松嫩平原土壤水分光谱特性分析与预测模型研究

摘要

在人类生存与发展的历史中，土地扮演着不可替代的角色。在土地资源稀缺的大背景下，精准农业技术是农业发展的必然趋势。精准农业要求可以动态、实时、宏观、定量地对土地相关信息进行监测，高光谱遥感技术可以满足这一要求。土壤水分是衡量土壤理化特性的重要标准，在农业领域显得尤为重要，土壤水分既是农作物生长的重要因素，也是灌溉管理中的重要参数，因此，土壤水分监测一直是人们关注的问题。传统的土壤水分监测方法耗时费力，而基于土壤反射光谱特性的高光谱遥感技术有可以对土壤水分进行实时动态监测的优势，该技术可以为精准农业和保护土地资源提供信息支持。
　　本研究主要内容包括：⑴1920nm波段附近吸收谷可作为黑土土壤水分的特征吸收谷，由其光谱特征参数预测黑土土壤水分;以1920 nm波段附近吸收谷面积为自变量建立的一元线性回归模型预测精度高，输入量少，可以作为土壤水分速测仪器研制的理论依据。⑵以多种土壤类型（黑土、黑钙土、草甸土、风砂土）作为研究对象，运用反射率的一阶微分建立的土壤水分预测模型稳定性最好，预测能力最强。在分析土壤吸收谷光谱特征参数与土壤水分的关系时，发现风砂土的吸收谷光谱特征与其它三种土壤类型存在很大的不同，在建立土壤水分预测模型时，去除风砂土后，模型的精度得到大幅度提升。⑶通过研究，探讨了运用土壤反射光谱特性预测土壤水分的可能性，取得了较好的效果。为土壤水分高光谱遥感速测提供了理论依据和技术支持。高光谱遥感具有较高的光谱分辨率，能够快速获取土壤反射光谱信息，其在土壤理化参数预测及相关研究中应用广泛。运用高光谱遥感技术预测土壤水分，为动态监测区域或地块级土壤水分提供了一种新的技术手段，同时也为更好的保护和利用土地资源、进行土地利用结构调整提供了技术支持。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 选题依据

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．1．3 研究目的

1．2 国内外研究动态

1．2．1 高光谱技术在土壤研究中的应用进展

1．2．2 土壤水分高光谱研究进展

1．2．3 土壤理化参数高光谱预测模型研究进展

1．2．4 当前研究存在的问题与发展趋势

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

1．4 研究重点、难点及创新点

1．4．1 研究重点与难点

1．4．2 研究创新点

2 理论研究基础与建模方法

2．1 高光谱遥感

2．2 土壤水分高光谱预测建模方法

2．2．1 一元线性回归法

2．2．2 多元线性逐步回归法

2．2．3 偏最小二乘法

2．3 土壤水分高光谱预测模型精度评价

3 研究区概况与数据获取

3．1 研究区概况

3．1．1 地形地貌

3．1．2 气候条件

3．1．3 土地资源

3．2 数据获取

3．2．1 土壤样本采集

3．2．2 土壤水分调配试验

3．2．3 土壤反射光谱测定

3．3 数据处理

3．3．1 高光谱反射数据预处理

3．3．2 微分处理技术

3．3．3 包络线消除法与光谱特征参数计算

4 单一土壤类型的土壤水分预测模型

4．1 黑土土壤水分反射光谱特征

4．2 土壤水分与土壤光谱吸收特征的相关性分析

4．3 黑土土壤水分高光谱预测模型

4．3．1 一元线性回归模型

4．3．2 多元线性逐步回归模型

4．3．3 偏最小二乘回归模型

4．4 讨论与小结

4．4．1 讨论

4．4．2 小结

5 多种土壤类型的土壤水分高光谱预测模型

5．1 多种土壤类型的土壤水分反射光谱特征

5．1．1 不同土壤类型的土壤水分反射光谱特征

5．1．2 反射光谱特征与土壤水分的相关性分析

5．1．3 基于反射率及其数学变换形式的模型建立

5．2 光谱特征参数预测土壤水分的应用

5．2．1 基于光谱特征参数的光谱特征分析

5．2．2 基于光谱特征参数的模型建立

5．3 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文