受扰土壤全量氮磷钾的光谱反演

选取无人为干扰区、人为干扰区共55个土壤样品测定全氮磷钾含量,结合实测光谱的微分变换建立预测模型,并筛选出不同人为干扰下最优模型。结果表明:人类活动造成土壤全氮磷钾含量降低,数据集中程度和分布状态均发生变化。无人为干扰区以二阶微分建立的全氮、全钾含量预测模型和全磷以对数的倒数一阶微分建立的模型建模集r^2均超过0.9,检验集相对分析误差(RPD)均大于2.0,预测效果最佳。人为干扰区以倒数一阶微分建立的全氮、全磷含量预测模型不仅RPD>2.0,而且r^2> 0.92,也达到极好水平。入选RPD> 2预测模型的敏感波段中,无人为干扰区均位于可见光近红外波段,而人为干扰区则在近红外波段。这为今后提高全氮磷钾含量预测精度提供了新视角。     

莱州湾海岸带土壤光谱分析与有机质反演研究

利用土壤光谱反射率预测海岸带典型土壤有机质含量。对莱州湾海岸带典型地区97个土壤样本的光谱反射率特性进行分析,把光谱曲线划分为4个区域,提取每个区域的代表性特征参数,与土壤有机质含量进行相关性分析,最终选用458～587.1nm区间的挠度(相关系数达0.87)作为自变量进行模型回归,并利用均方根误差(RMSE)和预测残差(RPD)进行模型检验与评价。结果表明,以458～587.1nm区间的挠度作为自变量建立的对数函数预测模型具有较高的精度和稳定性,经验证计算出其RMSE为0.39,RPD为2.5,该模型应用效果较好。     

克里雅河流域土壤盐分光谱定量分析

本文对克里雅河流域进行野外调查、采集土壤样品及其光谱反射特性的测量,通过比较不同光谱预处理的方法建立偏最小二乘回归(PLSR)模型,并利用决定系数(R2)、均方根误差(RMSEP)、残留预测偏差(RPD)对模型的稳定性和预测能力进行检验。结果表明:反射率一阶微分是预测土壤样本盐分含量的最佳光谱指标。PLSR模型在建立土壤光谱与盐分含量关系时较为适用,R2、RMSE和RPD分别为0.77、0.25和1.88。利用反射光谱估算土壤中盐分含量,通过各种光谱预处理方法可以提高估算精度,可以为该区土壤盐渍化评价和生态环境调查提供依据。     

组合光学和微波遥感的耕地土壤含盐量反演

耕地保护关系到国家粮食安全和经济社会可持续发展,对生态环境保护具有重要作用,快速精准的获取耕地土壤盐分含量及空间分布信息是耕地保护的必然要求。以宁夏平罗县为研究区,利用Landsat 9 OLI和Sentinel-1遥感影像,提取光谱指数和雷达极化组合指数,基于变量投影重要性法与灰度关联法筛选特征变量,然后运用反向传播神经网络、支持向量机和随机森林3种机器学习算法构建模型,并用最佳模型反演耕地土壤含盐量空间分布情况。结果表明：(1)利用变量投影重要性法筛选变量建立的模型验证集决定系数(R²)大于灰度关联法筛选变量建立的模型。(2)利用随机森林算法,组合光谱指数和雷达极化组合指数协同反演模型效果最佳,建模集R²为0.791,均方根误差(RMSE)为1.016,R²较单一数据源模型分别提高0.065和0.085,RMSE分别降低0.147和0.189;验证集R²为0.780,RMSE为1.132,R²较单一数据源模型分别提高0.091和0.237,RMSE分别降低0.175和0.3...     

