Rice identification and change detection using TerraSAR-X data

Abstract

Rice is the staple grain in China and accounts for about 42% of the nation's food production. Most of China's paddy rice production is located in the southern provinces of the country where cloud cover and frequent rain severely limit opportunities for optical satellite acquisitions. The small field sizes, typical of paddy rice, also challenge the exploitation of satellite data for monitoring rice production. Synthetic aperture radar (SAR) sensors are able to successfully acquire data under most atmospheric conditions, and the change in backscatter, from rice emergence through to crop maturity and harvest, permits the detection of rice fields using SAR imagery. Recently launched sensors, including TerraSAR-X, can provide data at spatial resolutions suitable for rice monitoring in southern China. The objective of this study was to assess TerraSAR-X imagery for identification of late rice and to develop a change detection methodology to quantify changes in rice acreages. The lowlands of the Xuwen study site in Guangdong Province are dominated by rice paddies. Results of this analysis revealed that the TerraSAR-X data were able to identify rice paddies with a 96% accuracy and acreage change to an accuracy of 99%.

Le riz est la céréale de base en Chine et représente 42% de la production alimentaire du pays. La majorité de la production de riz est localisée dans les provinces du sud du pays, où le couvert nuageux et les pluies fréquentes limitent considérablement les possibilités d'acquisition de données optiques satellitaires. La dimension réduite typique des rizières pose également un défi à l'exploitation des données satellite pour le suivi de la production du riz. Les capteurs radar à synthèse d'ouverture (RSO) permettent d'acquérir des données dans la majorité des conditions atmosphériques et le changement dans la rétrodiffusion du riz, du stade d’émergence jusqu'au stade de maturité et de la récolte, permet de détecter les rizières à l'aide des données radar. Les capteurs lancés récemment, incluant TerraSAR-X, peuvent fournir des données à des résolutions spatiales propices pour le suivi du riz dans le sud de la Chine. L'objectif de cette étude était d’évaluer les images de TerraSAR-X pour l'identification du riz tardif et de développer une méthodologie de détection du changement permettant de quantifier les changements dans les superficies rizicoles. Les terres basses du site d’étude de Xuwen, dans la province de Guangdong, sont dominées par des rizières. Les résultats de cette analyse ont révélé que les données de TerraSAR-X permettaient d'identifier les rizières avec une précision de 96% et le changement dans les surfaces rizicoles avec une précision de 99%.

[Traduit par la Rédaction]

Acknowledgement

The authors would like to acknowledge the support of the German Space Agency (DLR). The TerraSAR-X data were provided by DLR under scientific project LAN0337.