基于高分一号影像的土壤盐渍化信息提取方法

目前土壤盐渍化遥感监测主要使用中低分辨率遥感影像,存在对土壤盐渍化细节信息监测能力不足的问题。通过使用国产"高分一号"卫星高分辨率遥感影像(GF-1 PMS),基于先进的面向对象方法和最大似然法进行了盐渍化信息提取,并比较了两种方法的提取效果,此外,又同Landsat8 OLI的提取结果进行了比较。通过对两种分类方法、两种最新传感器提取结果的比较,可以得出:国产高分一号影像在土壤盐渍化信息提取方面有着巨大的潜力,就提取方法而言,同最大似然法相比,面向对象方法精度更高,更适用于GF-1 PMS影像的盐渍化信息提取,面向对象法的总体精度和Kappa系数为92.94%和0.91,而最大似然法的总体精度和Kappa系数为87.78%和0.77,面向对象方法的精度高出了约5个百分点;就分辨率而言,同Landsat8 OLI影像相比,Landsat8 OLI影像分类精度只有63.47%,而GF-1 PMS高分辨影像分类精度要高很多,盐渍化信息细节描述更充分,可提取出受到盐渍化影响的植被信息,对农田尺度盐渍化遥感监测研究有重要意义,也对拓展国产高分一号影像GF-1 PMS的应用范围是有益的。

绿洲土壤表层含盐量空间变异分析的插值方法研究

为了比较土壤表层含盐量空间变异性研究的各种空间插值方法的优劣,以渭库绿洲为例,运用基于ArcGIS的4种空间插值方法(反距离加权、样条函数、克里格、协同克里格空间插值方法),分析了土壤表层含盐量的空间变异性。并通过分析各个交叉检验统计量来验证评估数据的误差,从而选取最优的空间插值方法。结果表明:4种插值方法的插值结果基本能反映含盐量的空间分布特征,简单克里格法更适合绿洲表层土壤含盐量的空间插值;通过空间插值可以发现表层土壤含盐量呈现出东南高、西北低的态势。对渭库绿洲土壤盐分空间分布特征及空间变异进行了解,有利于土壤盐渍化的快速诊断,是盐渍化土壤治理和改良的重要基础。

基于遥感的艾比湖流域近20年生态服务价值对土地利用变化的响应

新疆艾比湖为我国西部的国门湖泊,是准噶尔盆地西南部边缘最低洼地及水盐汇集中心,探究艾比湖流域的土地利用变化及其生态系统服务价值的时空变化特征对于我国西北部地区环境策略的合理制定有重要的意义。以艾比湖流域为研究区,以1990—2011年的五期Landsat-TM系列多光谱遥感影像为基础数据源,采用Costanza生态系统服务价值计算公式,参照谢高地等的中国陆地生态系统服务单位面积价值,并结合敏感度分析,探讨了艾比湖流域1990—2011年土地利用和生态系统服务价值的变化特征。结果表明:1990—2011年间,艾比湖流域土地利用处于发展阶段,土地利用程度呈现增大的趋势;研究期内生态系统服务价值总体呈上升趋势,从161.69亿元增加到163.99亿元,增加了2.3亿元;林地、草地、水域的生态系统服务价值是生态系统服务的主体部分,占整个系统的84.19%以上;艾比湖流域总体生态环境质量则呈现出恶化的趋势;虽然流域各类具有高生态价值的土地利用类型面积的扩大有利于整个流域生态质量的改善,但其整体生态环境仍然比较脆弱,还有待提高。

基于地表光谱建模的区域土壤盐渍化遥感监测研究

土壤盐渍化是土地荒漠化和土地退化的主要类型之一,也是世界性资源问题和生态问题,盐渍化土壤主要分布在干旱半干旱地区,而土壤盐渍化的动态监测和预报是目前研究的重要手段。新疆渭干河-库车河三角洲绿洲是我国土壤盐渍化比较严重也比较典型区域之一,以实测获取的绿洲区域范围内不同恶化程度的盐渍化土壤的高光谱反射率及其土壤含盐量为基础数据源,从中优选出对不同盐渍化程度土壤最为敏感的光谱波段,结合Landsat-TM多光谱遥感影像构建于地表光谱建模的最佳土壤盐渍化监测模型,并将此模型实现大尺度范围内的高精度土壤盐分遥感定量反演。结果表明:(1)反射率一阶微分光谱变换方式最好,与土壤含盐量相关性最佳,最大相关系数可达0.987。(2)利用抛物线模型与最佳土壤盐分指数SI3,构建的地表光谱模型效果最为理想(R2=0.885 2)。(3)与单纯以传统多光谱遥感技术构建的土壤盐分监测模型(R2=0.592 5)相比,经尺度转换后的模型,其精度与效果(R2=0.708 4)则更优。为今后可实现高精度干旱区区域大尺度卫星遥感土壤盐渍化监测提供一种科学、有效的途径。

