小波包分析在Hyperion数据提取农田土壤有机质含量中的应用研究

基于星载高光谱遥感影像Hyperion数据,运用连续统去除,小波包分析等技术,探索土壤有机质含量遥感定量提取的新方法.作者对采样点的反射率光谱曲线进行连续统去除、小波包分析处理、连续统去除后的光谱再进行小波包分析,研究了土壤有机质含量与反射率光谱及其变换形式的相关性系数,并建立了13个多元线性回归模型,经分析认为连续统去除后的光谱比原始光谱建立的模型效果好,而小波分析处理的光谱建立的模型的预测能力和精度均比未进行小波分析光谱的反演模型高,其中高频信号的效果要优于低频信号的效果.从研究结果可以看出把小波包分析方法引入到地物特征波谱的增强处理中对于提高定量遥感反演的精度具有良好的效果.     

《基于短波红外的土壤粘土矿物高岭石含量定量建模》

土壤中黏土矿物高岭石的含量在地质找矿和环境治理方面有重要意义。对研究区土壤样品的短波红外反射特性进行了分析,通过连续统去除量化计算了光谱吸收特征参数,对比分析并检验高岭石含量与光谱吸收位置、深度、宽度和面积建立的线性方程以及与整个光谱区间(1 300 nm～2 500 nm)反射率建立的多元逐步线性回归方程,确定最优高岭石预测方程,其回归效果显著,预测精度较高。     

基于短波红外的土壤黏土矿物高岭石含量定量建模

土壤中黏土矿物高岭石的含量在地质找矿和环境治理方面有重要意义。对研究区土壤样品的短波红外反射特性进行了分析,通过连续统去除量化计算了光谱吸收特征参数,对比分析并检验高岭石含量与光谱吸收位置、深度、宽度和面积建立的线性方程以及与整个光谱区间(1 300 nm～2 500 nm)反射率建立的多元逐步线性回归方程,确定最优高岭石预测方程,其回归效果显著,预测精度较高。     

土壤粒径对土壤光谱特征的影响

通过野外田间采集土样与室内设置不同粒径土粒、室内光谱测定,研究了土壤粒径与土壤光谱特征的关系,结果表明：不同粒径土壤的平均光谱反射率不管是在全波段（392.53-1095.3nm）还是在分波段（392.53-760.35nm、761.72-1095.3nm）都随土壤粒径的减少反射率而增加,但增加的幅度有所不同;土壤粒径与土壤光谱反射率呈负相关关系,某些在原始光谱数据中比较隐晦的信息,经过微分变换的放大,其相关性有所提高;三种模型的预测结果均比较理想,反射率模型的平均相对误差为6.7%,预测精度为93.3%,RMSE=0.886,一阶微分模型的平均相对误差为15.0%,预测精度达到85.0%,RMSE=1.398,二阶微分模型的平均相对误差为9.2%,预测精度达到90.8%,RMSE=0.968。     

基于支持向量机的土壤有机质高光谱反演

为寻找一种土壤有机质快速检测技术,探究了土壤有机质含量对光谱反射率曲线的影响,分析了土壤有机质与光谱曲线间的相关性关系,采用多元逐步回归和支持向量机建立土壤有机质含量高光谱预测模型。研究结果表明:研究区土壤有机质含量对光谱曲线影响较小;光谱平滑和变换技术可以有效提高光谱特征波段与土壤有机质的相关性关系,二阶微分变换的效果最好,相关系数为-0.83;通过决定系数和均方根误差对不同模型的预测效果进行评价,其中基于二阶微分的支持向量机模型的反演效果最优R~2=0.89,RMSE为1.73。研究结果揭示了研究区土壤有机质与光谱反射率间的相关性关系,可以为实现土壤有机质快速检测和实时动态监测提供技术支持和参考。     

基于连续统去除法的湿地松叶绿素含量高光谱估算模型

采用ASD野外光谱辐射仪在BRDF测试系统环境下对野外采集的湿地松叶片样本进行光谱测量,以获得湿地松的叶片光谱反射率,并利用UV2450-紫外可见分光光度计对湿地松叶片进行叶绿素含量测定.采用连续统去除法对光谱数据进行处理分析,计算波段深度(BD)、波深中心归一化(BNC)、波段面积归一化(BNA)、波段深度归一化指数(NBDI)和反射率差异比率(DRR(λi))等光谱特征参数,通过对湿地松叶片叶绿素含量与光谱特征参数的相关性分析,得到NBDI748,BNC749,BNA617,BNA748四个特征参量,与湿地松叶绿素含量建立估算模型并对模型进行精度检验.结果表明以BNA617为变量建立的光谱参量模型能够较好的估算湿地松叶绿素含量.     

