Automatic extraction of red raspberry planting areas using time series multispectral images

WANG Zhipeng; WANG Xiaofei

doi:10.37188/OPE.20233107.1096

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Automatic extraction of red raspberry planting areas using time series multispectral images

Information Sciences | 更新时间：2026-09-12

- Automatic extraction of red raspberry planting areas using time series multispectral images
- Optics and Precision Engineering Vol. 31, Issue 7, Pages: 1096-1106(2023)
- 作者机构：
  
  黑龙江大学电子工程学院，黑龙江哈尔滨 150000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20233107.1096
  CLC： TP394.1;TH691.9
- Received：18 August 2022，
  
  Revised：2022-08-30，
  
  Published：10 April 2023
- 稿件说明：
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王志鹏,王晓飞.利用时序多光谱影像实现红树莓地种植区域的自动提取[J].光学精密工程,2023,31(07):1096-1106.

WANG Zhipeng,WANG Xiaofei.Automatic extraction of red raspberry planting areas using time series multispectral images[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(07):1096-1106.
王志鹏,王晓飞.利用时序多光谱影像实现红树莓地种植区域的自动提取[J].光学精密工程,2023,31(07):1096-1106. DOI： 10.37188/OPE.20233107.1096.

WANG Zhipeng,WANG Xiaofei.Automatic extraction of red raspberry planting areas using time series multispectral images[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(07):1096-1106. DOI： 10.37188/OPE.20233107.1096.

摘要

树莓有“第三代黄金水果”的美誉，对于红树莓之乡——尚志而言，准确获取树莓的种植面积对该区域的农作物种植结构调整、产业发展有着重大的意义。以黑龙江省尚志市苇河镇周家营子村为研究区，利用Sentinel-2数据较高的空间和时间分辨率，获得研究区的时序数据，基于该影像剖析研究区作物成长中每个时期的光谱特性和归一化植被指数的时序变化，采用CART算法开展了研究区树莓种植面积估计的研究。与仅依据多时相遥感影像得到的种植区域结果对比，探究NDVI时序数据的参与给区域提取精度带来的变化，并与基于最佳时相数据的面向对象分类和支持向量机分类两种分类算法所得的结果相比较。实验结果表明：基于时序CART算法的两种方法提取树莓种植面积较另外两种分类算法都有更理想的效果，可以得到作物种植面积与空间分布，能够满足作物监测的需求；在利用多时相数据分类的基础上，NDVI时序数据的加入，使作物之间的光谱差异得以放大，分类精度得到提升，相比仅依据Sentinel-2多时相数据分类精度提高了1.67%，Kappa系数提高了0.02。

Abstract

Raspberry has the reputation of being "the third generation of gold fruits." Obtaining accurate data on the planting area of raspberries is of great significance for adjusting the crop planting structure and industrial development in Shangzhi， the red raspberry country. Taking Zhoujiayingzi village， Weihe town， Shangzhi city， Heilongjiang province as the study area， a high spatial and temporal resolution of Sentinel-2 data was used to obtain time series data of the study area. Using time-series changes in terms of spectral characteristics and normalized vegetation index， the CART algorithm was used to estimate the raspberry planting area in the study area. A comparison with the results of planting areas obtained based only on multi-temporal remote sensing images was performed to explore any differences due to the participation of NDVI time-series data on the area extraction accuracy， and to compare the object-oriented classification and the support vector machine classification based on optimal time-phase data. The experimental results show that the two methods based on the time series CART algorithm obtain better results than the other two classification algorithms in extracting the planting area of raspberries and that they can obtain the planting area and spatial distribution of crops with a higher accuracy， which meets the needs of crop monitoring. NDVI time series data were then added to the multi-temporal data classification so that the spectral difference between crops could be enlarged， and the classification accuracy improved. Compared with only using Sentinel-2 multi-temporal data， the classification accuracy is improved by 1.67% and the Kappa coefficient is improved by 0.02.

