基于星—地遥感数据协同的潍北地区土壤全盐量估测

发布时间：2020-06-14 04:43

【摘要】：土壤是人类赖以生存的最基本的可再生自然资源,其质量高低会直接影响社会经济的发展与人类的生存。农业发展过程中的不合理开发利用导致土壤环境破坏严重,土壤盐渍化成为沿海地区土壤退化的主要影响因素之一。盐渍化的土壤会影响作物的生长,导致粮食减产进而影响区域经济的发展。因此能够快速高效获取土壤盐分信息、动态且准确的监测土壤盐分随时空变化的特征,对于治理土壤盐渍化与实现农业可持续发展具有重要的现实意义。本文以潍坊北部海咸水入侵区作为研究区,在国家自然科学基金项目(41371395)、山东省地质环境监测总站“黄河三角洲高效生态经济区(潍坊)海咸水入侵调查与监控预警系统建设”、山东省自然科学基金“山东省国土资源遥感波谱库建设项目”以及“龙口矿区及周边海岸带遥感监测研究”的共同支持下,使用近地面实测高光谱数据进行土壤全盐量估测,选取通过检验且稳定性较好的模型作为星-地遥感数据协同反演估测的基础,利用协同遥感数据计算光谱指数,结合土壤全盐量建立土壤盐分星-地遥感数据协同估测模型,进行了一系列的研究:对不同土壤盐分含量的高光谱数据进行了分析,探究了不同盐渍化程度下土壤的光谱特征规律;对高光谱实测数据进行了光谱变换并采用相关分析获得了敏感特征波段用以提高模型精度,通过多元线性回归分析和偏最小二乘回归分析构建了土壤全盐含量高光谱估测模型;使用星-地遥感数据协同的方法,利用地面实测高光谱反射率数据模拟遥感影像多光谱波段数据并构建光谱指数建立模型用以估测土壤盐分含量,将建立的模型用于遥感影像进行反演研究区土壤盐分含量。主要结论如下:(1)不同盐分含量的土壤光谱存在不同规律,在325nm~1075nm波段范围内,不同盐分含量的土壤光谱曲线总体上变化趋势是一致的,随波长增加反射率逐渐上升。随着全盐含量(即盐渍化程度)的增加,土壤光谱反射率在各个波段逐渐增强。变化趋势相对平缓。波段范围越靠后,反射率增加的趋势越明显。(2)利用土壤高光谱数据对土壤全盐量进行反演估测精度良好,不同全盐量含量的土壤对光谱的吸收反射特征表现出明显的差异。原始光谱数据敏感波段集中在450nm~550nm,与土壤全盐量相关系数最高可以达到0.4左右。对原始光谱数据进行光谱变换,光谱变换后,光谱数据与土壤全盐量之间的相关性明显提高,其中高光谱反射率一阶、二阶微分变换所建立的反演模型预测效果最好,模型R~2分别为0.885和0.798且均方根误差(RMSE)较小,且从检验结果中看出实测数据与估测数据拟合效果良好,拟合曲线R~2都达到0.8以上。(3)利用ENVI提取Landsat-8影像的波段响应函数,将预处理后的土壤高光谱反射率曲线重采样至可见光-近红外范围。为了更精确的反演土壤全盐量,利用各波段组合构建光谱指数的方法提高模型精度。同样使用逐步线性回归模型与偏最小二乘回归模型进行建模与估测,对比分析模型结果并进行检验,偏最小二乘回归模型R~2=0.779,模型RMSE=0.882,精度更高且模型稳定。确定反演模型后对遥感影像进行反演。遥感影像进行混合像元分解去除部分水体与影像中有影响的植被光谱信息,并利用近地面实测高光谱数据对遥感影像的遥感反射率进行订正,以减小遥感反射率与高光谱反射率之间的差异。将最终确定的偏最小二乘回归模型应用到遥感影像上,得到遥感影像反演结果并利用实际采样数据进行精度检验。结果看出,遥感反演结果与实际采样点数据较为一致,证明星-地遥感数据协同反演估测土壤盐分含量具有可行性,为研究区域土壤盐分含量的遥感调查与动态监测提供了有效途径。 【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP79;S156.41

【图文】：

技术路线图

地理位置,采样点

地理位置特殊，与全省多个地市相邻接。该平原是山东省中南部山地河流作用形成的冲积平原，，位于莱州湾南岸滨海地带，海岸线大约 110 km，是潍重要河流入海口所在区域。研究区地理坐标大致为 118°38′～119°35′E，36°20′N。北临莱州湾，由于地势较为低平，研究区域内的河流与沿河流冲积构成下含水砂层受到海咸水入侵的影响，地质灾害发生严重。研究区域面1.91km2，占全市总面积的 15%，主要包括寿光市、寒亭区和昌邑市北部地区所在地市南面有泰沂山脉，位于山东半岛蓝色经济区与黄河三角洲高效生态大国家战略经济区的重要交汇点，是山东省内陆地区通往半岛地区的咽喉，线由西到东横穿全市,是半岛城市群地理中心，是中国最具投资潜力和发展活经济强市。有国道和省道五条主要道路分布，又有济青高速和胶济铁路等强路由西到东贯穿研究区南部，北邻莱州湾且区域临近潍坊南苑机场，形成了陆空交通运输网络。

【参考文献】