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盐渍化足干旱、半干旱地区由于不合理的人类活动和脆弱的生态环境相互影响而引起的土地退化问题,也像沙漠化一样成为当今全球性的环境和社会经济问题。研究盐渍化土地的性质、范围、面积、地理分布、盐渍程度,尤其是对盐碱土的含盐量进行量化分析,对综合治理盐碱地,防止进一步扩展,合理规划土地利用类型尤其重要。 遥感科学的快速发展,为资源的观测提供了新的发展方向,遥感的应用也从定性发展到对各种地表参数的定量提取。尤其是高光谱数据的出现,为定量反演地表参数开辟了新天地。运用高光谱数据对盐碱土的土壤含盐量的定量提取,已经越来越广泛地引起了人们的关注。 本论文围绕高光谱数据定量反演土壤含盐量这一前沿课题,对遥感反演以及高光谱数据在土壤含盐量反演的方法进行了现状分析,并系统地分析了遥感反演的不确定性。在此基础上,运用Hyperion数据,以黑龙江省大庆市某一实验区为例,重点开展了对土壤含盐量的定量研究,并对反演的方法进行评价。 具体研究内容如下: 1、详细论述了遥感及遥感反演的概念,综合分析了土壤含盐量的遥感监测方法,明确了本论文的研究目的和研究内容。 2、对运用遥感技术进行土壤含盐量定量反演中的误差来源进行了分析,总结误差的来源主要有:双向反射特性的影响、模型误差、观测误差、截断误差。在此基础上,提出减小误差的方法。 3、针对Hyperion图像存在的问题进行了分析总结,对剔除了没有价值的波段,优化了数据的波段组成;论述了辐射处理的方法并分析了各种方法的适用性;采用直接利用地物实测的光谱数据,在对实测地物光谱数据采用回归分析法,对176个波段的影像逐一进行校正,选用二次多项式对影像进行了几何精校正。经过上述内容的研究,可以提高土壤含盐量反演模型的精度。 4、分析了影像各个波段的反射率与土壤含盐量的相关性;详细论述了降维映射法的原理和提取方法,并对影像分别实现了主成分分析、独立成分分析、最大噪声组分变换。简单扼要地分析了非地形信息的特征提取及提取意义。 5、论述了基于光谱库的光谱匹配算法,并总结了该算法的实用性;系统地分析了物理模型的理论和方法,并对四种物理模型的适用性进行了分析;并对支持向量机模型进行系统分析。在此基础上确定运用经验统计模型和BP神经网络模型作为本次研究的主要反演方法。 7、选取了与土壤含盐量的相关系数比较大的第4波段建立了一次、二次、三次拟合曲线的经验统计模型,经过提取光谱指数建立了经验统计模型。 8、为更好地解决土壤含盐的反演问题,在综合论述神经网络模型理论的基础上,运用BP神经网络反演土壤含盐量,并对如何优化BP神经网络进行了分析,建立了基于BP神经网络的土壤含盐量模型,成功地实现了土壤含盐量的反演。 研究的创新点: 1、首次运用Hyperion数据,对大庆地区盐碱土反演土壤含盐量进行了尝试。在进行了影像预处理、地物光谱测试、特征提取和特征选择、相关性分析后,得出传统的经验统计模型反演土壤含盐量的精度低的结论。 2、将BP神经网络模型,运用到高光谱数据对研究地区土壤含盐量的反演中。并通过对隐含层的传递函数、输出层的传递函数、训练算法的优化组合;以及最适合隐层节点数量,得到了最优的BP神经网络模型。