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Keywords

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EVDOKIMENKO S N ， SAZONOV FF ， PODGAETSKY M A . Primocane raspberry cultivars for industrial cultivation in Russia ［C］. VII International Rubus and Ribes symposium ： Innovative Rubus and Ribes production for high quality berries in changing environments. Belgium： Drukkerij Graphius ， 2020 ： 301 - 305 . doi: 10.17660/actahortic.2020.1277.44 http://dx.doi.org/10.17660/actahortic.2020.1277.44

ORZEL A ， KOSTECKA-GUGALA A ， DANEK B . New release： early season red raspberry cultivar of Polish'Delniwa' brings high quality fruit to the market ［C］. VII International Rubus and Ribes symposium ： Innovative Rubus and Ribes production for high quality berries in changing environments. Belgium： Drukkerij Graphius ， 2020 ： 301 - 305 . doi: 10.17660/actahortic.2020.1277.19 http://dx.doi.org/10.17660/actahortic.2020.1277.19

徐洪峰，陈林，张方钢，等 . 浙江悬钩子属（蔷薇科）植物新资料（Ⅱ）［J］. 浙江林业科技， 2020 ， 40 （ 3 ）： 85 - 90 .

XU H F ， CHEN L ， ZHANG F G ， et al . New materials of rubus L. in Zhejiang（Ⅱ）［J］. Journal of Zhejiang Forestry Science and Technology ， 2020 ， 40 （ 3 ）： 85 - 90 . （in Chinese）

陈高坤，张方钢，谢文远，等 . 浙江蔷薇科悬钩子属一新种：陈谋悬钩子［J］. 温州大学学报（自然科学版）， 2021 ， 42 （ 1 ）： 59 - 62 . doi: 10.3875/j.issn.1674-3563.2021.01.008 http://dx.doi.org/10.3875/j.issn.1674-3563.2021.01.008

CHEN G K ， ZHANG F G ， XIE W Y ， et al . Rubus chenmouanus（Rosaceae）， a new species from Zhejiang ［J］. Journal of Wenzhou University （Natural Science Edition）， 2021 ， 42 （ 1 ）： 59 - 62 . （in Chinese） . doi: 10.3875/j.issn.1674-3563.2021.01.008 http://dx.doi.org/10.3875/j.issn.1674-3563.2021.01.008

陈红顺，贺辉，肖红玉，等 . 基于光谱特征的高空间分辨率遥感影像阴影检测［J］. 光学精密工程， 2015 ， 23 （ 10 z）： 484 - 490 .

CHEN H SH ， HE H ， XIAO H Y ， et al . Shadow detection in high spatial resolution remote sensing images based on spectral features ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2015 ， 23 （ 10 z）： 484 - 490 . （in Chinese）

BAZI Y ， MELGANI F . Toward an optimal SVM classification system for hyperspectral remote sensing images ［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing ， 2006 ， 44 （ 11 ）： 3374 - 3385 . doi: 10.1109/tgrs.2006.880628 http://dx.doi.org/10.1109/tgrs.2006.880628

张伐伐，李卫忠，卢柳叶，等 . SVM多窗口纹理土地利用信息提取技术［J］. 遥感学报， 2012 ， 16 （ 1 ）： 67 - 78 . doi: 10.11834/jrs.20120415 http://dx.doi.org/10.11834/jrs.20120415

ZHANG F F ， LI W ZH ， LU L Y ， et al . Technologies of extracting land utilization information based on SVM method with multi-window texture ［J］. Journal of Remote Sensing ， 2012 ， 16 （ 1 ）： 67 - 78 . （in Chinese） . doi: 10.11834/jrs.20120415 http://dx.doi.org/10.11834/jrs.20120415