基于高光谱数据的戈壁地表砾石粒径反演研究

戈壁地表砾石粒径组成特征反映戈壁形成过程信息,且在很大程度上决定戈壁改造利用的难易,是开展戈壁研究的基础和前提。结合高光谱数据的微分变换,遴选出砾石粒径的敏感波段与反演方程,进行戈壁地表砾石粒径反演研究。结果表明：微分变换后的砾石光谱反射率与粒径有较好相关性,相关性最好的波段为908nm、983nm和985nm。其中,对数倒数微分变换之后的反射率与粒径成正相关（R² =0.61）,而一阶微分、平方根微分、对数微分3种变换形式之后的反射率与粒径呈负相关,相关系数分别为-0.633、-0.646、-0.649。将一阶微分变换后的光谱数据与粒径进行回归分析,发现一元三次回归模型具有较好的拟合精度,其中对数微分在回归分析中表现最好（R² =0.851）,经过验证得出对数微分预测精度（75.27%）高于其他4种微分形式的精度,表明砾石光谱的对数微分变换之后的908nm波段可应用于戈壁地表砾石粒径的反演。     

新疆南部土壤有机质含量的高光谱特征分析

土壤有机质含量是衡量土壤肥力的一个主要指标,也是影响土壤光谱特性的一个重要因素,本研究以南疆地区的草甸土、灌淤土、盐土、水稻土、4种主要土壤类型为研究对象,通过野外调查取样和室内理化分析与光谱测试,研究了土壤有机质含量与土壤光谱特征的关系,结果表明土壤去有机质后光谱反射率不管在全波段还是在紫外、可见光和近红外波段都有明显的提高;反射率经不同形式的数学变换后与有机质含量的相关性有所变化,其中倒数与对数变换后在360~520 nm波段经倒数变换后相关系数有所提高,而在520~1 072 nm波段相关系数反而有所降低,而一阶微分变换后相关系数变化起伏波动较大,缺乏规律性,最显著的效果是个别波段相关性得到增强;利用光谱反射率与反射率的一阶微分均能较好的预测土壤有机质含量,反射率在600.5 nm处预测有机质的精度为72.3%,反射率的一阶微分在539.2 nm处预测有机质的精度为87.0%。     

MLR和PLSR的沙壤土盐分含量光谱检测对比研究

为了快速有效检测南疆地区典型土壤（沙壤土）的盐分含量变化,利用光谱仪和电导仪测得南疆阿拉尔市红枣种植区盐渍土近红外高光谱和电导率数据,基于7种不同光谱预处理方法和2种特征波长选择算法,分别建立多元线性回归（MLR）和偏最小二乘回归（PLSR）的土壤盐分监测模型。结果表明：7种预处理方法中,归一化,多元散射,变量标准化和一阶导数能够有效提高土壤盐分的预测模型精度。基于多元逐步回归（SMR）波长选择方法的多元线性回归（SMLR）模型的R_val²>0.948 9,RPD>6.294 9,RMSEP<0.435 6;基于连续投影算法（SPA）的多元线性回归（SPA-MLR）模型的R_val²>0.956 8,RPD>6.922 1,RMSEP<0.361 6,预测结果要优于偏最小二乘回归（PLSR）模型,其中基于归一化处理后的SMLR和SPA-MLR的预测精度最为理想,分别为R_val²=0.979 2,RPD=9.907 8,RMSEP=0.287 6和R_val²=0.980 5,RPD=10.50,RMSEP=0.278 3,而且筛选的特征波长较少。说明归一化是更有效的光谱预处理方法,多元线性回归（MLR）更适合建立南疆典型沙壤土盐分含量的预测模型。     

基于偏最小二乘法的土壤汞含量高光谱反演

采集新疆准东煤田典型土壤样品44个,在实验室测定风干后的土样汞含量和光谱反射率,经预处理后分析两者的相关性,运用偏最小二乘法(PLSR)建立土壤汞含量高光谱估算模型,由均方根误差RMSE和决定系数R2检验模型的预测能力和稳定性,并比较不同预处理方法的适用性。结果表明:反射率一阶微分光谱是估算土壤汞含量较好的指标,估算R2为0.77、RMSE为0.032。通过各种光谱预处理方法可提高土壤汞含量的估算精度,为研究区生态环境的恢复和评价提供依据。     

