土壤屬性的高光譜遙感方法研究.pdf

1、土壤的有機(jī)質(zhì)含量以及砂粒粉粒和粘粒含量屬性是進(jìn)行生態(tài)、水文以及陸面過程研究中模型的重要輸入?yún)?shù)。但是傳統(tǒng)的對(duì)土壤屬性的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定分析方法，費(fèi)用高，費(fèi)時(shí)，采樣過程對(duì)生態(tài)環(huán)境具有破壞性。而且因?yàn)橥寥缹傩跃哂泻軓?qiáng)的空間異質(zhì)性，對(duì)于大區(qū)域的土壤屬性的調(diào)查是一個(gè)比較困難的問題。20世紀(jì)80年代高光譜分辨率光譜儀的出現(xiàn)，為土壤屬性的研究提供了新手段。它具有快速、實(shí)時(shí)，非破壞性，簡(jiǎn)單，而且費(fèi)用低等特點(diǎn)，正好填補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足。
　　 本論文

2、通過文獻(xiàn)綜述，在土壤屬性高光譜研究理論基礎(chǔ)的支持下，分析了黑河上游土壤的反射光譜特征以及土壤有機(jī)質(zhì)和質(zhì)地對(duì)反射率的影響。本論文重點(diǎn)對(duì)土壤反射率進(jìn)行不同的預(yù)處理之后，采用PLS方法研究了與全氮、有機(jī)質(zhì)、砂粒、粉粒、粘粒含量的關(guān)系和對(duì)其預(yù)測(cè)研究的效果進(jìn)行了研究，以了解黑河流域土壤的反射光譜特性，尋求可見光-近紅外波段對(duì)預(yù)測(cè)每種土壤屬性的最佳反射率預(yù)處理方式以及最適合每種土壤屬性研究的波段范圍，并探索遺傳算法用于土壤屬性研究最佳波段選擇的適用

3、性。本論文的研究得到以下結(jié)果：
　　 1)植被覆蓋為陽(yáng)坡草地和云杉林的土壤在600～800nm波段范圍比灌叢林土壤的反射率要低，但從900nm開始其反射率上升的比較快。土壤反射光譜的吸收峰主要表現(xiàn)在1414nm、1919nm、2210和2350nm，經(jīng)過包絡(luò)線處理之后，在420nm、490nm、540nm、660nm和900nm又表現(xiàn)出明顯氧化鐵的吸收峰。
　　 2)通過分析發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)反射率影響最大的是600

4、～800nm波段，并以有機(jī)質(zhì)含量20g/kg為界，有機(jī)質(zhì)含量小于20g/kg，則在600～800nm表現(xiàn)出明顯的陡坎狀凸起。土壤反射率隨著砂粒含量的減少以及粉粒含量的增加而升高，在1300～2500nm波段，土壤的反射率隨著粘粒含量的增加而降低。
　　 3)我們的研究結(jié)果表明，高光譜遙感完全可以用于土壤的全氮和有機(jī)質(zhì)含量的研究，其精度完全能滿足要求，而且無論對(duì)反射率做與不做預(yù)處理，都能得到滿意的效果。不過進(jìn)行一定的處理之后，效果

5、更佳，尤其是進(jìn)行倒數(shù)處理(1/R)的效果最好，且最適合的波段為400～800nm波段，尤其是以600nm為中心的波段最佳。
　　 4)雖然對(duì)土壤砂粒和粉粒的研究結(jié)果不理想，但是還能發(fā)現(xiàn)對(duì)土壤砂粒和粉粒的研究只需對(duì)反射率進(jìn)行求導(dǎo)和平滑處理就可以，且最佳波段位于以500nm和600nm為中心的波段較窄波段。
　　 5)但是本文在400～1300nm波段，土壤反射率的五種預(yù)處理方式和粘粒含量的相關(guān)性都很小，其相關(guān)系數(shù)都小于0.

6、3，且偏最小二乘方法對(duì)其含量的預(yù)測(cè)研究是失敗的。
　　 6)通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)研究的偏最小二乘建模之前，利用遺傳算法進(jìn)行波段選擇，可以改善模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，降低預(yù)測(cè)誤差。也就是說遺傳算法可以用于沒有明顯吸收特征的土壤屬性研究之前的波段選擇。
　　 7).本文的研究表現(xiàn)了高光譜遙感在土壤屬性研究中的潛力?？梢猿浞职l(fā)揮高光譜遙感的優(yōu)勢(shì)，利用目前的高光譜遙感影像，例如AVIRIS、Hymap、Hyperion等，對(duì)西北