第_5_章_土壤遥感

5.1 土壤波谱特征及其变化规律

自然状况的土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来说土质越细， 反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低。此外土壤的肥力也 会对反射率产生影响。
5.1 土壤波谱特征及其变化规律

土壤类别是多种多样的，其光谱反射特性也必然相应地发生许多变化但 就其光谱曲线在可见光至近红外区的整体形态与斜率变化情况看，均可 归纳为平直型、缓斜型、陡坎型和波浪型四大类 。
5.1 土壤波谱特征及其变化规律

使用FTIR测定的大量土壤样品在2.5μm~14μm的反射光 谱曲线经过换算得出热红外区的比辐射率可以看出，不 同土壤类型有一些差异，但不大；另一方面，不同土壤 类型，特别是不同质地及不同有机质含量，因而具有不 同水分物理特性的土壤，其吸热增温、故热降温和热储 存、热传导过程都会有所不同，使得土壤的热特性复杂 多变。
5.2 土壤遥感数据分析

5.2.2 主成分分析（PCA） 主成分分析是基于统计特征的多维正交线性变换。公式 如下： Y=TX 其中：Y 是新生成主成分矩阵；X 是原始变量矩阵，可 以是室内光谱，也可以是遥感影像； T 是由X 的协方差 矩阵S 的特征向量所组成的正交矩阵。PCA 利用降维的 思想，把相关的多个变量转变成少数几个不相关的综合 变量，实现了数据压缩。其缺点是难以确定每一主成分 的物理意义。
5.2 土壤遥感数据分析

(1) 线性混合分解模型 该模型的基础是假定每一像素的反射率等于各端元组分 反射率权重的和，方程如下： Y=Ax 其中：Y 是给定像素反射率矢量；A 是一个矩阵，矩阵 列向量是n 个端元组分的反射率；x 是解向量，由像素中 每一端元组分所占的比例组成。该方法可以确定一个像 素内各端元组分所占的比例，或者确定像素内没有用作 端元组分的额外成分。其优点是简单易用，对于某些土 地覆盖类型，如沙漠灌木带效果很好。
5.3 土壤遥感分析


土壤类型的判别首先需要确定土类。土类是根据一 个地区的生物气候条件来决定的。因此，土壤解译时， 首先要确定研究区的水平地理地带作为基带。在此基础 上，再进一步考虑垂直带性和非带性因素对土壤类型的 影响。 其次是确定亚类。土壤的亚类是在成土过程中受局 部条件的影响使土类发生变化，形成的次一级类型。
5.3 土壤遥感分析


土属的划分主要以地区性条件为依据，如地貌、母 质等，在亚类的基础上再分出土属。如残积坡积棕壤性 土、黄土状褐土化潮土、河湖积潮棕壤等。 土种主要根据土壤剖面特征来划分，遥感影像较难 发现，但可根据地形部位、母质等特征推断土层厚薄， 作为土壤分类参考。
5.3 土壤遥感分析

5.3 土壤遥感分析

新疆南部的土壤遥感解译中，根据影像划分出山地、 山前洪积扇、冲积平原、荒漠平原、片状绿洲，线状绿 洲等地理单元，并进一步划分了沿河、湖滨等地区，在 此基础上进行土壤解译、制图。与常规方法制作的土壤 图比较，内容详细得多。
5.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 土壤遥感分析
用常规方法编制的南疆土壤图
5.3 土壤遥感分析
5.1 土壤波谱特征及其变化规律

5.1.1 土壤的反射光谱特征 土壤的波谱特性主要包括土壤反射光谱特性、土壤 热红外与微波的辐射散射特性等，但应用最多的是土壤 反射光谱特征 。总的来说，土壤的主要物质组成与岩矿 一脉相承，因而土壤和岩矿的光谱反射特性在整体上基 本一致，即反射率从可见光的短波段起随波长的增加而 逐渐抬升。
5.3 土壤遥感分析


土壤侵蚀分类分级遥感定量方法，包括两方面内容： 第一是通过遥感信息和非遥感信息的综合分析，确定侵 蚀类型；第二是根据不同侵蚀类型，按照各类侵蚀强度 模型的因子匹配关系，通过RS和GIS技术相结合提取侵 蚀量因子值。 侵蚀成因类型的解译，可以从两方面分析：一方面 是通过对侵蚀类型区的解译确定侵蚀类型的分布区域， 另一方面是通过判别不同侵蚀类型过渡处图斑的侵蚀类 型确定不同侵蚀类型的界线。
5.2 土壤遥感数据分析

5.2.3 光谱混合分解模型 遥感数据中“纯”土壤像素很少， 经常包含植被和 落叶信息。应用光谱混合分解模型一方面可把遥感数据 分解为土壤、植被以及非光合作用植被， 另一方面，对 于那些植被极度稀疏的地区，光谱混合分解模型还可以 模拟土壤地球化学属性（湿度、铁氧化物、有机质、矿 物光谱成分）。光谱混合分解模型有线性和非线性两种：
5.3 土壤遥感分析
不同信息源在土壤侵蚀强度分级中的性能比较
5.3 土壤遥感分析

（3）3S技术在土壤侵蚀调查监测中的应用 遥感与GIS和GPS的结合集成，在水土流失、土壤 侵蚀等自动制图方面有很好的应用潜力。将遥感图像与 DEM叠合后可以编制土壤侵蚀强度等级图，应用GIS管 理的大量空间数据，可以随时查询、统计分析、或根据 需要进行相关空间分析，而GPS可对不同时期、大小面 积的滑坡、塌陷进行定位和面积测定，对沟堑切割深度 及深度进展速度进行测定，也可作为遥感图像进行土壤 侵蚀相关因子的地面补充测定，训练样地选择和地面检 验。
遥感地学分析
Geography Analysis for Remote Sensing
第5章 土壤遥感
主要内容