RICK L ， LAWRENCE ， . Mapping invasive plants using hyperspectral imagery and Breiman Cutler classifications （randomForest）［J］. Remote Sensing of Environment ， 2006 ， 100 （ 3 ）： 356 - 362 . doi: 10.1016/j.rse.2005.10.014 http://dx.doi.org/10.1016/j.rse.2005.10.014

张磊，宫兆宁，王启为，等 . Sentinel-2影像多特征优选的黄河三角洲湿地信息提取［J］. 遥感学报， 2019 ， 23 （ 2 ）： 313 - 326 . doi: 10.11834/jrs.20198083 http://dx.doi.org/10.11834/jrs.20198083

ZHANG L ， GONG ZH N ， WANG Q W ， et al . Wetland mapping of yellow river delta wetlands based on multi-feature optimization of sentinel-2 images ［J］. Journal of Remote Sensing ， 2019 ， 23 （ 2 ）： 313 - 326 . （in Chinese） . doi: 10.11834/jrs.20198083 http://dx.doi.org/10.11834/jrs.20198083

阎静，王汶，李湘阁 . 利用神经网络方法提取水稻种植面积：以湖北省双季早稻为例［J］. 遥感学报， 2001 ， 5 （ 3 ）： 227 - 230， 246 . doi: 10.3321/j.issn:1007-4619.2001.03.011 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1007-4619.2001.03.011

YAN J ， WANG W ， LI X G . Extracting the rice planting areas using an artificial neural network ［J］. Journal of Remote Sensing ， 2001 ， 5 （ 3 ）： 227 - 230， 246 . （in Chinese） . doi: 10.3321/j.issn:1007-4619.2001.03.011 http://dx.doi.org/10.3321/j.issn:1007-4619.2001.03.011

SOE W ， MYINT . Per-pixel vs. object-based classification of urban land cover extraction using high spatial resolution imagery ［J］. Remote Sensing of Environment ， 2011 ， 115 （ 5 ）： 1145 - 1161 . doi: 10.1016/j.rse.2010.12.017 http://dx.doi.org/10.1016/j.rse.2010.12.017

王庆超，付光远，汪洪桥，等 . 多核融合多尺度特征的高光谱影像地物分类［J］. 光学精密工程， 2018 ， 26 （ 4 ）： 980 - 988 . doi: 10.3788/ope.20182604.0980 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20182604.0980

WANG Q CH ， FU G Y ， WANG H Q ， et al . Fusion of multi-scale feature using multiple kernel learning for hyperspectral image land cover classification ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2018 ， 26 （ 4 ）： 980 - 988 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20182604.0980 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20182604.0980

郑淑丹，郑江华，石明辉，等 . 基于分形和灰度共生矩阵纹理特征的种植型药用植物遥感分类［J］. 遥感学报， 2014 ， 18 （ 4 ）： 868 - 886 . doi: 10.11834/jrs.20143282 http://dx.doi.org/10.11834/jrs.20143282

ZHENG SH D ， ZHENG J H ， SHI M H ， et al . Classification of cultivated Chinese medicinal plants based on fractal theory and gray level co-occurrence matrix textures ［J］. Journal of Remote Sensing ， 2014 ， 18 （ 4 ）： 868 - 886 . （in Chinese） . doi: 10.11834/jrs.20143282 http://dx.doi.org/10.11834/jrs.20143282

蔡文婷，赵书河，王亚梅，等 . 结合Sentinel-2光谱与纹理信息的冬小麦作物茬覆盖度估算［J］. 遥感学报， 2020 ， 24 （ 9 ）： 1108 - 1119 . doi: 10.11834/jrs.20208471 http://dx.doi.org/10.11834/jrs.20208471

CAI W T ， ZHAO SH H ， WANG Y M ， et al . Estimation of winter wheat residue cover using spectral and textural information from Sentinel-2 data ［J］. Journal of Remote Sensing ， 2020 ， 24 （ 9 ）： 1108 - 1119 . （in Chinese） . doi: 10.11834/jrs.20208471 http://dx.doi.org/10.11834/jrs.20208471

