第七章 土壤遥感
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第七章 土壤遥感
城市与环境学院 王细元
xiyuan80_wang@163.com http://kc.njnu.edu.cn/ygdxfx/
遥感地学分析，黄家柱教授
遥 感 地 学 分 析
Geography Analysis for Remote Sensing
土壤遥感是应用遥感手段研究土壤科学的技术。 土壤遥感能对某些土壤性状、水分含量、养分供应状 况，以及对土壤盐渍化、沼泽化、风沙化、水土流失 、土壤污染等变化进行动态监测，为合理开发、利用 与管理土壤资源及时提供科学数据。
王细元 城市与环境学院
7.3 土壤遥感分析
Geography Analysis for Remote Sensing
（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。 遥 感 地 学 分 析
王细元 城市与环境学院
7.3 土壤遥感分析
不同水力侵蚀类型强度分级参考指标
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
王细元 城市与环境学院
西安市水土流失动态变化及对策研究 ——冯晓刚
2 研究方法 2. 1 地形因子提取：利用DEM提取坡度坡向
遥 感 地 学 分 析
Geography Analysis for Remote Sensing
王细元 城市与环境学院
7.3 土壤遥感分析
7.3.2 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。
遥 感 地 学 分 析
Geography Analysis for Remwenku.baidu.comte Sensing
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。
7.1.1 土壤的反射光谱特征
遥 感 地 学 分 析
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。
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。
王细元 城市与环境学院
7.3 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。
王细元 城市与环境学院
7.3 土壤遥感分析
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 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。
王细元 城市与环境学院
7.1 土壤波谱特征及其变化规律
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
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 。
遥 感 地 学 分 析
王细元 城市与环境学院
王细元 城市与环境学院
Geography Analysis for Remote Sensing
方法：
遥 感 地 学 分 析
数据预处理：正射纠正、直方图均衡化、线性拉伸、 色谱平衡、对比度扩展等 水土流失信息提取： 用1：5万地形图生成DEM，做坡向分析 用NDVI，计算植被覆盖度。
王细元 城市与环境学院
王细元 城市与环境学院
7.1 土壤波谱特征及其变化规律
Geography Analysis for Remote Sensing
7.1.3 土壤的的微波辐射
遥 感 地 学 分 析
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。
王细元 城市与环境学院
7.1 土壤波谱特征及其变化规律
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
总的来说，土壤光谱反射特性的差异与 变化都取决于土壤的组成与表面状态，其中最 为重要的是腐殖质含量。含量愈高，反射率愈 低，光谱的曲线愈趋低平，这是总的规律。但 应注意腐殖质的组分如胡敏酸、富里酸等之间 的光谱特性差异颇大，对土壤光谱特性的影响 也就有所不同。 此外，土壤湿度对反射特性的巨大影响 绝对不能忽视。 土壤的机械组成即质地与表面状况对光 谱反射率也有明显影响。
http://glcf.umiacs.umd.edu/data/ http://glovis.usgs.gov/【美国地质调查局 速度很 慢30KB/S以下，比CSDB多】
王细元 城市与环境学院
SRTM地形数据按精度可以分为SRTM1和SRTM3 ，分别对应的分辨率精度为30米和90米数据（目前 公开数据为90米分辨率的数据）。
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
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。
遥 感 地 学 分 析
王细元 城市与环境学院
内容提要
7.1 土壤波谱特征及其变化规律 7.1.1 土壤的反射光谱特征 7.1.2 土壤的热红外辐射特征 7.1.3 土壤的的微波辐射与散射特征
遥 感 地 学 分 析
Geography Analysis for Remote Sensing
7.3 土壤遥感分析 7.3.1 土壤类型的遥感分析 7.3.2 土壤侵蚀调查与监测 7.3.3 土壤水分监测与干旱灾害预测 7.3.4 土壤盐分监测
王细元 城市与环境学院
7.1 土壤波谱特征及其变化规律
Geography Analysis for Remote Sensing
王细元 城市与环境学院
《土壤侵蚀分类分级标准》
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
王细元 城市与环境学院
分级指标
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 结果 分 析
王细元 城市与环境学院
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
不同水力侵蚀类型强度分级参考指标
王细元 城市与环境学院
7.3 土壤遥感分析
