【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及農(nóng)業(yè)遙感，尤其涉及一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤有機(jī)碳反演方法。
技術(shù)介紹
1、土壤有機(jī)碳(soil?organic?carbon，soc)是評(píng)估農(nóng)田肥力與土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，其含量高不僅可以促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量，還能改善土壤結(jié)構(gòu)，減少水土流失。隨著全球氣候變化，環(huán)境保護(hù)的重要性日益凸顯，準(zhǔn)確估算土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量及其動(dòng)態(tài)變化對(duì)于制定有效的土地管理策略和應(yīng)對(duì)氣候變化具有重要意義。長(zhǎng)期以來(lái)，世界各國(guó)采用不同的技術(shù)手段對(duì)soc的含量進(jìn)行了估算或反演，但是，由于受到自然成土要素和人類活動(dòng)的共同影響，農(nóng)田soc的空間分布常呈現(xiàn)空間非平穩(wěn)特征，給soc空間精準(zhǔn)預(yù)測(cè)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。
2、遙感技術(shù)作為一種能快速、大面積獲取地表植被長(zhǎng)勢(shì)、大田溫濕度等信息的手段，在soc監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)反演中發(fā)揮了重要的作用。常用的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法有普通線性回歸、廣義線性預(yù)測(cè)和廣義附加模型等，這些方法具有簡(jiǎn)單易用的優(yōu)點(diǎn)，但是這類方法僅能擬合環(huán)境協(xié)變量與soc之間的線性關(guān)系。當(dāng)兩者之間的關(guān)系為非線性時(shí)，該類方法就不再適用。近些年來(lái)廣泛應(yīng)用的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、隨機(jī)森林、決策樹(shù)等學(xué)習(xí)模型來(lái)獲取和擬合環(huán)境協(xié)變量與soc之間的關(guān)系，可以基于訓(xùn)練出來(lái)的模型對(duì)soc的空間分布進(jìn)行反演。然而，由于遙感數(shù)據(jù)空間尺度的差異、紋理特征信息的復(fù)雜性、預(yù)測(cè)模型的不確定性以及環(huán)境因素的影響，soc遙感反演結(jié)果存在一定的不確定性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中由于遙感數(shù)據(jù)空間尺度的差異、紋理特征信息的復(fù)雜性、預(yù)測(cè)模
2、步驟1：獲取不同區(qū)域的遙感數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理，所述遙感數(shù)據(jù)包括多光譜遙感數(shù)據(jù)和數(shù)字高程數(shù)據(jù)；
3、步驟2：從所述遙感數(shù)據(jù)中提取土壤有機(jī)碳遙感指示性指數(shù)集合；
4、步驟3：利用所述土壤有機(jī)碳遙感指示性指數(shù)集合獲取空間指標(biāo)權(quán)重；
5、步驟4：基于所述空間指標(biāo)權(quán)重和所述土壤有機(jī)碳遙感指示性指數(shù)集合獲取土壤有機(jī)碳遙感反演指標(biāo)；
6、步驟5：構(gòu)建反演模型，利用所述土壤有機(jī)碳遙感反演指標(biāo)及其對(duì)應(yīng)的土壤有機(jī)碳數(shù)據(jù)對(duì)所述反演模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到土壤有機(jī)碳反演模型；
7、步驟6：將目標(biāo)區(qū)域的土壤有機(jī)碳遙感反演指標(biāo)輸入所述土壤有機(jī)碳反演模型，得到目標(biāo)區(qū)域的土壤有機(jī)碳遙感反演結(jié)果。
8、進(jìn)一步地，步驟1中，所述預(yù)處理包括：
9、將多光譜遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正和幾何校正。
10、進(jìn)一步地，步驟2中，所述土壤有機(jī)碳遙感指示性指數(shù)集合包括：數(shù)字高程數(shù)據(jù)、通用歸一化植被指數(shù)、土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)、歸一化差異濕度指數(shù)和地表溫度指數(shù)。
11、進(jìn)一步地，所述地表溫度指數(shù)通過(guò)公式4計(jì)算：
12、
13、其中，tb代表熱紅外波段的亮度溫度，em代表輻射率，λ代表熱紅外波段波長(zhǎng)，
14、em＝0.004×fv+0.86(5)
15、
16、
17、其中，fv表示地表植被覆蓋度，ndvi表示地表歸一化植被指數(shù)，ndvimin表示ndvi的最小值，ndvimax表示ndvi的最大值，rnir、rr分別表示近紅外光、紅光波段反射率。
18、進(jìn)一步地，步驟3具體包括：
19、以多光譜遙感數(shù)據(jù)的像元單位為基準(zhǔn)，采用像元大小的倍數(shù)進(jìn)行移動(dòng)，利用公式8計(jì)算區(qū)域的空間指標(biāo)地理加權(quán)方差矩陣s：
20、s＝dtm(xp,yp)d(8)
21、其中，d為土壤有機(jī)碳遙感指示性指數(shù)集合，m(xp，yp)為以像元p為中心的距離權(quán)重對(duì)角陣；