基于模糊识别的土壤性质指标光谱反演

为了获得有效的光谱反演指标,采用数学建模方法对横山县采集的84个土样350nm～2500nm波段的光谱曲线进行了有机质、土壤水含量和全铁土壤性质指标光谱进行反演分析。对土壤光谱进行了14种变换,经分析土壤光谱对数的一阶差分为最佳变换方法,利用单相关分析方法,计算土壤性质指标与光谱反射率变换后的相关系数,得到相关系数曲线,根据极大相关性选择最佳波段作为光谱反演指标;剔除异常样本后,利用模糊识别理论建立土壤性质指标反演模型,通过优化得到模型的最佳模型参数。结果表明:土壤性质3项指标光谱反演模型的平均检验误差均小于10%,模型方程的相关系数均高于0.95。     

扬花期冬小麦冠层叶绿素含量高光谱遥感反演

通过分析扬花期冬小麦冠层光谱反射率与叶绿素含量的相关性,选取491、577、698和780 nm作为特征波段,利用其构建了归一化植被指数、差值植被指数、比值植被指数、三角形植被指数和增强型植被指数,分析光谱指数与叶绿素含量之间的相关性,并基于PROSPECT模型模拟的不同叶绿素含量(5～80μg·cm~(-2))下的5 nm叶片光谱反射率数据,分析评价光谱指数对叶绿素含量变化的敏感性;再将五种光谱指数与叶绿素含量进行回归分析,构建叶绿素含量反演模型;最后利用验证数据对光谱指数反演模型进行真实性检验.结果表明,选取的五种光谱指数与叶绿素含量均具有显著相关性,其中SRI和EVI反演效果较好,决定系数R2分别为0.73和0.74,且预测值和实测值具有较好的拟合效果,其余指数反演效果较差.SRI对叶绿素含量具有较好的相关性和敏感性,表明其在全生育期冬小麦叶绿素含量反演中更具潜力.本研究可为其他农作物叶绿素含量反演提供研究思路和参考借鉴.     

近红外光谱法对土壤有机碳组成的无损分析

利用近红外光谱(NIR)结合化学计量学方法建立一种定量监测土壤有机碳组成的新方法.对109个土壤样品进行近红外光谱采集,按常规方法测定土壤样品中总有机碳(SOC)及土壤样品中胡敏酸(HA)和富里酸(FA)有机碳的含量,再应用径向基函数(RBF)人工神经网络建立土壤样品的近红外光谱和有机碳组成含量间的数学校正模型.所建模型通过遗传算法(GA)自动选择最佳光谱处理方法和最优网络拓扑结构,同时构建了全光谱数据神经网络和GA自动优化光谱波段的神经网络模型,讨论了敏感光谱的选取对模型预报性能的影响.采用多元散射校正(MSC)光谱处理后建立的RBF神经网络模型为最优,该模型的预测精度和稳定性较好,可发展为复杂土壤系统中定量分析土壤有机碳组成的新方法.     

近20年海伦县土壤有机质含量变化研究

土壤反射光谱是反映土壤理化性质和内在结构的特征之一。在海伦县采集土壤样品并测定土壤光谱反射率。将土壤有机质含量与其反射光谱之间建立定量关系;并将建立的模型应用到Aster和TM影像中,进行土壤有机质含量分类。近20年海伦县土壤有机质含量减少的情况非常直接地显示出来。通过研究得出结论,该模型提供了一个用于土地管理相对快速、高效、正确的方法。     

锶胁迫条件下生菜光谱效应特征

锶（Sr）胁迫条件下生菜的反射光谱特征会发生明显改变。通过室内生菜水培试验，获取了36个不同生长期、6个不同锶浓度胁迫的生菜叶片400～950 nm波段区间的生化参数信息（叶绿素含量、细胞结构、叶片金属含量）和反射光谱信息，利用光谱技术并结合数学统计方法研究了生菜叶片7个光谱特征参数与实测叶片锶元素含量之间的相关性，优选了较敏感光谱特征参数，建立了其与生菜叶片锶含量的线性回归模型。结果表明，锶胁迫生菜叶片叶绿素含量呈先上升后下降的规律，细胞结构差异不明显。锶胁迫生菜叶片反射光谱直观上无规律，通过采用光谱技术方法分析得出锶胁迫生菜叶片的红边波段位置先“红移”再“蓝移”，红谷波段位置则“红移”，植被指数B4/B3比值先升高后降低，红边归一化植被指数（NDVI）值随着锶浓度的升高而降低。相关性及线性回归模型分析表明红边波段位置与叶片锶含量显著相关。本文为下一步基于光谱特征的叶片重金属含量反演模型的构建提供了较好的数据源和基础理论。     