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 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。
张家界市水土流失遥感调查与监测 ——黄树春 数据源：
遥 感 地 学 分 析
Geography Analysis for Remote Sensing
遥感数据分别是 1975 年 MSS、2000 年前后 的TM /ETM 和 2007 年 SPOT 5 共 3 个时相的 卫星数据, 辅助数据还包括 1 !10万土地利用图、1 !1万土地利用图、1 !5万 DRG、1 !5 万 DEM、1 !5万地质图、1 !5万水文地质图、降水量和植被覆盖 等资料。
王细元 城市与环境学院
7.3 土壤遥感分析
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
不同信息源在土壤侵蚀强度分级中的性能比较
王细元 城市与环境学院
7.3 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。
2. 2 植被盖度提取：利用NDVI提取植被盖度
F= ( N D V I - N DV Im in ) / ( N DV Imax - N DV Imin )
2. 3 土地利用类型的提取：监督分类、非监督分类
建设和居民用地、耕地、林地、水域、牧草地、为开发地
2. 4 基于R S 的土壤侵蚀判读指标
王细元 城市与环境学院
7.1 土壤波谱特征及其变化规律
Geography Analysis for Remote Sensing
7.1.2 土壤的热红外辐射特征
遥 感 地 学 分 析
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。
遥 镶嵌 感 地 图像 学 分 析
镶嵌 工具
王细元 城市与环境学院
增加图 像
Geography Analysis for Remote Sensing
设置插 入模型
设置输 出
遥 感 地 学 分 析
输入图像颜 色纠正
设置重叠部 分函数
运行， 并输出
王细元 城市与环境学院
Geography Analysis for Remote Sensing
王细元 城市与环境学院
7.1 土壤波谱特征及其变化规律
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
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。
遥 感 地 学 分 析
Geography Analysis for Remote Sensing
全球30米分辨率数字高程数据产品
经度：1度 维度：北为正，南为负 分辨率：30m
王细元 城市与环境学院
图像拼接
数据预 处理
Geography Analysis for Remote Sensing
结果
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
王细元 城市与环境学院
http://datamirror.csdb.cn/ 国际科学数据服务台
遥 感 地 学 分 析
Geography Analysis for Remote Sensing
城市与环境学院 王细元
xiyuan80_wang@163.com http://kc.njnu.edu.cn/ygdxfx/
遥感地学分析，黄家柱教授
遥 感 地 学 分 析
Geography Analysis for Remote Sensing
土壤遥感是应用遥感手段研究土壤科学的技术。 土壤遥感能对某些土壤性状、水分含量、养分供应状 况，以及对土壤盐渍化、沼泽化、风沙化、水土流失 、土壤污染等变化进行动态监测，为合理开发、利用 与管理土壤资源及时提供科学数据。
王细元 城市与环境学院
7.3 土壤遥感分析
Geography Analysis for Remote Sensing
（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。 遥 感 地 学 分 析
王细元 城市与环境学院
7.3 土壤遥感分析
不同水力侵蚀类型强度分级参考指标
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
王细元 城市与环境学院
西安市水土流失动态变化及对策研究 ——冯晓刚
2 研究方法 2. 1 地形因子提取：利用DEM提取坡度坡向
遥 感 地 学 分 析
Geography Analysis for Remote Sensing
王细元 城市与环境学院
7.3 土壤遥感分析
7.3.2 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。
遥 感 地 学 分 析
Geography Analysis for Remwenku.baidu.comte Sensing
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。
7.1.1 土壤的反射光谱特征
遥 感 地 学 分 析
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。
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。
王细元 城市与环境学院
7.3 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。
王细元 城市与环境学院
7.3 土壤遥感分析
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 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。
王细元 城市与环境学院
7.1 土壤波谱特征及其变化规律
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
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 。
遥 感 地 学 分 析
王细元 城市与环境学院
王细元 城市与环境学院
Geography Analysis for Remote Sensing
方法：
遥 感 地 学 分 析