22、對(duì)空間指標(biāo)地理加權(quán)方差矩陣s通過(guò)公式10進(jìn)行分解：
23、s＝a(xp,yp)b(xp,yp)a(xp,yp)t(10)
24、其中，a(xp,yp)表示特征向量矩陣，b(xp,yp)表示特征值的對(duì)角陣。
25、計(jì)算分解s的特征值及對(duì)應(yīng)的特征向量，將得到的第一主成分的值作為空間指標(biāo)權(quán)重。
26、進(jìn)一步地，步驟4中，所述有機(jī)碳遙感反演指標(biāo)soc-rim通過(guò)下式計(jì)算：
27、
28、
29、其中，ξ表示土壤有機(jī)碳遙感反演指標(biāo)soc-rim，ξ0表示標(biāo)準(zhǔn)化前的土壤有機(jī)碳遙感反演指標(biāo)soc-rim，s_pca1表示第一主成分的值，ξ0_max和ξ0_min分別表示ξ0的最大值和最小值，f(d',u′,s′,n′,l')表示標(biāo)準(zhǔn)化后的土壤有機(jī)碳遙感指示性指數(shù)集合，ua,sa,na,la分別表示undi、savi、ndmi和lst的特征向量方向。
30、進(jìn)一步地，步驟5中，所述土壤有機(jī)碳數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)格法野外采集土壤，在室內(nèi)采用碳氮分析儀測(cè)量獲取。
31、進(jìn)一步地，步驟5中，所述反演模型采用隨機(jī)森林模型。
32、本專利技術(shù)的有益效果：
33、本專利技術(shù)提供的一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤有機(jī)碳反演方法，綜合顧忌了地形、地表植被、土壤特性、土壤溫度等影響土壤有機(jī)碳的關(guān)鍵因子，提出了一種能夠精準(zhǔn)反演土壤表層中的有機(jī)碳含量的遙感反演指標(biāo)soc-rim，為提高土壤有機(jī)碳遙感反演精度和可靠性提供了有力的技術(shù)支持。同時(shí)，該方法具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠廣泛應(yīng)用于土壤有機(jī)碳遙感反演領(lǐng)域。
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1.一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤有機(jī)碳反演方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤有機(jī)碳反演方法，其特征在于，步驟1中，所述預(yù)處理包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤有機(jī)碳反演方法，其特征在于，步驟2中，所述土壤有機(jī)碳遙感指示性指數(shù)集合包括：數(shù)字高程數(shù)據(jù)、通用歸一化植被指數(shù)、土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)、歸一化差異濕度指數(shù)和地表溫度指數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤有機(jī)碳反演方法，其特征在于，所述地表溫度指數(shù)通過(guò)公式4計(jì)算：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤有機(jī)碳反演方法，其特征在于，步驟3具體包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤有機(jī)碳反演方法，其特征在于，步驟4中，所述有機(jī)碳遙感反演指標(biāo)SOC-RIM通過(guò)下式計(jì)算：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤有機(jī)碳反演方法，其特征在于，步驟5中，所述土壤有機(jī)碳數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)格法野外采集土壤，在室內(nèi)采用碳氮分析儀測(cè)量獲取。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于遙感數(shù)據(jù)的
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤有機(jī)碳反演方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤有機(jī)碳反演方法，其特征在于，步驟1中，所述預(yù)處理包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤有機(jī)碳反演方法，其特征在于，步驟2中，所述土壤有機(jī)碳遙感指示性指數(shù)集合包括：數(shù)字高程數(shù)據(jù)、通用歸一化植被指數(shù)、土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)、歸一化差異濕度指數(shù)和地表溫度指數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于遙感數(shù)據(jù)的土壤有機(jī)碳反演方法，其特征在于，所述地表溫度指數(shù)通過(guò)公式4計(jì)算：
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭燕，賀佳，王來(lái)剛，段四波，張彥，葉粟，位盼盼，范磊，張紅利，周磊，楊秀忠，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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