糖料蔗是广西农业的优势特色产业，种植高峰时期涉及94个县（市、区），总种植面积达1 650万亩[1]，自2005年以来，广西糖料蔗种植面积和产糖量均占全国产量的60%以上[1-2]。然而，由于近年来国际糖价下跌，广西糖料蔗种植机械化水平低、种植分散，导致种植成本居高不下，种植面积逐年减少[3]。为确保国家食糖安全，避免蔗糖产业过度依赖国际市场，广西壮族自治区人民政府办公厅印发了《广西推进“双高”基地生产全程机械化实施方案（2015-2020年）》[3-4]。“双高”基地建设对推进广西全区糖料蔗种植规模化、机械化发展以及提高亩产量起到了示范性作用。遥感技术在农业方面应用广泛，由于其高覆盖面、短重访周期、低获取成本的特性，被应用于大规模作物监测估产之中[5]。Landsat/TM、MODIS等遥感影像被应用于我国小麦、水稻、玉米等主要粮食作物的监测，提取分类精度较为理想[6-7]。中、低分辨率遥感影像适用于我国北方农作物单一地区，但对于丘陵遍布、地块破碎、作物种类多样的南方地区，各类特色作物需要高分辨率影像更清晰的纹理特征和更丰富的光谱特性才能进行有效区分[8]。国外商用高分辨率卫星价格高昂，难以展开大面积的农业监测工作。随着国家航天事业的兴起，我国遥感卫星已逐步替代国外卫星实现数据国产化，高分辨率遥感影像覆盖率逐年提高，覆盖周期逐年缩短，数据使用成本降低[9]。本文以国产高分辨率遥感影像作为数据基础，通过探究“双高”基地糖料蔗归一化植被指数的时序变化规律，分析其在高分辨率遥感影像上的特性，开展对广西全区范围内的“双高”基地的快速监测，掌握全区糖料蔗种植面积提供了参考依据。1数据与方法1.1甘蔗生长特性糖料蔗生育期可分为苗期、分蘖期、茎伸长期和工艺成熟期四个阶段。根据其宿根性，糖料蔗又分为新植蔗和宿根蔗，新植蔗一般于3月开始播种，5月进入分蘖期，6~10月为茎伸长期，11月为工艺成熟期。宿根蔗生育期约滞后于新植蔗15~20 d，加之气候、地理位置等因素，糖料蔗在广西全区范围内的生育时期存在一定的差异[10]。1.2数据来源北京二号属于国产商业卫星，卫星星座由3颗光学遥感卫星组成，搭载VHRI-100成像仪，在轨提供幅宽约24 km、0.8分辨率全色和3.2 m分辨率蓝、绿、红、近红外多光谱影像。不同月份的“双高”基地高分辨率影像光谱信息对比如图1所示。图1不同月份“双高”基地高分辨率影像光谱信息对比10.3969/j.issn.2096-1936.2021.05.004.F001（a）6月茎伸长期10.3969/j.issn.2096-1936.2021.05.004.F002（b）7月茎伸长期10.3969/j.issn.2096-1936.2021.05.004.F003（c）8月茎伸长期10.3969/j.issn.2096-1936.2021.05.004.F004（d）9月茎伸长期10.3969/j.issn.2096-1936.2021.05.004.F005（e）11月工艺成熟期“双高”基地范围数据依托糖业发展大数据平台建设项目获得，通过将“双高”基地图斑与正射校正、融合后的2019年不同月份北京二号高分辨率卫星影像套合，获得时间序列的“双高”基地影像图斑，可发现不同生长时期“双高”基地的光谱特性。苗期、分蘖期糖料蔗植株低矮、植被稀疏，影像纹理接近裸露地表，区分度低；6~8月，“双高”基地植被逐渐茂密，但由于宿根性不同导致的植株高度、长势差异，同一区域的不同地块仍呈现不同的纹理特征；9月，“双高”基地纹理逐渐趋同，生物素达到峰值；11月，进入工艺成熟期，部分糖料蔗开始砍收，未砍收的糖料蔗由于水分流失、集聚糖分，图斑均匀但浅于9月。