数据预处理：正射纠正、直方图均衡化、线性拉伸、 色谱平衡、对比度扩展等 水土流失信息提取： 用1：5万地形图生成DEM，做坡向分析 用NDVI，计算植被覆盖度。
王细元 城市与环境学院
王细元 城市与环境学院
7.1 土壤波谱特征及其变化规律
Geography Analysis for Remote Sensing
7.1.3 土壤的的微波辐射
遥 感 地 学 分 析
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。
王细元 城市与环境学院
7.1 土壤波谱特征及其变化规律
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
总的来说，土壤光谱反射特性的差异与 变化都取决于土壤的组成与表面状态，其中最 为重要的是腐殖质含量。含量愈高，反射率愈 低，光谱的曲线愈趋低平，这是总的规律。但 应注意腐殖质的组分如胡敏酸、富里酸等之间 的光谱特性差异颇大，对土壤光谱特性的影响 也就有所不同。 此外，土壤湿度对反射特性的巨大影响 绝对不能忽视。 土壤的机械组成即质地与表面状况对光 谱反射率也有明显影响。
http://glcf.umiacs.umd.edu/data/ http://glovis.usgs.gov/【美国地质调查局 速度很 慢30KB/S以下，比CSDB多】
王细元 城市与环境学院
SRTM地形数据按精度可以分为SRTM1和SRTM3 ，分别对应的分辨率精度为30米和90米数据（目前 公开数据为90米分辨率的数据）。
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
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。
遥 感 地 学 分 析
王细元 城市与环境学院
内容提要
7.1 土壤波谱特征及其变化规律 7.1.1 土壤的反射光谱特征 7.1.2 土壤的热红外辐射特征 7.1.3 土壤的的微波辐射与散射特征
遥 感 地 学 分 析
Geography Analysis for Remote Sensing
7.3 土壤遥感分析 7.3.1 土壤类型的遥感分析 7.3.2 土壤侵蚀调查与监测 7.3.3 土壤水分监测与干旱灾害预测 7.3.4 土壤盐分监测
王细元 城市与环境学院
7.1 土壤波谱特征及其变化规律
Geography Analysis for Remote Sensing
王细元 城市与环境学院
《土壤侵蚀分类分级标准》
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
王细元 城市与环境学院
分级指标
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 结果 分 析
王细元 城市与环境学院
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
不同水力侵蚀类型强度分级参考指标
王细元 城市与环境学院
7.3 土壤遥感分析
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 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。
张家界市水土流失遥感调查与监测 ——黄树春 数据源：
遥 感 地 学 分 析
Geography Analysis for Remote Sensing
遥感数据分别是 1975 年 MSS、2000 年前后 的TM /ETM 和 2007 年 SPOT 5 共 3 个时相的 卫星数据, 辅助数据还包括 1 !10万土地利用图、1 !1万土地利用图、1 !5万 DRG、1 !5 万 DEM、1 !5万地质图、1 !5万水文地质图、降水量和植被覆盖 等资料。
王细元 城市与环境学院
7.3 土壤遥感分析
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
不同信息源在土壤侵蚀强度分级中的性能比较
王细元 城市与环境学院
7.3 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。
2. 2 植被盖度提取：利用NDVI提取植被盖度
F= ( N D V I - N DV Im in ) / ( N DV Imax - N DV Imin )
2. 3 土地利用类型的提取：监督分类、非监督分类
建设和居民用地、耕地、林地、水域、牧草地、为开发地
2. 4 基于R S 的土壤侵蚀判读指标
王细元 城市与环境学院
7.1 土壤波谱特征及其变化规律
Geography Analysis for Remote Sensing
7.1.2 土壤的热红外辐射特征
遥 感 地 学 分 析
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。
遥 镶嵌 感 地 图像 学 分 析
镶嵌 工具
王细元 城市与环境学院
增加图 像
Geography Analysis for Remote Sensing
设置插 入模型
设置输 出
遥 感 地 学 分 析
输入图像颜 色纠正
设置重叠部 分函数
运行， 并输出
王细元 城市与环境学院
Geography Analysis for Remote Sensing
王细元 城市与环境学院
7.1 土壤波谱特征及其变化规律
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
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。
遥 感 地 学 分 析
Geography Analysis for Remote Sensing
全球30米分辨率数字高程数据产品
经度：1度 维度：北为正，南为负 分辨率：30m
王细元 城市与环境学院
图像拼接
数据预 处理
Geography Analysis for Remote Sensing
结果
Geography Analysis for Remote Sensing
遥 感 地 学 分 析
王细元 城市与环境学院
http://datamirror.csdb.cn/ 国际科学数据服务台
遥 感 地 学 分 析
Geography Analysis for Remote Sensing