【摘 要】
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土壤盐渍化是导致农业产量下降、生态环境恶化的主要原因之一。黄河三角洲是我国典型的濒海盐渍土分布区,土壤盐渍化是制约该地区农业和经济发展的重要因素。及时准确的提取濒海盐渍土信息,分析并掌握其动态变化,对盐渍土的动态监测与防控有重要意义。遥感技术为土壤盐渍化的监测提供了简单高效的方法。目前主要是依据遥感影像的光谱特征,基于单个像元提取盐渍土信息,濒海盐渍土区受地物光谱混淆等因素影响,分类精度有待进一步
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土壤盐渍化是导致农业产量下降、生态环境恶化的主要原因之一。黄河三角洲是我国典型的濒海盐渍土分布区,土壤盐渍化是制约该地区农业和经济发展的重要因素。及时准确的提取濒海盐渍土信息,分析并掌握其动态变化,对盐渍土的动态监测与防控有重要意义。遥感技术为土壤盐渍化的监测提供了简单高效的方法。目前主要是依据遥感影像的光谱特征,基于单个像元提取盐渍土信息,濒海盐渍土区受地物光谱混淆等因素影响,分类精度有待进一步提高。本研究以黄河三角洲垦利区为研究区,利用地面实测数据与Landsat-8、Sentinel-2卫星遥感数据,优选与土壤含盐量相关性较高的光谱特征与纹理特征,结合形状、高程、与渤海距离等空间特征,通过不同的特征组合,基于面向对象法,利用不同分类器对研究区盐渍土进行分类,最后筛选精度最高的特征组合方案和分类器,实现研究区盐渍土的提取与动态分析。主要研究内容及结论如下:(1)遥感影像的蓝光、绿光、红光、近红外以及两个短波红外波段与实测样本含盐量相关性显著。利用敏感波段计算不同盐分指数和植被指数与土壤盐分含量的相关性,SI、3、NDSI、NDVI、ENDVI、ERVI、EDVI、EEVI、Int九个光谱指数与样点盐分含量相关性高,优选作为光谱特征参与研究区盐渍土分类。利用灰度共生矩阵法在3×3窗口下提取得到的各个纹理量化参数与样本盐分含量相关性最显著,且熵、对比度、相异性与相关性四个纹理量化参数自相关性不强,优选作为提取研究区盐渍土信息的纹理特征。研究区高程、与渤海距离与研究区土壤含盐量的相关系数分别为-0.458,-0.522,关系模型分别为y=149.18-1.921,~2=0.6347,y=21.847-0.642,~2=0.634,显著负相关,高程、与渤海距离均对研究区土壤含盐量有不同程度影响,优选参与研究区盐渍土的分类。形状特征能够区分光谱特征相似但形状特征差异明显的对象,作为辅助特征参与研究区盐渍土信息的提取。(2)相较于单一光谱特征的分类结果,纹理、形状特征的加入均能有效提高研究区盐渍土信息的分类精度,地形、与渤海距离特征的加入对研究区盐渍土信息分类精度的影响不大;光谱、纹理与形状特征组合是提取研究区盐渍土信息精度最高的组合方案。从不同分类器的分类效果来看,加入空间特征信息后,随机森林分类方法提取轻度、中度盐渍土信息的效果最好,支持向量机分类方法提取重度盐渍土与盐土信息的生产者精度最高;综合来看,基于面向对象的光谱、纹理与形状空间特征信息的随机森林法提取得到的研究区盐渍土分类精度最高。(3)研究区盐土分布面积最广,主要分布在研究区东部濒海地区;其次是中度盐渍土,主要分布在研究区西南部与中部,特别是黄河沿岸,居民区与水体附近;重度盐渍土多集中分布于研究区中部的盐土与中度盐渍土之间;轻度盐渍土分布面积最小,多零星分布于研究区的中部与西南部。从时间变化上看,近年来研究区轻度、重度盐渍土覆盖面积呈下降趋势,中度盐渍土覆盖面积呈增加趋势,盐土面积呈现先增加后减少的趋势。从空间变化上看,近年来研究区大部分土壤盐渍化等级没有发生明显变化,黄河北部的部分区域土壤盐分含量有所加重,居民区、水体附近与研究区西南部及黄河沿岸的土壤盐分有所减轻。本研究充分利用遥感影像包含的光谱及纹理、形状、地形等空间特征信息,基于面向对象的机器学习方法,实现了研究区不同程度盐渍土的分类,为濒海盐渍土信息的提取提供了更精准快捷的方法。
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