通過遙感技術(shù)預(yù)測土壤有機質(zhì)（Soil Organic Matter,SOM）的空間分布是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和土地資源管理研究的重要內(nèi)容,與糧食安全及環(huán)境監(jiān)測密切相關(guān)。該研究主要研究采用高分五號（GF-5）反演土壤有機質(zhì)的最佳降噪方式。以黑龍江省典型黑土區(qū)明水縣為研究對象,獲取GF-5高光譜遙感影像,對影像進(jìn)行不同降噪處理,包括奇異值分解（Singular Value Decomposition,SVD）,離散小波變換（Discrete Wavelet Transform,DWT）及中值濾波（Median Filtering,MF）降噪。然而,分別結(jié)合二維光譜指數(shù),應(yīng)用隨機森林（Random Forest,RF）方法預(yù)測不同降噪方式的SOM含量。結(jié)果表明:1)所選擇的不同降噪方法中,與SOM含量的相關(guān)性由高到低依次為DWT、SVD、MF,其中,基于MF降噪后的光譜反射率與SOM含量相關(guān)性低于原始反射率與SOM含量的相關(guān)性。2)基于降噪方式下的光譜曲線更加平滑,且不同有機質(zhì)含量對應(yīng)的光譜曲線形狀相似。3)采用DWT降噪方式,基于影像波段和光譜指數(shù),以RF為預(yù)測模型的SOM最優(yōu)反演模型精度R^... 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2020,36(12)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

研究區(qū)位置及樣點布置

圖2為9個DWT分解層（L1～L9）的光譜反射率曲線。由L1～L4可見，DWT降低了光譜曲線中的噪聲，使曲線變得更加平滑，特別是在2 200～2 450 nm之間較為明顯。整體來看，L1～L4可以較好地保留原始光譜曲線的特征。在L5～L9中，DWT消除了光譜曲線中大部分的細(xì)節(jié)信息，使得不同SOM含量的土壤除反射率高低的差異外，無其他明顯差異，因此，過高的分解層數(shù)不利于光譜細(xì)節(jié)的保留以及SOM預(yù)測精度的提升。原始光譜曲線中，在2 200～2 450 nm處存在“小毛刺”形狀，這是由于原始反射率噪聲傳遞導(dǎo)致的，DWT可以將這些高頻信號進(jìn)一步去除，減弱噪聲傳遞現(xiàn)象。將整個波段范圍反射率與SOM做相關(guān)分析，由于波段信息豐富，表1列出了相關(guān)系數(shù)最高的3個波段，這3個波段主要集中在600～700 nm之間。由表1可知，L1～L3均可提升光譜曲線與SOM含量的相關(guān)性，且當(dāng)分解尺度為1層時，反射率與SOM含量的相關(guān)性最高。同時，這些相關(guān)性高的波段出現(xiàn)的位置與原始反射率（給出值）最接近，因此，將高光譜衛(wèi)星影像進(jìn)行1層DWT時，可以實現(xiàn)較高SOM預(yù)測精度，下文將選擇1層DWT進(jìn)行SOM反演。

土壤反射率隨SOM含量的增加而降低（圖3），且不同SOM含量的土壤反射光譜曲線形狀大體一致。與OR相比，不同的降噪方法均有效降低了光譜曲線中的噪聲，使曲線變得更加平滑。在600～1 300 nm范圍內(nèi)，反射率隨著波長增加而增加，光譜曲線的形狀差異比較明顯，其中，在900～1 050 nm間出現(xiàn)1個反射峰，這個反射峰是由于2個傳感器連接處的噪聲較大造成的。在1 450～1 700 nm范圍內(nèi)，反射率隨著波長增加呈現(xiàn)先降低，后升高的趨勢，且能夠較好地保留光譜細(xì)節(jié)；在1 950～2 450 nm內(nèi)，反射率隨著波長增加先升高后降低。對比來看，SVD及DWT均對光譜曲線的不同位置進(jìn)行了平滑，有效地實現(xiàn)了對高光譜衛(wèi)星影像的降噪；然而，通過MF降噪下的光譜曲線可知，SOM質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于3.5%～4.0%與>4.0%～4.5%的光譜曲線不符合反射率隨SOM含量增加而降低的規(guī)律，此外，該降噪方式縮減了不同SOM含量間光譜曲線的差異，不利于SOM含量的預(yù)測。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
[1]高光譜遙感影像光譜降維與空譜聯(lián)合分類方法研究[D]. 胡立栓.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 2018

碩士論文
[1]基于光譜相關(guān)性的高光譜圖像光譜域去噪算法研究[D]. 孟令軍.華中科技大學(xué) 2015



本文編號：3417087