基于Hyperion高光譜數(shù)據(jù)的土壤鹽漬化定量反演方法研究.pdf

1、自然和人為因素，會(huì)造成某些區(qū)域的士壤鹽分積聚，當(dāng)土壤含鹽量太高（超過0.3％）時(shí)會(huì)造成土壤的鹽漬化。土壤的鹽漬化直接關(guān)系到生態(tài)環(huán)境，影響著農(nóng)作物的生長，是農(nóng)業(yè)開發(fā)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大限制條件和障礙因素。據(jù)估計(jì)，全球有九億五千萬公頃的土地受到不同程度的鹽漬化侵蝕，其中每年大約有一千萬公頃土地因鹽漬化而廢棄。及時(shí)探測土壤鹽漬化信息，評(píng)價(jià)鹽漬化程度，對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，鹽堿化土壤的防治和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。
　　 遙感技術(shù)能大面積重

2、復(fù)獲取同一地區(qū)的信息，具有宏觀、綜合、動(dòng)態(tài)、快速的特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于鹽漬土的探測和遙感制圖。高光譜遙感傳感器獲取的圖像具有圖譜合一的特點(diǎn)，能對(duì)每個(gè)像元提供近乎連續(xù)的光譜信息，精細(xì)的光譜分辨率反映了地物光譜的細(xì)微特征，使得土壤鹽漬化的遙感定量研究成為可能。
　　 本論文在中國地質(zhì)調(diào)查局“青藏高原衛(wèi)星高光譜鹽漬化定量監(jiān)測方法試驗(yàn)研究”課題的支持下展開研究。論文以樣本土壤的理化分析結(jié)果和樣本的實(shí)驗(yàn)室光譜為基礎(chǔ)，首先研究了鹽漬土的鹽分

3、特征、光譜特征，含鹽量的敏感光譜波段，接著采用PLSR回歸原理建立了土壤含鹽量與光譜反射率的關(guān)系模型，最后利用所建模型對(duì)Hyperion高光譜影像實(shí)施土壤鹽漬化定量反演。論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 1)Hyperion高光譜影像預(yù)處理。包括壞線修復(fù)、去除條紋、幾何糾正以及采用FLAASH模型對(duì)Hyperion高光譜影像的大氣糾正。針對(duì)Hyperion高光譜影像的特點(diǎn)，本文在MNF變換去條紋法、全局變量去條紋法的基礎(chǔ)上，提出了

4、一種局部變量去條紋法，并利用IDL語言編制了一個(gè)模塊嵌入ENVI影像處理軟件平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法較為簡單且行之有效。
　　 2)在實(shí)地采集的42個(gè)土壤樣本理化分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)鹽漬士的鹽分組成特征進(jìn)行分析。研究區(qū)土壤鹽分中，陰離子以C1為主，占陰離子總量的70.39％，陽離子以Na為主，占陽離子總量的78.71％，C1、Na與土壤鹽分的相關(guān)性顯著。理化分析結(jié)果表明：該研究區(qū)不屬于有機(jī)質(zhì)土壤，土壤中主要是氯化物，鈉離子

5、、鎂離子與氯離子是主要的結(jié)合方式，鹽基離子特征明顯。
　　 3)土壤樣本的光譜特性分析與敏感波段選擇。在實(shí)驗(yàn)室光譜測量的基礎(chǔ)上，通過光譜數(shù)據(jù)重采樣及連續(xù)統(tǒng)變換進(jìn)行樣本土壤的反射光譜特征分析。各樣本土壤的光譜特征在總體形態(tài)上基本相似，曲線斜率變化比較平緩，且基本平行，這意味著許多相鄰波段間具有高度相關(guān)性，樣本土壤間的光譜反射率差別在可見光波段(350～589nm)較小，在近紅外至短波紅外波段（8002～500nm）相對(duì)較大。鹽漬土

6、除1416、1930及2203nm處的吸收峰在原始反射率光譜上能非常清晰識(shí)別外，其它吸收特征寬且弱，經(jīng)過連續(xù)統(tǒng)去除后，鹽漬土光譜不同深度的吸收特征峰凸顯出來。
　　 4)應(yīng)用偏最小二乘回歸方法(PLSR)建立土壤鹽分定量反演模型。首先對(duì)全部169波段采用PLSR建模，得到17個(gè)檢驗(yàn)樣本的實(shí)測值與預(yù)測值的擬合R2為0.70，全部42個(gè)樣本的擬合R2為0.9023；然后通過模型系數(shù)、含鹽量與反射光譜的相關(guān)系數(shù)，確立對(duì).土壤鹽分變化敏

7、感的43個(gè)波段為：13～15, 26～30, 33, 48～57, 59～60, 62～63, 65～66, 78～83, 97, 126～127, 129～131,136～138，161,165～166，用這43個(gè)敏感波段進(jìn)行PLSR建模，得到17個(gè)檢驗(yàn)樣本的實(shí)測值與預(yù)測值的擬合R2為0.66，全部42個(gè)樣本的R2為0.9066。建模及模型檢驗(yàn)結(jié)果表明：用敏感波段建立的簡化模型與用全波段所建模型的精度基本一致，說明敏感波段的選擇是有效