近日，北京师范大学赵文智团队在高精度农作物物候产品生产中取得进展。该物候产品将合成孔径雷达（SAR）卫星数据和光学卫星数据相结合，在地面物候站点的协助下，建立了“天-地一体化”农作物物候表征策略，开创了基于深度协同的多模态遥感时空融合与感知理论，进而为光学与SAR卫星之间的地表信号响应不一致的问题提供解决思路。 作物物候参数（如SOS、EOS等）是作物动态监测的关键指标，准确的作物物候信息探测对于精准农业、作物产量估算以及农业生产力水平的提高至关重要。传统的作物物候学信息提取多是通过专业人员频繁观察来记录特定变化事件的时间，或者基于物候观测相机每天多次重复拍摄特定区域的作物生长状态。 遥感技术具有监测范围广、成本低、重访周期短的优点，它为作物动态监测提供了一种具有成本效益和可靠性的方法。然而，当前基于遥感数据的物候学研究主要依赖于中低分辨率的光学遥感数据，包括AVHRR和MODIS等，这些中等分辨率的传感器可以有效地捕捉大规模甚至全局的植被物候参数，但中低空间分辨率数据中包含了复杂的背景信息，无法精准地表征实际作物信息。 新一代地球观测卫星提供了更高空间分辨率、更短重访间隔的图像，如哨兵系列卫星，这引起了对精细尺度作物物候学制图的进一步研究。现在，可以从更精细的卫星数据中解析单个农田地块，并估计特定作物的物候信息。然而，当前研究表明，地面物候观测相机估计的物候参数与卫星推到出的物候参数有很大区别（通常卫星观测物候节点误差在30天左右），其主要原因是卫星和物候相机之间的观测频率和三维结构信号响应的差异。因此，如何有效耦合地面观测与遥感卫星数据实现高精度的物候探测是一个亟待解决的问题。 本产品采用北师大团队提出的DeepCrop模型，该模型借助地面物候观测站点标注数据，深度融合光学-SAR卫星时间序列观测影像，采用时空编码器单元对多源卫星时空特征进行堆叠与协同，最终实现作物物候节点的精准探测（如图1所示）。 图 1 北师大团队提出的DeepCrop模型
在模型的基础上，我们生产了整个加州种植农作物的物候信息产品，并对其进行了说明和验证。 一、物候产品说明： 时间范围：2020年全年； 空间覆盖范围：美国加州主要农业区； 空间分辨率：10m； 产品所对应的数值表示一年中的第多少天（DOY）； 负责人：赵文智、李凯源、屈炀、彭瑞、季风呈、路秋叶 下载地址：https://zenodo.org/records/10578700 二、制图结果： 图2 加州地区SOS 20产品 图3 加州地区EOS 20产品 三、精度验证： 为了测试产品的正确性，我们选取了几个不同作物类型的区域进行了验证。 首先是经过筛选之后加州地区唯一一个地面物候观测测试站点上的验证（其中Phenocam站点名：bouldincorn；经纬度：38.109，-121.535，对应的作物类型为玉米，对应地块位置如图4所示）。 图4 地面物候观测站点对应SOS产品区域 在20%的阈值下我们产品在该站点上的结果分别为SOS-125，EOS-225。然而，该站点数据在1、2月份因为未知原因导致物候相机数据存在缺失，如图5所示。因此肯定会导致该站点所提取的物候时间节点不准确，为此，我们将站点上真实拍摄的图像单独拿出来进行真实性检验，对应的图像分别如图6所示（其中为了更好的进行比较，我们都选取了当天中午1点左右所拍摄的结果）。 图 5 站点数据缺失分布 从图片中可以看出，SOS-125对应的图像明显是犁地播种之后的场景，EOS-225是作物逐渐变成熟的场景，更加符合现实情况。
图 6基于卫星的物候产品SOS- EOS提取结果对应的物候相机拍摄图像 其次，我们还在加州分别选取了多个地区不同作物类型对应的物候制图结果进行分析，如下图所示，包含水稻、棉花与杏仁。由于没有真实的地面观测站点真值做对比，所以只能从统计数据上来进行验证。 首先对于加州地区的水稻，根据https://calrice.org/industry/how-rice-grows/对加州地区水稻的介绍，与四月份该地区开始准备种植，并于八月份开始成熟，九月份开始收割。产品上提取的SOS与EOS结果分别在145天、250天附近，与实际情况相符合。 图7 水稻：145、250 其次是加州地区的番茄，根据https://yourgardendiary.com/us-regions/how-to-grow-tomatoes-in-california/对加州地区番茄的种植规律介绍，3 月下旬到 4 月上旬是本州大部分地区的安全播种期，并于其生长周期大约为100多天。产品上提取的SOS与EOS结果分别在142、287天附近，与实际情况相符合。 图8番茄：142、287 最后对于加州地区的杏仁树，与其他作物类型不同，杏仁树属于半永久型植被，杏仁园一旦建立起来，就能逐年进行收获。根据https://www.almonds.com/why-almonds/almond-lifecycle对加州地区杏仁树的生长规律介绍，从 11 月到次年 1 月，杏树进入休眠期，在加利福尼亚凉爽潮湿的冬季，杏树会落叶，变得寒冷。果园的土壤为即将到来的生长季节储存雨水，而树木则为明年的作物储存养分和能量。休眠期快结束时，每棵树枝上的花蕾开始膨大，为开花做准备，并在6月份，杏仁开始完全成熟，产品上提取的SOS与EOS结果分别在47、172天附近，与实际情况也比较符合。 图9杏仁：47、172
论文发表信息： Spatial-aware SAR-optical time-series deep integration for crop phenology tracking发表在遥感领域国际权威杂志Remote Sensing of Environment上，主要完成人：赵文智、屈炀、李凯源等