土壤氯化钠含量高光谱估算模型研究

基于光谱反射率快速、无损的检测优势,以于田地区不同氯化钠含量土壤光谱反射率作为信息源,探讨利用反射光谱估算土壤氯化钠含量的可行性。于2012年7月对于田地区进行野外调查,在测定土壤光谱反射率及氯化钠含量的基础上,对光谱反射率数据进行预处理并建立了逐步多元线性回归(SMLR)模型和偏最小二乘回归(PLSR)模型,并利用决定系数R2和均方根误差RMSE对模型稳定性和预测能力进行检验,进而比较不同预处理方法和不同模型估算结果的适用性。结果表明:反射率二阶微分光谱是预测土壤样本氯化钠含量的最佳光谱指标;偏最小二乘回归(PLSR)模型是建立土壤光谱与氯化钠含量关系的最优模型,R2和RMSE分别为0.812和0.105。利用反射光谱估算土壤氯化钠含量,通过各种光谱预处理方法提高估算精度,可实现在区域尺度上的土壤盐渍化监测和评价。     

基于表观电导率与实测光谱的干旱区湿地土壤盐分监测

以新疆艾比湖滨盐渍化土壤为对象,利用磁感应电导仪和光谱仪测得的盐渍土表观电导率和可见光/近红外光谱数据,选取与EM38解译的土壤盐分相关性最好的光谱变换形式和特征波长,分别建立多元逐步回归、偏最小二乘回归和支持向量回归的土壤盐分监测模型。结果表明：（1）表观电导率两种模式相结合建立的盐分含量解译模型的拟合优度达到0.91,即在该区域内电磁感应技术可用于土壤盐分含量的间接监测。（2）一阶微分处理优于二阶微分,经一阶微分变换后的光谱可以较好地预测土壤盐分含量。（3）3种建模方法中,支持向量回归的建模精度最高,偏最小二乘回归和多元逐步回归次之。干旱区湖滨湿地土壤盐分含量的估测模型宜选取基于平滑后的原始一阶微分光谱数据建立的支持向量回归模型。     

利用无人机的多光谱参数预测荔枝叶片养分质量分数

以花芽分化期荔枝为例,分析了荔枝冠层叶片养分质量分数的空间分布差异;选用18种光谱变量,研究了荔枝不同冠层叶片养分质量分数与光谱变量的关系及其对无人机多光谱遥感监测模型的影响。结果表明：荔枝不同冠层叶片的氮、钾质量分数随冠层高度降低而明显提高;冠层中、上层叶片氮质量分数与无人机正射数据计算的类胡萝卜素反射指数（CRI）相关性最高（r＝0.86,p＜0.01）;冠层中、下层叶片钾质量分数与无人机正射数据的光谱变量显著相关,且与标准绿波段（NG）指数的相关程度最高（r＝-0.83,p＜0.01）。荔枝冠层叶片养分质量分数空间变化对基于垂直观测遥感数据建立的叶片养分质量分数估算模型精度有影响,无人机多光谱数据具有估算荔枝叶片氮、钾质量分数变化的潜力,但估算精度与冠层高度有关。     

黑土区土壤有机质和全氮含量遥感反演研究

以东北典型黑土区耕地为研究区,以Sentinel-2A（全球环境与安全监测计划的第二颗卫星,于2015年6月23日发射）影像作为数据源,构建光谱指数,分别采用多元逐步线性回归（Multiple Stepwise Linear Regression, MSLR）和随机森林（Random Forest, RF）算法建立土壤有机质（SOM）和土壤全氮（STN）预测模型,并采用十折交叉验证方法评估模型的性能。研究对比分析了不同气候、土壤类型和地形下土壤有机质和全氮的空间分布差异。研究表明：① 海伦示范区的SOM和STN含量最高,其年均温最低,高程最高,年降水量多,SOM含量升高,其年均温最低,年降水量多,STN含量升高;② 与基于多元逐步线性回归算法建立的SOM和STN预测模型相比,随机森林算法建立的SOM和STN预测模型,有着更高的精度和稳定性;③ 运用RF算法建立的SOM反演模型的R²为0.96,均方根误差为5.49 g/kg,STN反演模型的R²为0.95,均方根误差为0.27 g/kg; ④ 不同示范区统一建立SOM和STN预测模型,有助于提高预测精度,实现跨区域建模与制图。     

