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《新疆大学》 2007年
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星载雷达图像在干旱区盐渍地信息提取中的应用研究

何祺胜  
【摘要】: 盐渍化是干旱、半干旱地区由于不合理的人类活动和脆弱的生态环境相互影响而引起的土地退化问题,也是像沙漠化一样当今世界重要的环境和社会经济问题。据统计全球有9.52亿km2盐渍化土地,我国是盐渍化影像严重的国家之一,土壤盐渍化问题仍然非常突出。盐渍化对社会经济、环境和农业生态系统带来破坏性效果而越来越受到引人关注。利用遥感这种具有宏观、综合、动态和快速等特点的高新技术研究盐渍化土地的性质、范围、面积、地理分布、动态变化和盐渍程度,对治理盐碱地、防止进一步扩散、退化和稳步持续发展农业、进行合理规划非常重要。本文采用雷达影像作为最重要的数据源,这也是雷达影像在新疆干旱区首次应用,综合利用其它遥感和空间数据的优势,提高盐渍地信息的提取精度,从而全面勘探和定量评价干旱、半干旱地区土地盐渍化,发展微波遥感在土地盐渍化专题信息提取方面的应用研究,给各级政府和政策制定部门提供为可持续发展服务的高效决策系统,为西部大开发做出贡献。 1、分析不同滤波方法、不同窗口大小对SAR影像斑点噪声的消除。为了消除SAR影像的斑点噪声,应用Lee滤波、增强Lee滤波、Frost滤波、增强Frost滤波、Gamma滤波、Kuan滤波、Local Sigma滤波、Bit Errors滤波等滤波器对雷达影像进行处理,分析了不同窗口下图像变换后的标准差的变化,然后以平滑指数(FI)、边缘保持指数(ESI)为指标分析了不同窗口下典型地类区域重度盐渍地、中轻度盐渍地、农田、水体、粘土的变化。结果表明:增强Lee滤波和增强Frost滤波的去除斑点噪声的效果较为满意。 2、分析基于多源数据的决策树方法在干旱区盐渍地信息提取中的应用。首先分析了盐渍地的形成因素,结果表明:干旱荒漠气候是形成盐渍地的前提条件,母岩和母质含盐是形成盐渍地的物质基础,地表水和地下水的补给是形成盐渍地的动力,人为因素是形成灌区次生盐渍地的重要条件。通过对比是否让雷达波段参与决策树分类,结果表明:加入雷达波段后做主成分分析后的第五主成分实现了水体信息和重度盐渍地信息的分离,起到了突出重度盐渍地信息的目的。从建立的决策树提取模型来看,加入雷达波段后的决策树模型节点个数减少,减少了运算过程,使整个盐渍地信息提取流程更加简明,特征波段的选取也更方便,提取精度也有显著增加。 3、多源信息的融合对盐渍地信息的提取,首先对常用的遥感影像融合方法进行概述,采用HIS, Brovey, PCA,等融合方法对雷达影像和光学影像进行融合以提高对盐渍地的提取精度。结果表明基于主成分融合得到图像的影像分解力大大提高,盐渍地与其它地物的区分有较大程度的提高,结果较单纯的基于光学影像的信息提取精度有较大改进,说明雷达影像在盐渍地信息提取中具有优势。 4、雷达影像对盐渍地离子的响应研究,首先对典型区域的盐渍化土壤的八大离子进行测定,根据野外实测点的坐标,计算出遥感影像上每一点位的像元值与八大离子的对应值,然后采用灰色关联分析法进行八大离子与遥感影像像元值的相关性排序。结果表明:3月份雷达影像对PH值响应强烈,对含盐量响应不稳定,对电导率、矿化度响应一般。就阳离子而言,对Ca2+响应最为显著;就阴离子而言,HCO3-响应最为显著。10月份雷达影像对PH值、电导率响应强烈,对含盐量响应不稳定,对矿化度响应一般。就阳离子而言,无明显规律。就阴离子而言Cl-响应最为显著,SO42-、HCO3-无明显规律。在年内变化中无论是0-10cm还是0-50cm对雷达影像响应较为稳定的为PH值,变化较大的为HCO3-。就阳离子而言,无明显的变化规律;就阴离子而言,变化规律明显都是变化较大的为HCO3-、SO42-,Cl-稍微变化。 论文从不同的研究方法入手,探讨雷达影像在干旱区盐渍地专题信息提取中的应用。此项研究首次将雷达影像应用于新疆盐渍地信息的提取中,综合利用光学遥感的优势定量评价干旱区盐渍地的情况。采用决策树分类方法、多源信息融合技术、灰色关联分析等技术详细分析了雷达影像在干旱区盐渍地信息提取中的潜力,其方法与结论对于新疆干旱区盐渍地信息的检测具有较高的理论价值与实践意义。 雷达影像对盐渍地信息的提取存在较多的理论空白,就应用而言,也无成熟的应用模式。本论文的研究在雷达影像对盐渍地信息的响应方面做了探讨,提出了精度较高的信息提取方法,从而为干旱区盐渍地信息提取提供了又一新的数据源和技术手段。本研究的开展,以求抛砖引玉,引起学术界同仁和主管部门对此领域研究的关注。
【学位授予单位】:新疆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:P237

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