EEMD在土壤剖面反射光谱消噪中的应用

实测光谱常含有大量干扰信息,消噪在光谱数据处理和分析中极为重要,它直接影响后续的定量分析和信息挖掘。因此,选择适当的消噪方法是改善光谱分析精度,提升光谱分析能力的一个关键性突破。集合经验模态分解(EEMD)方法是一个以信号固有特征尺度为度量的时空滤波过程,能充分保留信号本身的非线性和非平稳特征,在信号的滤波和消噪中具有较大的优势。结合EEMD的多尺度滤波特性,提出了一种新的EEMD阈值光谱消噪方法,并应用于新疆塔里木河中游典型绿洲33个土壤剖面反射光谱数据的预处理。为探讨EEMD阈值法在土壤剖面反射光谱消噪中的效用,对EEMD阈值法和小波阈值法的消噪结果进行了对比分析。结果表明:与传统的小波阈值法相比,EEMD阈值法消噪结果的信噪比从14.836 6dB提高到34.275 7dB,均方根误差由6.786 1×10-5降到7.240 6×10-6,相关系数从0.982 5提高到0.999 8,EEMD阈值法的三个消噪效果衡量指标均优于小波阈值法。证明了EEMD阈值法可有效地去除土壤剖面光谱噪声,较好地保留了光谱的细节信息,提高了光谱的定量分析精度,且与小波阈值消噪方法相比具有较强的可靠性和自适应优势,作为光谱数据预处理的一种新方法,其应用前景良好。

基于TVDI的艾比湖地区土壤水分时空变化分析

以艾比湖湿地为研究区,利用2003年5月和2013年5月Landsat遥感影像,提取了地表温度(Ts)和植被指数(NDVI)反演温度植被干旱指数(TVDI),并构建特征空间,分析了土壤水分的时空变化。试验结果表明:TVDI可有效反演区域土壤水分,且精度较高;自2003—2013年共10a的时间跨度下,艾比湖地区土壤水分空间分布由湖区向周边地区呈减少趋势;湿润、正常和轻旱面积减少,干旱和重旱面积增加,呈现"两增三减"的趋势。区域土壤水分分布情况不容乐观,仍需加强当地水资源管理,以保障区域生态系统的正常运转。

艾比湖盐基离子的空间异质性研究

为了反映艾比湖地区不同程度盐渍化的空间分布,以野外调查和实地数据为基础,对艾比湖盐渍土的土壤盐分和盐基离子进行描述性统计分析、相关性分析和地统计分析,结果表明,土壤含盐量和盐基离子均近似服从正态分布,盐分表聚强烈,空间变异性显著。表层土壤盐分、Cl-、Mg2+、Na+均属于强空间变异,HCO3-、Ca2+、SO42-和K+均属于中等强度的空间变异。HCO3-、Ca2+、Mg2+、SO42-和K+属于强空间相关性。含盐量、Cl-和Na+属于中等程度空间相关性。通过分析盐分和盐基离子的空间变异性,有益于土壤盐渍化的快速诊断,可为提高土地利用效率和农田精细管理提供决策依据。

基于国产GF-1遥感影像的水体提取方法

山区水资源信息高精度提取是西北干旱区水文水循环及水资源利用等研究领域的核心热点问题,但山区由于各种限制因素,如阴影、积雪和山体裸地等,使得高分辨率遥感监测效果不佳。本文基于高分一号遥感影像,利用单波段阈值法、NDWI与多波段法进行特克斯河流域水体信息提取,通过分析3种水体提取方法的利弊,提出单波段阈值法与构建的阴影水体指数SWI=B1+B2-B4相结合的决策树水体信息提取方法,用结合实地采样得到的混淆矩阵对水体区域的整体提取结果进行精度验证对比分析。实验结果表明,单波段阈值法易受山体阴影的影响,但受积雪与裸地的影响较小;NDWI法易受山区小面积阴影影响;多波段法提取水体信息较好,但受部分阴影与薄雪影响。决策树法能有效地消除积雪和裸地等气候环境的干扰,完整地提取水体信息,总体精度为92.34%以上,Kappa系数在0.82以上。

绿洲区域土壤盐渍化主要参数的空间异质性分析

通过研究土壤盐渍化主要参数的空间异质性,反映绿洲不同程度盐渍化的空间分布。借助传统统计学、地统计学与野外实测数据相结合的方法,以渭库绿洲为例,分析土壤三个剖面层(0-10cm,10-30cm,30-50cm)盐渍化主要参数(电导率、含水量、含盐量、pH)的空间异质性。对研究区域各层土壤盐渍化的监测采样控制在95%置信水平、15%相对误差的可接受范围。研究表明:土壤盐分表聚强烈,呈现出东南高,西北低的盐渍化空间格局。土壤盐渍化严重威胁绿洲的生态安全,因此了解盐渍化空间分布,有利于土壤盐渍化的快速诊断,对进行合理的水资源灌溉利用,防治和改良土壤盐渍化具有科学指导意义。

基于GF-1遥感影像的艾比湖区域田间尺度土壤盐渍化监测方法

土壤盐渍化是制约农业生产和发展的主要障碍。目前土壤盐渍化的遥感监测主要基于中、低分辨率卫星影像,并采用传统的基于像元分类方法,对盐渍化信息的细节描述不足,监测精度不高。本文使用国产GF-1影像,结合自上而下的多尺度分割技术和面向对象的信息提取技术,针对田间尺度下的盐渍化信息进行精确地提取、分类,并与传统分类方法进行了对比。结果表明:面向对象法和最大似然法的分类总体精度分别为92.72%和84.31%,Kappa系数分别为0.90和0.78。该技术能准确提取田间尺度下的盐渍地信息,在未来的农田盐渍化高精度监测研究中具有一定应用价值和发展潜力。