三江源区土壤重金属含量高光谱反演研究

发布时间：2023-02-25 17:35

　　高光谱遥感技术处于土壤重金属污染监测评价研究的前沿领域,具有巨大研究价值。本研究以三江源区为研究区,通过对野外采集的土壤样品进行理化性质的测定分析和土壤反射光谱的采集,研究了Mn、Cu、Zn、Pb、Cr、Ni这6种土壤重金属的含量与土壤有机质、铁锰氧化物及粘土矿物的赋存关系。采用FD、SD、LR、CR、MSC以及在SD、LR、CR和MSC基础上再进行一阶微分变换得到的SD-FD、LR-FD、CR-FD和MSC-FD等9种土壤光谱变换方式,分析6种土壤重金属含量与不同的光谱变量之间的相关性从而确定土壤特征光谱。利用偏最小二乘法(PLS)、支持向量机(SVM)和随机森林模型(RF),分别对这6种土壤重金属元素与不同光谱变量进行特征波段和全波段建模分析,探讨了特征波段代替全波段进行土壤重金属含量反演建模的可行性,从而确立了各重金属元素高光谱遥感的最佳回归模型,并在此基础上对不同草地类型的土壤重金属含量进行了估算评价。研究结果显示:(1)三江源区Pb元素超背景率高达76.39%,属于高度变异,且呈现出严重的富集现象。通过计算土壤重金属地累积指数和内梅罗污染指数,其结果表明三江源区土壤重金属污染...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题依据
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 土壤光谱学研究进展
        1.2.2 土壤重金属的光谱学机理
        1.2.3 土壤光谱变换方式
        1.2.4 土壤光谱反演模型构建
        1.2.5 三江源区土壤重金属监测
    1.3 研究内容与技术路线
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 技术路线
第二章 研究区概况与数据获取
    2.1 研究区概况
        2.1.1 自然环境概况
        2.1.2 土壤类型
        2.1.3 植被类型
    2.2 土壤样品采集
    2.3 土壤理化性质测定
    2.4 土壤光谱数据采集
    2.5 本章小结
第三章 研究方法
    3.1 土壤光谱平滑处理
        3.1.1 S-G滤波器
        3.1.2 移动平均法
        3.1.3 高斯滤波
        3.1.4 中值滤波
        3.1.5 光谱平滑方法评价
    3.2 土壤光谱变换
        3.2.1 光谱微分
        3.2.2 倒数对数
        3.2.3 去包络线
        3.2.4 MSC多元散射校正
    3.3 土壤光谱建模方法
        3.3.1 偏最小二乘法
        3.3.2 支持向量机
        3.3.3 随机森林模型
    3.4 模型精度评价
        3.4.1 建模集与验证集的选取
        3.4.2 模型精度验证
    3.5 本章小结
第四章 土壤重金属含量统计与光谱特征分析
    4.1 土壤重金属理化性质分析
        4.1.1 土壤重金属含量统计分析
        4.1.2 地累积土壤污染指数分析
        4.1.3 内梅罗土壤污染指数分析
    4.2 PEARSON相关系数矩阵
    4.3 土壤光谱特征分析
        4.3.1 土壤光谱反射特性
        4.3.2 光谱反射率与重金属含量相关性分析
        4.3.3 特征波段提取
    4.4 本章小结
第五章 土壤重金属含量特征波段高光谱建模
    5.1 PLS特征波段反演
    5.2 SVM特征波段反演
    5.3 RF特征波段反演
    5.4 特征波段模型对比与精度评价
    5.5 本章小结
第六章 土壤重金属含量全波段高光谱建模
    6.1 PLS全波段建模
    6.2 SVM全波段反演
    6.3 RF全波段反演
    6.4 全波段模型对比与精度评价
    6.5 本章小结
第七章 不同草地类型土壤重金属含量高光谱估算
    7.1 各草地类型土壤光谱特征
    7.2 不同草地类型土壤重金属含量估算分析
        7.2.1 草甸草原土壤重金属含量高光谱估算
        7.2.2 高寒草甸土壤重金属含量高光谱估算
        7.2.3 高寒草原土壤重金属含量高光谱估算
        7.2.4 荒漠草原土壤重金属含量高光谱估算
        7.2.5 温性草原土壤重金属含量高光谱估算
        7.2.6 沼泽草甸土壤重金属含量高光谱估算
    7.3 本章小结
第八章 总结与展望
    8.1 结论与讨论
        8.1.1 研究结论
        8.1.2 讨论
    8.2 研究展望
参考文献
攻读学位期间取得的成果
致谢



本文编号：3748891