由于本文研究的糖料蔗植被指数特征主要应用于“双高”基地监测与估产，且茎伸长期为产糖量提升的关键时期，因此，仅针对茎伸长期（6~9月）进行逐月采样，并选取11月为工艺成熟期进行参照比对。1.3方法由于植物叶子的细胞结构在近红外波段具有高反射值，叶绿素在红光波段具有强吸收的特征，在多光谱遥感图像中，利用近红外与红波段比值，可以突出图像中植被特征、提取植被类别或估算绿色生物量。归一化植被指数（NDVI）是被广泛应用的指数之一，计算如下：XNDVI=ρnir-ρredρnir+ρred （1）式中：ρnir——北京二号卫星影像中的近红外；ρred——北京二号卫星影像中的红波段值。2结果与分析随机提取“双高”基地不同月份样本点NDVI值作为抽样数据，并采用主成分分析（PCA）方法过滤5%的噪声值。NDVI值随时间变化的分布图与统计信息如图1、表1所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.05.004.T001表12019年度“双高”基地NDVI值抽样统计表月份平均值中值最大值最小值范围标准差方差样本数均值标准误差6月0.247 90.231 00.522 30.024 80.497 50.111 60.012 45960.004 67月0.309 50.361 10.539 7-0.025 80.565 50.159 00.025 32900.009 38月0.304 40.340 70.456 20.017 50.438 70.110 80.012 39660.003 69月0.363 80.372 10.447 70.204 30.243 40.048 40.002 31 7270.001 211月0.235 50.240 70.353 10.075 50.277 60.054 60.003 06500.002 110.3969/j.issn.2096-1936.2021.05.004.F006图12019年度“双高”基地NDVI值抽样情况根茎伸长期、工艺成熟期NDVI值均保持在0~0.54之间，根茎伸长期中期（7月）NDVI值差异显著，二值性最强（标准差=0.159 0），随着时间推移，根茎伸长期晚期（9月）NDVI值逐渐收敛至0.2~0.45之间。与9月相比，工艺成熟期（11月）NDVI范围差相近，但整体下降约0.13。3结论本试验得到了“双高”基地糖料蔗从茎伸长期到工艺成熟期的NDVI值范围。随着糖料蔗的生长，NDVI值呈收敛趋势，这是由于“双高”基地植物量随时间的推移而增加，新植蔗、宿根蔗差异逐渐缩小导致的。工艺成熟期NDVI值下降，是由于季节变化、糖料蔗生长成熟、叶面干枯等因素导致的。（1）高分辨率遥感影像适用于耕地破碎、作物多样且光谱相似度高的南方地区，且能够有效提升试验数据的准确性；（2）使用北京二号单一影像源，可避免异源传感器参数差异导致的光谱特性差异；（3）选择归一化植被指数进行研究，有效排除大气、太阳高度角等因素造成的差异；（4）选择无云覆盖的影像尽可能排除了天气、水汽等对NDVI值造成的影响；（5）随机选取全区范围内的“双高”基地的样本点，可兼顾广西区内的南北差异，最大限度地反映全区整体情况。4结语本试验研究并掌握了“双高”基地糖料蔗归一化植被指数的时序变化规律。利用试验成果，可快速、有效地区分“双高”基地中的休耕土地、林地、水面与人工地表（房屋、道路）等，及时发现非法占用农田、种植其他作物等现象，有利于监管部门进行及早处置。同时，可重点利用9月份高分辨率遥感影像，对广西全区进行摸排，及时掌握糖料蔗种植面积，合理统筹安排机械化收割、榨糖工作。此外，还可结合当年蔗糖产量数据，研究其NDVI值的数学关系并进行估产，服务于糖业主管部门的宏观管控。