基于不同卫星光谱模拟的土壤电导率估算研究

土壤电导率 (Electrical conductivity, EC)是评价土壤盐渍化的重要指标。通过实测新疆艾比湖湿地自然保护区土壤EC及可见光—近红外光谱数据,利用波谱响应技术模拟Landsat 8 OLI、Sentinel 2、Sentinel 3卫星的宽波段数据。构建宽波段模拟数据及其5种预处理后的三维光谱指数 (Three-dimensional spectral index, TDSI),采用梯度提升回归树算法 (Gradient boosting regression tree, GBRT) 建立3种卫星土壤EC估算模型,并比对加入TDSI后模型精度的变化。结果表明：在不同土壤EC条件下,3种卫星具有相似的光谱趋势,均在红、近红外波段附近反射率较高;TDSI与土壤EC相关性基本均在0.4以上,最大程度保留了与土壤EC敏感度高的红、绿、蓝、近红外、短波红外波段信息;GBRT对于土壤EC估算能力表现突出,3种卫星对土壤EC的最佳预测精度R²分别为0.831、0.847、0.903,在加入TDSI后,R²分别提高至0.835、0.857、0.935,综合分析发现,Sentinel 3对土壤EC估算效果最佳 (R²=0.935,均方根误差RMSE=2.986 mS·cm^-1,赤池信息准则AIC=57.500)。通过利用波谱响应技术结合TDSI深度挖掘波段间的协同信息,采用GBRT验证了不同卫星对土壤R²的估算效果,二者相结合可以有效提升模型预测精度,为干旱区土壤盐渍化定量监测与防控提供有利指导。     

Mapping Air Temperature in the Lancang River Basin Using the Reconstructed MODIS LST Data

Air temperature is an important climatological variable and is usually measured in meteorological stations. Accurate mapping of its spatial and temporal distribution is of great interest for various scientific disciplines, but low station density and complexity of the terrain usually lead to significant errors and unrepresentative spatial patterns over large areas. Fortunately the current studies have shown that the regression models can help overcome the problem with the help of time series remote sensing data. However, noise induced by cloud contamination and other atmospheric disturbances variability impedes the application of LST data. An improved Savizky-Golay (SG) algorithm based on the LST background library is used in this paper to reconstruct MODIS LST product. Data statistical analysis included 12 meteorological stations and 120 reconstructed MODIS LST images of the period from 2001 to 2010. The coeffificient of correlations (R²) for 80% of the stations was higher than 0.5 (below 0.5 for only 2 stations) which illustrated that there is a considerably close agreement between monthly mean TA (air temperature) and the reconstructed LST in the Lancang River basin. Comparing to the regression model for every month with only LST data, the regression model with LST and NDVI had higher R² and RMSE. Finally, the LST-NDVI regression method was applied as an estimate model to produce distributed maps of air temperature with month intervals and 1 km spatial in the Lancang River basin of 2010.     

高光谱遥感土壤有机质信息提取研究

土壤反射光谱特征分析是反演土壤信息参量的基础资料。本文阐述了使用航空成像光谱仪OMIS- Ⅰ数据并 结合ASD FieldSpec FR(350~2500nm)便携式光谱仪获取野外光谱数据, 对山东省烟台市招远东良乡原状农用土有 机质含量进行反演, 从而实现有机质填图。通过对土壤原反射率对数一阶微分变换并确定其与SOM的相关性, 最 终建立相应的多元线性回归方程。分析认为土壤有机质的测定选用762nm、874nm 及1667nm 波段在本次研究中效 果最佳。该模型也可作为土壤有机质估测和评价的参考。     

基于高光谱数据的天山北坡积雪孔隙率反演研究

以新疆天山北坡中段典型流域季节性积雪为研究对象,基于高光谱遥感监测技术,分析了融雪期积雪孔隙率与光谱反射率的相关性。采用偏最小二乘法(PLS)对相关性较高的波段进行压缩,并提取贡献率最高的前四个主成分,以此用来确定神经网络的隐含节点数、输入层、输出层的初始权值,建立PLS-BP模型进行积雪孔隙率反演研究。结果表明:当隐含节点数为3,模型的线性确定相关系数(R²)较高为0.9159,RMSE为0.04,相对误差为0.23。与传统偏最小二乘回归(PLSR)、主成分回归(PCA)建模方法相比,精度较高,所建定量模型可用于高光谱遥感反演积雪孔隙率。