新疆北疆土壤养分空间变异特性的初步研究

测定了36个土样的有效养分(碱解氮、有效磷、有效钾、有效锌)和有机质的含量，结果表明，碱解氮、有效磷、有效锌、有机质和有效钾含量的空间自相关性较强。采用Kriging指数模型的拟合效果最佳。对试验点空间预测结果说明，土壤碱解氮、有效磷、有机质含量的空间变异程度大，而有效钾、有效锌含量的空间变异程度小。     

分光光度法测定土壤中有机物含量的研究与应用

研究了一种土壤有机物快速测定法一分光光度法，并与国家现行标准GB/T50123-1999中的重铬酸钾容量法（丘林法）进行了相关性实验和对比实验．两种方法的相关性曲线方程为Y=2．2642x＋2．0247，且相关指数R^2=0．9533，表明分光光度法与重铬酸钾容量法（丘林法）具有很好的相关性．分析对比实验结果，可以看出分光光度法不仅有效地解决了重铬酸钾容量法（丘林法）在检测有机物含量较高及还原性物质较多的土壤时所遇到的问题，还在试验过程中表现出操作简单快捷、污染小等特点．在上述实验的基础上利用分光光度法对河岸附近不同深度的土壤共计20个土样进行了有机物含量的测定，测定结果表明土壤有机物含量自上而下依次递减。且具有明显的递变规律．     

辽东湾北部碱蓬群落及滩涂土壤盐分遥感反演模型

土壤盐分是评价土壤质量的重要指标，也是影响辽河口滨海湿地盐地碱蓬生长的主要环境因素之一，提出一种实时、准确、大尺度监测碱蓬群落及周围滩涂土壤盐分的算法十分必要.为了减少大气对模型的影响，该文利用地面高光谱数据模拟Landsat 8 OLI卫星反射率，采用基于交叉验证的逐步回归分析方法构建土壤盐分反演模型.结果表明：1) 碱蓬样本的土壤盐分明显低于裸滩，海南三区域土壤盐分在总体上低于鸳鸯沟和笔架岭区域，而植株高度和生物量普遍均高于鸳鸯沟和笔架岭区域，在一定程度上说明了土壤盐分对盐地碱蓬生长的影响；2) 模拟卫星反射率构建的多光谱指数与土壤盐分的相关性相较于单波段在整体上有所提高，其中植被指数NDVI和RVI与土壤盐分的相关性较高，相关系数达到了－0.689和－0.683；3) 利用基于交叉验证的逐步回归分析法构建土壤盐分反演模型，模型的自变量为RVI、SAVI和SI3，模型的建模集决定系数R2为0.684，均方根误差(RMSE)为3.45，验证集RMSE为1.88，相对分析误差(RPD)为2.28，表明模型的反演精度和反演能力较好；为了进一步验证模型的精度，对比分析基于逐步回归分析法筛选的指数因子构建的多元线性回归反演模型，发现交叉验证的逐步回归模型的R2、RMSE均优于多元线性回归反演模型，同时土壤盐分反演值和实测值散点图更接近1∶1线，为辽东湾北部碱蓬群落及裸滩土壤盐分因子的反演提供技术及数据支持.     

利用地面光谱数据反演悬浮泥沙质量浓度

为研究用高光谱数据反演悬浮泥沙质量浓度的方法,以近海悬浮泥沙为实验材料,配制了不同质量浓度悬浮泥沙样品,利用2种方法对样品进行建模:一种是将可见光和近红外光谱进行小波变换并将小波低频系数以偏最小二乘回归建模,另一种为波段组合法.利用交叉检验方法,分析了交叉检验结果,并将2种方法建立的模型进行了比较.研究表明:波段组合法中,TM4与TM1波段反射率比值的指数模型效果最好;在预测能力上,小波偏最小二乘模型总体上比波段组合模型精度高并且稳定性好,适用于悬浮泥沙光谱定量分析.     

长江口水质MERIS卫星数据遥感反演研究

【目的】获取准确的水质参数分布情况,进而对水质参数与动力作用复杂的河口水域环境进行综合评价。【方法】利用2011年5月30组长江口水域的遥感反射率数据,在尝试多种波段组合以及不同函数形式后,针对叶绿素a浓度和总悬浮物浓度分别建立最优经验反演模型。【结果】对总悬浮物浓度,波段差值(634~644nm)的二次函数形式最优,决定系数R~2为0.837,均方根误差(RMSE)为0.226mg·L~(-1),利用独立的验证样本得到平均绝对百分比误差(MAPE)为58.2%。对叶绿素a浓度,波段比值(650nm/644nm)的二次函数形式最优,R~2为0.552,RMSE为0.486mg·m~(-3),利用独立的验证样本得到MAPE为66.2%。将模型运用于2011年5月MERIS卫星数据,反演出长江口水域叶绿素a浓度与总悬浮物浓度空间分布图,叶绿素a浓度呈现出从河口向外海逐渐减少的趋势,最大值出现在舟山群岛附近。总悬浮物浓度呈阶梯状向外海减少。【结论】通过评价参数可看出,总悬浮物浓度反演模型对总悬浮物浓度反演效果较为准确,而叶绿素a浓度反演模型显示对叶绿素a的反演浓度较低。     

