土壤铬的航空高光谱间接反演模型及可迁移性研究

作     者：赵宁博 秦凯 赵英俊 杨越超 ZHAO Ning-bo;QIN Kai;ZHAO Ying-jun;YANG Yue-chao

作者机构：核工业北京地质研究院遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室北京100029 

基　　金：国家自然科学基金项目(41602333) 中国地质调查局兴凯湖平原及松辽平原西部土地质量地球化学调查(DD20190520)资助 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2021年第41卷第5期

页      码：1617-1624页

摘      要：铬(Cr)是我国东北黑土区土壤重金属污染评价中的主要目标元素之一,随着航空高光谱技术的引入,Cr含量的高光谱反演具备了大范围应用的数据基础,其中影响调查质量的关键是高光谱模型的精度及应用范围。常用的建模方法是利用各类统计学手段进行光谱特征提取并建模,局限性表现为建模结果受样本选择的影响较大,模型泛化能力不强。研究以土壤Cr的赋存规律为切入点,设计了一种新的基于Cr影响因素及光谱特征的间接反演模型,改善了模型在不同地区的适用性。选择黑龙江省建三江和海伦两个研究区,高光谱数据来自CASI/SASI航空高光谱成像系统,波段范围380~2450 nm,建三江和海伦研究区地面采样数量分别为225个和121个,分析获得土壤Cr元素及SOM,N,P,K_(2)O,SiO_(2),Al_(2)O_(3),Fe_(2)O_(3),CaO,MgO,Na_(2)O和pH等理化参数,建模方法采用偏最小二乘法。Cr的赋存规律分析结果表明,Cr在两个研究区均表现为与Al_(2)O_(3),Fe_(2)O_(3),MgO,K_(2)O和pH呈极显著的正相关关系,与SiO_(2),Na_(2)O和SOM呈极显著的负相关关系,该特征为间接反演模型的建立提供了基础。两个地区Cr的光谱特征分析结果共同表明,光谱反射率经变量标准化(SNV)变换后与Cr含量的相关性最明显,特征波段为1520,2195,2210和2225 nm。将光谱SNV变换后的特征波段作为纯光谱模型自变量,将SNV特征波段和上述与Cr密切相关的土壤组分作为间接反演模型的自变量,建模结果显示,相比于纯光谱模型,建三江研究区的间接反演模型将建模R^(2)由0.643提升到了0.751,验证R^(2)由0.571提升到了0.687,海伦研究区的间接反演模型将建模R^(2)由0.537提升到了0.676,验证R^(2)由0.471提升到了0.643,间接模型相应的均方根误差(RMSE)也得到了降低,可见间接反演模型明显提升了Cr的反演精度。两个研究区之间的模型迁移性实验结果表明,纯光谱模型的可迁移性较差,模型迁移后实测与预测值的回归R^(2)接近于0,而间接模型在两个研究区间的迁移能力得到了显著提升,海伦的间接反演模型应用到建三江时,实测与预测值的回归R^(2)达到0.5975,而建三江的间接模型应用到海伦时,回归R^(2)为0.5773。研究结果可为土壤Cr在不同地区的大范围反演制图提供一种新的途径。

主 题 词：铬 航空高光谱 东北黑土地 偏最小二乘法 反演 

学科分类：07[理学] 070302[070302] 0703[理学-化学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3964/j.issn.1000-0593(2021)05-1617-08

馆 藏 号：203103133...