中国农业大学土地学院冯权泷副教授团队在农业塑料覆被遥感智能提取领域取得重要进展

近日，土地学院副教授冯权泷团队的“全国塑料大棚分布数据”在国内外首次公开发表，受到了农学、遥感、生态、环境等领域研究人员的高度关注，并入选“2024年度中国高影响力数据论文榜单”。

农业塑料覆被主要包括塑料地膜和塑料大棚两大类，两者均可通过增加土壤湿度和温度来提高农作物产量和品质，因此在全球范围内被广泛使用。相关资料显示，我国作为世界上地膜和塑料大棚占地面积最大的国家，地膜和塑料大棚面积分别占全球75%和60%左右。因此，掌握全国地膜和塑料大棚的空间分布模式对我国农业、环境、生态、区域可持续发展等都具有十分重要的意义。

以往研究多集中在利用卫星遥感单独提取地膜或塑料大棚，很少涉及到二者的精确区分。由于两者光谱特征极为相似，将导致大范围农业塑料覆被制图时出现类别混淆。针对这一重要且长期被忽视的问题，课题组从前沿的AI视觉大模型、弱监督学习、主动学习等策略出发，开展了遥感智能算法研究，公开发表了第一个全国地膜空间分布数据集、第一个全国塑料大棚空间分布数据集，以及第一个10米分辨率全球塑料大棚空间分布数据集。上述开源数据集作为土地信息系在遥感智能方向的代表性工作之一，受到了国内外学者的广泛关注。

具体而言，在全国地膜制图工作中，基于视觉大模型VMamba构建了地膜遥感识别模型，利用2020年Sentinel-2 影像提供了第一个公开发表的全国地膜空间分布数据集（China-PMF-10），总体精度为86%，空间分辨率为10米，可为厘清我国地膜覆盖的基本格局提供数据支撑（图1）。

a. 2020年全国地膜分布及分类细节图

b. 2020年全国县域地膜面积统计图 c. 2020年全国县域“地膜/耕地”面积比例统计图

图1. 2020年全国地膜分布及统计专题图

在全国塑料大棚制图工作中，考虑到地膜和大棚在存续时间上存在差异，以film-on和film-off两个时相遥感影像作为输入，基于主动学习和随机森林实现了2019年全国30米分辨率塑料大棚制图，取得了87%的分类精度，解决了大范围塑料大棚制图时因地膜造成的分类错误（图2）。上述全国塑料大棚分布数据为国内外首次公开发表，受到了农学、遥感、生态、环境等领域研究人员的高度关注，并入选“2024年度中国高影响力数据论文榜单”。

图2. 2019年全国塑料大棚分布图及高影响力数据论文证书

在上述工作基础上，基于弱监督学习和深度语义分割模型APC-Net，利用2020年Sentinel-2影像发布了第一个10米分辨率全球塑料大棚空间分布数据集（Global-PCG-10），取得了92%的分类精度，可为全球塑料大棚调查提供基础数据（图3）。

图3. 2020年全球塑料大棚分布专题图

冯权泷副教授自2018年7月以博士后身份入校以来，在朱德海教授、杨建宇教授等指导下，一直从事“AI+农业遥感”交叉学科研究，主持了国家自然科学基金青年基金、中国博士后基金特别资助等项目，共同指导博士生牛博文、硕士生陈泊安、任燕、李婷等在Nature数据期刊Scientific Data、遥感、地学、农学Top期刊International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation、Computers and Electronics in Agriculture、Cities 和人工智能Top期刊 IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence (TPAMI) 发表多篇论文，入选“2024中国知网高被引作者Top-5%（地理学）”，同时担任《遥感学报》和《农业机械学报》青年编委、RSE、ISPRS P&RS等三十余个国内外期刊审稿专家。

相关数据集如下：

1.China-PMF-10全国10米分辨率地膜空间分布数据集：

Niu B., Feng Q.*, Zhang X., et al. China-PMF-10: a 10-m national map of plastic-mulched farmlands in China of 2020 using deep semantic segmentation. figshare. 2025, https://doi.org/10.6084/m9.figshare.28528919.v2

2.Global-PCG-10全球10米分辨率塑料大棚空间分布数据集：

Niu B., Feng Q.*, Qiu B., et al. Global-PCG-10: a 10-m global map of plastic-covered greenhouses derived from Sentinel-2 in 2020. figshare. 2024, https://doi.org/10.6084/m9.figshare.27731148.v2

3.2019年全国农业塑料大棚遥感分类数据集:

冯权泷, 牛博文, 朱德海*, 等. 2019年全国农业塑料大棚遥感分类数据集. 中国科学数据. 2021, 6(4): 153-170.