烟台海岸带防护林下土壤理化性质分析

通过对烟台海岸带防护林下48个土壤样品的理化性质进行测定,分析土壤pH值、有机质含量与其速效养分含量的相关性,并探讨防护林的健康状况．结果表明：烟台海岸带防护林下土壤总体上呈酸性,有机质百分含量、碱解氮、速效钾均属最低等级,速效磷属较低等级．有机质与碱解N含量呈极显著正相关;与速效P呈正相关,但不显著;与速效K星负相关．土壤pH值与碱解N含量呈负相关但不显著;与速效P呈显著正相关;与速效K呈极显著正相关;pH与有机质呈负相关．这一研究对烟台海岸带防护林的进一步建设具有重要意义．     

土壤阳离子交换量与有机质、机械组成的关系

为了探究南通市土壤阳离子交换量变化特征及影响因素,通过野外采集南通地区土壤样品,室内分析pH、有机质、阳离子交换量(CEC)、机械组成分布特征及相关性。结果表明：南通土壤pH值大于6.89,碱性为主;有机质含量介于1.22%~3.70%,CEC值介于2.71 cmol kg-1~13.9 cmol kg-1,土壤肥力较弱;机械组成以粉砂粒为主,肥力易流失。进一步探究阳离子交换量、有机质、机械组成的变化关系,结果表明土壤有机质含量、粉粒及粘粒含量与阳离子交换量呈现较为明显的正相关,相关系数R分别为0.84、0.58、0.70,土壤的砂粒含量则与阳离子交换量呈现负相关,相关系数R为0.65。土壤有机质、粉粒、粘粒含量的增加均可显著提高阳离子交换量值,相较而言,通过改善有机质来增加土壤阳离子交换量最为容易获得。因此,对于土壤肥力中等的南通地区,可以通过施加有机质肥来改善土壤质地,增加土壤肥力。     

豆腐渣堆肥过程中的多维光谱解析与建模

以豆腐渣为底物进行混合好氧堆肥,采用三维荧光光谱（3D-EEMs）分析了堆肥产物淋溶上清液DOM的组成,运用傅里叶红外光谱（FTIR）技术解析了堆肥样品中官能团信息。利用三维荧光结合平行因子法研究了堆肥过程中DOM的动态变化过程,分析得出两种组分即可见区类色氨酸（Ex/Em=285 nm/350 nm）与类腐殖酸（Ex/Em=335 nm/415 nm）,随着堆肥的不断进行,可见区类色氨酸荧光强度逐渐下降,类腐殖酸荧光强度逐渐上升,表明堆肥进入腐熟阶段。傅里叶红外光谱分析表明堆肥过程中多糖类小分子物质逐渐减少,而腐殖酸类大分子物质逐渐增加。进一步运用近红外光谱（NIRS）和区间偏最小二乘法等化学计量学方法构建了堆肥过程有机质含量分析预测模型,结果表明,优化选择区间5831.95~6086.52 cm-1可以建立稳健的有机质定量分析模型,堆肥有机质实测值与近红外预测值的相关系数（R）为0.9861、交叉验证均方差（RMSECV）为0.8247、偏差（Bias）为0.005,表明堆肥有机质含量与近红外光谱具有较好的相关性。     

丘陵区紫色土不同土地利用方式下磷的吸附解吸特性

磷素是水体富营养化的重要限制营养元素,农地磷肥过量施入造成的磷流失导致水污染问题引起世界范围的普遍关注.本研究主要针对紫色土集中分布的四川盆地丘陵区土地利用方式多样、农业非点源污染显著等特点,采集不同土地利用方式(林地、坡耕地)下的典型酸性、中性及石灰性紫色土,开展磷素等温吸附解吸热力学实验,并结合Langmuir模型研究了不同类型紫色土对磷素的吸附-解吸特征的影响.结果表明,四川盆地丘陵区紫色土林地土壤磷素最大吸附量(Qm)及磷吸附缓冲容量(MBC)高于同类型紫色土农地土壤;林地土壤生物有效磷含量低于农地;农地磷素释放风险高于林地.相较中性及石灰性紫色土,酸性紫色土磷素最大吸附量、吸附缓冲容量低,但磷素解吸能力较高,表明酸性紫色土磷素释放风险较大.多重相关分析表明,尽管不同类型紫色土pH、有机质、土壤质地等因素对磷素吸附解吸并无单一的显著影响,从而无法针对所有3种土壤找出其影响磷素吸附解吸的共性因素,但因子分析结果表明pH、土壤质地及土壤总磷含量对磷素吸附解吸特性仍有直接影响.