微波遥感数据在盐渍地信息提取中的应用研究

论文摘要

土壤盐渍化是土地荒漠化和土地退化的主要类型之一,盐渍化土壤多分布在气候干旱、半干旱地区。据统计全球有9.52×108 km~2盐渍化土地,占地球陆地面积的7.26%,灌区土壤盐渍化正以惊人的速度发展,土壤盐渍化已成为一个世界性问题。土壤盐渍化对社会经济、环境和农业生态系统带来的破坏性越来越得到研究者的关注。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对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,及其治理、防止扩散等工作具有重要意义,同时遥感技术的发展对于稳步持续发展农业、进行合理规划农业用地也是非常重要的。本文针对土壤盐渍化传统光学遥感监测存在的诸多问题,在多次野外实地考察的基础上,选择多极化、多波段微波遥感数据,深入分析研究区域盐渍化土壤及其背景地物的后向散射特征以及极化特征,同时通过对多时相信息和相关信息的分析,探讨在时间序列上地物散射特征的变化,同时利用雷达遥感数据来开展盐渍化土壤识别与分类,并进行精度验证,从而为干旱区盐渍地信息提取提供了新的数据源和技术手段。1)雷达数据的预处理效果直接影响到其后期应用的可靠性和准确度,本论文探讨了较佳的SAR数据处理方法。通过试验区研究表明在盐渍化土壤监测中采用增强Lee滤波效果较好,很好地保持了图像的辐射特性和空间分辨率。本文的研究区属于平坦地区,不必要经过数字高程模型正射校正。经过对雷达数据进行统计特征分析得出,选取L波段HH、HV和C波段HV数据可以增强盐渍地信息,有助于提取盐渍地信息。2)对研究区域盐渍化土壤及其背景地物的后向散射特征进行分析,结果表明:各地类的后项散射值大小顺序为:居民地＞农田＞沙砾＞盐碱地＞粘土＞水体,地物在C波段后项散射系数大于L波段的后项散射系数,表现出随波长的增加各种地物后项散射系数下降趋势;同时随着波长和盐渍化程度的增加,盐渍化土壤的后向散射系数下降趋势;对于盐渍地的监测,使用L波段的数据相比C波段的数据更加有效。3)对研究区域渍化土壤的极化特征进行分析,结果表明,不同程度的盐渍化土壤后向散射系数在相同极化(HH)大于交叉极化(HV),使用HH极化或HV极化方式的数据都可以比较准确地提供盐渍地信息,其中HH极化对于中、重度盐渍地的识别,HV极化对于轻度盐渍地的识别更加有效;4)盐渍地的后向散射特性受时相影响明显,居民点、水体、砂砾和黏土的后向散射特性随时相变化较小,时相的选择对于盐渍地信息提取很重要。5)经过探索多参数SAR数据在盐渍地信息识别应用,认为双波段双极化数据提供了更多的信息,提高了盐渍地与其它地物的区分性。将极化数据和第一主成分同时参与分类有助于盐渍地信息的提取,可以对盐渍地进行有效分类;盐渍地信息提取效果与时相选择的关系较大,春季影像相对于秋季影像,盐渍地的分类精度有所提高,尤其是重度盐渍地。本论文的研究在为干旱区盐渍地信息提取提供新的数据源和技术手段的基础上,首次将多波段多极化雷达影像应用于干旱区盐渍地信息提取研究中。分析探索了雷达影像在盐渍地信息提取中的应用潜力,为充分利用微波遥感提取盐渍地信息打下了理论和实践基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景、意义和选题依据
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.1.3 选题依据
• 1.2 土壤盐渍化国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 雷达遥感科学技术在土地盐渍化监测潜力分析
• 第二章 论文研究框架
• 2.1 研究区概况
• 2.2 研究区域主要雷达数据源和数据简介
• 2.3 野外调查方法与内容
• 2.4 研究方法及研究条件
• 2.5 主要研究内容和技术路线
• 2.5.1 研究内容
• 2.5.2 技术路线
• 第三章 微波遥感机理分析
• 3.1 微波及微波遥感
• 3.2 SAR影像辐射特性
• 3.2.1 雷达方程和后向散射系数
• 3.2.2 雷达散射类型
• 3.3 SAR影像的几何特性
• 3.4 雷达系统参数对典型农作物后向散射的影响
• 3.4.1 波长或频率
• 3.4.2 极化方式
• 3.4.3 入射角
• 3.4.4 数据获取时相
• 3.5 目标参数对雷达后向散射特性的影响
• 3.5.1 表面粗糙度
• 3.5.2 介电常数
• 3.6 典型地物的散射特性
• 3.7 小结
• 第四章 研究区域SAR数据处理及分析
• 4.1 噪声处理
• 4.1.1 SAR图像和斑点噪声
• 4.1.2 噪声压制滤波的效果评价
• 4.2 研究区域雷达图像的校正
• 4.3 研究区SAR影像数据统计特征分析
• 4.3.1 SAR影像统计特征分析
• 4.3.2 SAR影像各波段的相关系数分析
• 4.4 研究区SAR图像中各类地物的目视解译
• 4.4.1 研究区域Radarsat SAR影像解译
• 4.5 小结
• 第五 SAR影像在土地盐渍化信息提取中的应用
• 5.1 SAR数据盐渍化土地信息提取
• 5.1.1 盐渍地信息识别SAR数据的选择
• 5.1.2 盐渍化土地及其背景地物的后向散射特性分析
• 5.1.2.1 盐渍化程度不同的盐渍地后项散射系数分析
• 5.1.3 盐渍化土地后项散射系数时相变化特征分析
• 5.1.4 盐渍地信息识别SAR数据极化特征分析
• 5.1.5 SAR影像的主成分分析
• 5.2 SIR-C雷达数据在盐渍地信息提取中的的应用
• 5.2.1 分类精度检验
• 5.2.2 结论与讨论
• 5.3 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 参与的项目和发表的论文
• 致谢（ACKNOWLEDGEMENT）