高光谱遥感课程论文

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1、土壤成分的高光谱特征分析摘要：利用成像光谱技术的高光谱分辨率可提高土地质量评价精度，为土地调查评价和管理提供更丰富精确的数据源，对土地资源的管理具有重要的指导意义。土壤中的矿物质、有机质、湿度、土壤质地等均是土壤光谱的主要贡献者，可以寻找特征波段，通过定量反演来估测土壤成分的含量。关键词：高光谱遥感；土壤成分；反演;1高光谱简介高光谱遥感是高光谱分辨率遥感(HyperspectralRemoteSensing)的简称，是上世纪80年代发展以来的遥感科学的前沿领域,她的出现是遥感界的一场革命。它是指利用很多窄的电磁波波段获取物体有关数据的技术，它可在电磁波的紫外、可见光、近红外、屮红外以至

2、热红外区域，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据。这样，在传统的二维遥感的基础上增加了光谱维，形成了一种独特的三维遥感。鉴于高光谱遥感的诸多优点，人们逐渐尝试在植被、生态、大气、环境、考古、农业等方面进行应用，取得了一系列的进展和很多成就，使高光谱遥感成为科研必不可少的工具和技术。高光谱遥感的基础是测谱学，主要在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据的技术。成像光谱仪为每个像元提供数十个至数百个窄波段(通常波段宽度＜10nm)的光谱信息，能产生一条完整而连续的光谱曲线。国际遥感界公认:光谱分辨率在10池次数量级范围的定为多光谱(Multlspectr

3、al),这样的遥感器在可见光和近红外光谱区域通常只有几个波段，如美国LandsatMSS.TM,法国的SPOT等;而光谱分辨率在10「次认的遥感信息称之为高光谱(HyperPsectral);随着遥感光谱分辨率的进一步提高，当达到10池以上时，遥感即进入超高光谱(Ul-traspcctral)阶段，许多物质的特征往往表现在一些狭窄的光谱范围内，如何捕获物体的这种特征而乂不失其整体形态及与周围地物的关系，这就是高光谱分辨率遥感产生和发展的基础和要回答的问题。高光谱遥感的特点是光谱分辨率高，波段连续性强,能获得多光谱传感器无法获得的精细的光谱信息，由于其光谱分辨率高达纳米数量级，因此传感器在

4、0.4一2.5^m范围内可细分成几十个，甚至几百个波段,光谱分辨率为5一lOnnio成像光谱仪2高光谱遥感的土壤成分信息量化反演上壤是万物生存的物质基础，是人类财富的主要来源，是我们祖先最早利用的生产资料。土壤是地壳表层岩石矿物的风化产物(母质)，在气候、生物、地形等环境条件和时间综合因素的作用下形成的一种特殊自然体。土壤是一种复杂的混合体,它的物理与化学性质是由其组分所决定，这些有着不同理化特征的土壤成分及其质地和结构决定着各种土壤类型及其独特的光谱特性。2.1土壤矿物成分与土壤光谱特性土壤中某些矿物成分对其反射光谱起主导作用，这取决于矿物成分中电子能级的跃迁和分了的振动，从矿物基团和

5、离子光谱的角度讲，铁是土壤中最普遍存在的物质，铁离子在一定条件下广泛溶解于土壤溶液中，铁离子也极易取代矿物晶格中的铝和镁离子甚至是硅。其中,Fe2F/对土壤的光谱贡献最大,具有诊断性光谱特征，吸收特征主要表现在可见光范围内，F/吸收波长位置在0.43、0.45、0,51、0.55以及1.0——1.lMm；Fe3+的吸收位置在0.40、0.45、0.49、0.70以及0.87^。尽管由其组成的矿物在上壤中所占比例很少。女口:磁铁矿、钦铁矿、针铁矿等,却会使核个波长范围的反射率降低。土壤光谱中短波红外的光谱特征主要是-H0基团、CO：广基团、也0等振动的倍频或合频。氢氧化镁、氢氧化铝的倍频

6、或合频的吸收位置分别在2.300、2.200啊处。土壤中的吸附水总在1.4及1.9啊处出现倍频或合频的吸收。而C0产的吸收谱带通常在2.35.2.55切处。石英、长石的反射率均较高,,但它们在可见光与近红光谱区间没有明显的吸收特征,光谱曲线呈一近水平的直线，且反射率均很高,通常在80%以上。它们的存在会使土壤的发射率有所增高，也不会产生明显的诊断特征。土壤中次生矿物的光谱特性在某种意义上决定着土壤的波谱曲线形态特征。土壤中含有较多的次生粘土矿物,如:高岭石、蒙脱石、伊利石等，它们结构中的-0H基团的绕铝配位和绕镁配位吸收谱带分别在2.2、2.3呵附近；它们的层间结合水也在2.2、2.3R

7、m处出现吸收特征。土壤中的碳酸盐矿物如方解石，在400-1800mn范围内具有强反射，没有显著的吸收特征,光谱曲线近于水平直线，但在短波红外却有明显的强吸收，峰值位于2.34切（方解石中C0F基团的吸收）；硫酸盐如石膏在可见光波段呈强反射,无明显的吸收特征，曲线近于平直，但在红外波段具有强吸收，且随着波长向着长波方向移动吸收加强;氯化物如石盐，是干早地区土壤板结盐碱化的主要原因之一,在整个研究波段范围内曲线呈强反射且近于水平的直线。