5.1 土壤波谱特征及其变化规律 5.1.1 土壤的反射光谱特征 5.1.2 土壤的热红外辐射特征 5.1.3 土壤的的微波辐射与散射特征 5.2 土壤遥感数据分析 5.2.1 多元统计分析 5.2.2 主成分分析 5.2.3 光谱混合分解模型 5.3 土壤遥感分析 5.3.1 土壤类型的遥感分析 5.3.2 土壤侵蚀调查与监测 5.3.3 土壤水分监测与干旱灾害预测 5.3.4 土壤盐分监测
5.3 土壤遥感分析

（1）土壤侵蚀强度分级及遥感数据处理 土壤侵蚀强度分级根据全国土壤侵蚀调查规程，按 下表进行分级。
5.3 土壤遥感分析
不同水力侵蚀类型强度分级参考指标
5.3 土壤遥感分析

（2）土壤侵蚀遥感技术调查监测的信息源选择 我国应用遥感技术编制了1:50万、1:20万、1:10万、 1:5万、在局部地区编制了1:2.5万至1:1万的各种比例尺 的土壤侵蚀图，其中早期应用了MSS、TM，后来也应用 了SPOT4以及各地区摄影的全色及彩红外航空像片(在山 西、宁夏大量应用了彩红外航片)、近期在有些地区开始 应用中巴资源1号星，SPOT5号星以及IKONOS等遥感 信息源进行土壤侵蚀调查和监测。
5.1 土壤波谱特征及其变化规律

5.1.2 土壤的热红外辐射特征 土壤的热红外和微波辐射、散射特性与岩矿有许多 类似之处，但由于土壤是疏松的有机和无机复合体，固、 液、气三相共存，成分多样，且处于相互消长、快速多 变之中，故更为复杂。 其中土壤含水量是造成土壤表面温度差异，乃至热 红外辐射变化的主要因素。

土壤类型的确定还可以根据土地利用特点来分析、确定。 如在南方许多低平的河谷平原地区，按自然土壤分类可能被 划入革甸类型，但经人工开发耕种而成为水稻土及其次一级 类型。而水稻田固有特殊的光谱特征、区位特征及形状特征， 较容易识别，尤其是高分辨率的遥感影像上，水稻出有明显 的光谱特征。 在确定基带的基础上，由于地形的变化产生地形地带的 垂直分异，尤其是海拔高度的变化，引起了水热条件的重新 组合，成土因子随着变化，土壤也发生垂直方向的更替。可 以把遥感影像、地形图的判断及少量野外调查得出的自然规 律与遥感影像特征结合起来，确定土壤的类型。
y=A+B1V1+B2V2+·· iVi ·+B
其中Vi 是原始光谱反射率或其派生形式， y 是土壤 物化参数的回归值， A是常数项， Bi ( i= 1， 2， 3，…， n) 是Vi 对y 的偏回归系数。
5.2 土壤遥感数据分析

在采集的土壤样品中，一部分用来建立统计回归模型， 另一部分对构建的模型进行验证。Leone 等对实验室测 量的光谱数据分两步做多元统计分析，研究AVIRIS在评 估地中海丘陵地区土壤发展和退化水平方面的性能。 Alici等应用多元统计分析技术研究了SantaMonica 山两 条峡谷中有机质、铁含量和结构对土壤光谱的影响。多 元统计分析也可用来选择诊断性波长范围，从而降低数 据维数，实现数据压缩。
5.3 土壤遥感分析

遥感和地理信息系统技术，为区域土壤侵蚀监测和 预报提供了有力的手段。遥感能够提供实时、同步、大 范围的地表信息，遥感图像可清楚地反映土壤侵蚀的环 境条件、侵蚀的程度和类型。GIS则能够在空间范围内 对多源、多时相的信息进行组合、集成、提取等拓扑分 析。利用遥感信息源，辅以其它相关的专题信息(包括专 题图件、统计资料)、野外实况调查以及样方测量方法， 即可有效地进行土壤侵蚀分区、分类、分级判别和制图， 定量分析不同程度侵蚀的分布和面积，从而为水土保持 规划与决策、生态建设等提供信息支持服务。
5.1 土壤波谱特征及其变化规律

5.1.3 土壤的的微波辐射与散射特征 关于土壤的微波辐射特性，根据肖金凯的初步研究， 不论何种土壤类型，在105℃烘干状态下，其介电常数均 在5左右，加水之后，介电常数近线性上升，不同类型土 壤，上升幅度稍有差异，表明土壤的介电常数主要由土 壤含水量决定，与土壤成分和性质有一定关系但不是很 大。
根据监督分类结果绘制的南疆土壤图
5.3 土壤遥感分析

5.3.2 土壤侵蚀调查与监测 土壤侵蚀是指地表缺乏植被保护时，表土或土体在 外营力作用下被冲刷、剥蚀、迁移和堆积的现象。外营 力通常可分为水蚀（溶蚀、溅蚀、冲蚀）；风蚀（滑动、 跳跃、吹扬〕；重力侵蚀（滑坍、崩坍、泻溜）等类型。 土壤侵蚀不仅使土壤结构破坏，土层减薄，土壤退化、 沙化，肥力降低，甚至使地面破碎，沟壑纵横，土壤资 源质量严重下降。土壤侵蚀的发生虽有其自然原因但不 合理地利用土壤资源，如滥伐林木、过度放牧、陡坡开 垦则是加速土壤侵蚀的发生和发展的重要原因。