的价值是可比性。同一套方法,今年和明年跑出来的结果能放在一起看,变化趋势才站得住。
七、几条要提醒的
第一,两年数据不够。三年起步更稳,尤其是要区分果树和荒地的情况。
第二,关键物候期不能缺。宁可减少总期数,也要保住播种期和收获后这两个窗口。
第三,碎地块要提前处理。分辨率不够的地方,要么换数据,要么把这块排除在自动判别之外,直接转人工。
第四,判定结果要能被复核。曲线、取值、判定依据都要留档,不然出了分歧没法解释。这也是后期数据质量抽查时最容易被问的地方。
补充一个数量级参考:一个县如果有一万块地纳入核查,按两成抽取做实地核验,就是两千块。山区一块地核验要十几分钟,两千块就是几百个人天。这个量级决定了核验比例不能随便往高了定,得跟工期和人力对得上。
八、我们在做什么
时维遥感做农业遥感与农业数据服务。多时相影像分析、地块级变化检测、作物分布提取、撂荒地核查,都属于我们日常在做的方向,服务对象包括农业统计调查机构、农业主管部门和涉农保险机构。
九、最后一句
上半年种、下半年闲,这类地在一期影像里确实看不出来。它需要的不是更清楚的图,而是一条更长的线。把时间这个维度加进来,两类地就分开了。
时维遥感——遥感+AI,让农业更智慧
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