郑阳，吴炳方，张淼 . Sentinel-2数据的冬小麦地上干生物量估算及评价［J］. 遥感学报， 2017 ， 21 （ 2 ）： 318 - 328 . doi: 10.11834/jrs.20176269 http://dx.doi.org/10.11834/jrs.20176269

ZHENG Y ， WU B F ， ZHANG M . Estimating the above ground biomass of winter wheat using the Sentinel-2 data ［J］. Journal of Remote Sensing ， 2017 ， 21 （ 2 ）： 318 - 328 . （in Chinese） . doi: 10.11834/jrs.20176269 http://dx.doi.org/10.11834/jrs.20176269

唐少飞，田庆久，徐凯健，等 . Sentinel-2卫星落叶松林龄信息反演［J］. 遥感学报， 2020 ， 24 （ 12 ）： 1511 - 1524 .

TANG SH F ， TIAN Q J ， XU K J ， et al . Age information retrieval of Larix gmelinii forest using Sentinel-2 data ［J］. Journal of Remote Sensing ， 2020 ， 24 （ 12 ）： 1511 - 1524 . （in Chinese）

温奇，王薇，李苓苓，等 . 高分辨率遥感影像的平原建成区提取［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 10 ）： 2557 - 2564 . doi: 10.3788/ope.20162410.2557 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20162410.2557

WEN Q ， WANG W ， LI L L ， et al . Extraction of built-up area in plain from high resolution remote sensing images ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2016 ， 24 （ 10 ）： 2557 - 2564 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20162410.2557 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20162410.2557

张友水，原立峰，姚永慧 . 多时相MODIS影像水田信息提取研究［J］. 遥感学报， 2007 ， 11 （ 2 ）： 282 - 288 . doi: 10.11834/jrs.20070239 http://dx.doi.org/10.11834/jrs.20070239

ZHANG Y SH ， YUAN L F ， YAO Y H . Study on extraction of paddy rice fields from multitemporal MODIS images ［J］. Journal of Remote Sensing ， 2007 ， 11 （ 2 ）： 282 - 288 . （in Chinese） . doi: 10.11834/jrs.20070239 http://dx.doi.org/10.11834/jrs.20070239

宋桔尔，王雪，李培军 . 加入空间-时相纹理的高分辨率图像城市建筑物倒塌提取［J］. 遥感学报， 2012 ， 16 （ 6 ）： 1233 - 1245 . doi: 10.1007/s11783-011-0280-z http://dx.doi.org/10.1007/s11783-011-0280-z

SONG J E ， WANG X ， LI P J . Urban building damage detection from VHR imagery by including temporal and spatial texture features ［J］. Journal of Remote Sensing ， 2012 ， 16 （ 6 ）： 1233 - 1245 . （in Chinese） . doi: 10.1007/s11783-011-0280-z http://dx.doi.org/10.1007/s11783-011-0280-z

YAN J N ， LIU J W ， WANG L Z ， et al . Land-cover classification with time-series remote sensing images by complete extraction of multiscale timing dependence ［J］. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing ， 2022 ， 15 ： 1953 - 1967 . doi: 10.1109/jstars.2022.3150430 http://dx.doi.org/10.1109/jstars.2022.3150430

DEMIR B ， BOVOLO F ， BRUZZONE L . Classification of time series of multispectral images with limited training data ［J］. IEEE Transactions on Image Processing： a Publication of the IEEE Signal Processing Society ， 2013 ， 22 （ 8 ）： 3219 - 3233 . doi: 10.1109/tip.2013.2259838 http://dx.doi.org/10.1109/tip.2013.2259838

张猛，曾永年，朱永森 . 面向对象方法的时间序列MODIS数据湿地信息提取：以洞庭湖流域为例［J］. 遥感学报， 2017 ， 21 （ 3 ）： 479 - 492 . doi: 10.11834/jrs.20176129 http://dx.doi.org/10.11834/jrs.20176129

ZHANG M ， ZENG Y N ， ZHU Y S . Wetland mapping of Donting Lake Basin based on time-series MODIS data and object-oriented method ［J］. Journal of Remote Sensing ， 2017 ， 21 （ 3 ）： 479 - 492 . （in Chinese） . doi: 10.11834/jrs.20176129 http://dx.doi.org/10.11834/jrs.20176129

LI X H ， WANG H ， LI X B ， et al . Study on CropsRemote Sensing Classification based on Multi-temporal Land-sat 8 OLI Images ［J］. Remote Sensing Technology and Application ， 2019 ， 34 （ 2 ）： 389 - 397 .

张艳可，王金亮，苏怀，等 . 基于CART决策树的双尺度流域单元地貌分类研究：以北回归线（云南段）地区为例［J］. 地理与地理信息科学， 2021 ， 37 （ 2 ）： 84 - 92 .

ZHANG Y K ， WANG J L ， SU H ， et al . Study on landform classification of dual-scale watershed units based on CART： a case study of the tropic of cancer （Yunnan section）［J］. Geography and Geo-Information Science ， 2021 ， 37 （ 2 ）： 84 - 92 . （in Chinese）

刘欣 . 利用CART算法从LandSat8卫星影像提取居民地的研究：以张掖、临泽地区为例［D］. 兰州：兰州大学， 2015 .

LIU X . Using Cart Algorithm Extract Residential from Landsat 8 Images-Zhangye ， linze Case Study ［D］. Lanzhou ： Lanzhou University ， 2015 . （in Chinese）

毕恺艺，牛铮，黄妮，等 . 基于Sentinel-2A时序数据和面向对象决策树方法的植被识别［J］. 地理与地理信息科学， 2017 ， 33 （ 5 ）： 16 - 20， 27， 127 . doi: 10.3969/j.issn.1672-0504.2017.05.003 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-0504.2017.05.003

BI K Y ， NIU ZH ， HUANG N ， et al . Identifying vegetation with decision tree model based on object-oriented method using multi-temporal sentinel-2A images ［J］. Geography and Geo-Information Science ， 2017 ， 33 （ 5 ）： 16 - 20， 27， 127 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1672-0504.2017.05.003 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-0504.2017.05.003

田欣媛，张永红，刘睿，等 . 考虑植被红边信息的多时相Sentinel-2大范围冬小麦提取研究［J］. 遥感学报， 2022 ， 26 （ 10 ）： 1988 - 2000 .

TIAN X Y ， ZHANG Y H ， LIU R ， et al . Winter wheat planting area extraction over wide area using vegetation red edge information of multi-temporal Sentinel-2 images ［J］. National Remote Sensing Bulletin ， 2022 ， 26 （ 10 ）： 1988 - 2000 . （in Chinese）

张焕雪，曹新，李强子，等 . 基于多时相环境星NDVI时间序列的农作物分类研究［J］. 遥感技术与应用， 2015 ， 30 （ 2 ）： 304 - 311 .

ZHANG H X ， CAO X ， LI Q Z ， et al . Research on crop identification using multi-temporal NDVI HJ images ［J］. Remote Sensing Technology and Application ， 2015 ， 30 （ 2 ）： 304 - 311 . （in Chinese）

陈彦四，黄春林，侯金亮，等 . 基于多时相Sentinel-2影像的黑河中游玉米种植面积提取研究［J］. 遥感技术与应用， 2021 ， 36 （ 2 ）： 324 - 331 .

CHEN Y S ， HUANG CH L ， HOU J L ， et al . Extraction of maize planting area based on multi-temporal sentinel-2 imagery in the middle reaches of Heihe River ［J］. Remote Sensing Technology and Application ， 2021 ， 36 （ 2 ）： 324 - 331 . （in Chinese）

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