本公开提供的矿区土壤粒径含量及其空间分布的反演方法，包括：获取待测矿区的多光谱遥感影像数据，得到大气表观反射率数据；对待测矿区进行局部表层土壤采样，得到多种不同粒径级别的表层土壤数据；根据大气表观反射率数据得到地表反射率数据，筛选采样点处的局部地表反射率数据；对各粒径级别的表层土壤数据与局部地表反射率数据的相关性分别进行统计分析，得到各粒径级别的优选的表层土壤数据；将地表反射率数据与各优选的表层土壤数据一一对应，分别构建各类土壤粒径反演模型；将地表反射率数据输入各类土壤粒径反演模型中，得到待测矿区的各类土壤粒径含量及其空间分布。本公开能够快速、准确地获取大面积矿区的土壤粒径含量及其空间分布。
【技术实现步骤摘要】
本公开实施例属于矿区地表生态环境监测，特别涉及一种基于多光谱遥感影像的矿区土壤粒径含量及其空间分布的反演方法、装置和介质。
技术介绍
1、土壤质地是土壤的重要物理性质，在确定土壤孔隙度、渗透性、持水能力等方面起着关键作用，它与土壤通气、保肥、保水状况及耕作的难易有密切关系。黄河流域中上游是中国煤炭工业的主要产地，大规模开采扰动对地表脆弱的土壤生态环境造成了严重影响。粒径分布是中国西部干旱半干旱矿区复垦土壤的重要特性之一，与黄河流域生态环境保护治理密切相关。同时，土壤质地状况是拟定土壤利用、管理和改良措施的重要依据，监测矿山复垦过程中土壤粒径分布的变化情况，是评估矿区土地复垦成败的关键指标。因此，关于土壤粒径含量和分布信息的长期、有效且快速的监测方法对干旱半干旱矿区的生态修复和表土重构治理评价具有至关重要的现实意义。
2、目前，土壤粒径测定方法主要包括干筛法、吸管法、比重计法等，这些方法各有特点，适用于不同粒径范围的土壤颗粒分析，但均耗时费力，且适用范围有限，无法快速获取大尺度范围的土壤粒径含量及其空间分布信息。
技术实现思路
1、本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、为此，本公开实施例提供的一种矿区土壤粒径含量及其空间分布的反演方法、装置和介质，能方便快捷、高效、可重复使用并能准确获取大面积范围的矿区表层土壤不同粒径的含量及空间分布特征，且特别适用于干旱半干旱矿区。
3、为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
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p>4、本公开第一方面提供的一种矿区土壤粒径含量及其空间分布的反演方法，包括：5、获取待测矿区的多光谱遥感影像数据r0，根据其得到大气表观反射率数据r0a；
6、对待测矿区进行局部表层土壤采样并测样分析，得到n种不同粒径级别的表层土壤数据，将第i种粒径级别的表层土壤数据记为di，i＝1,2,…,n，表层土壤数据di由若干数组组成，每个数组包括采样点处第i种粒径级别的土壤含量、采样点位置和采样土壤厚度；
7、对大气表观反射率数据r0a进行大气校正得到地表反射率数据r0b，从地表反射率数据r0b中筛选出各采样点处的地表反射率得到局部地表反射率数据r0c；
8、对各粒径级别的表层土壤数据di与局部地表反射率数据r0c的相关性分别进行统计分析，将相关性最高的采样土壤厚度定义为最优反演土壤厚度范围，从各粒径级别的表层土壤数据di中筛选出最优反演土壤厚度范围内的数组，分别得到优选的表层土壤数据dia；
9、将地表反射率数据r0c与各优选的表层土壤数据dia一一对应，分别构建各类土壤粒径反演模型si；
10、将地表反射率数据r0b输入各类土壤粒径反演模型si中，得到待测矿区的表层土壤数据dib，即包含待测矿区各类土壤粒径含量及其空间分布信息。
11、在一些实施例中，在获取所述待测矿区的多光谱遥感影像数据r0后先对其进行影像预处理，包括影像裁剪和辐射定标，随后将预处理后的多光谱遥感影像数据中各数据点的从dn值转换为大气表观反射率，以此得到所述大气表观反射率数据r0a。
12、在一些实施例中，所述对待测矿区进行局部表层土壤采样并测样分析，得到n种不同粒径级别的表层土壤数据，具体包括：
13、在研究区域分散采样位置，对每个采样位置处的表层土壤分别进行分层取样，在每个采样点使用取土钻收集相同重量的土壤样本，记录采样时间、地点、样品编号、采样土壤厚度和每个采样位置的经纬度坐标；
14、将所有采集样品使用2mm的标准筛分方法，每个样本分为n种粒径级别，得到n种不同粒径级别的土壤含量，与每个样本的采样点位置与采样土壤厚度共同组成表层土壤数据di，i＝1,2,…,n。
15、在一些实施例中，对大气表观反射率数据r0a进行大气校正时使用6sv大气校正模型。
16、在一些实施例中按照以下步骤得到所述优选的表层土壤数据dia：
17、分析表层土壤数据di中各采样土壤厚度下不同土壤粒径含量与地表反射率数据r0c之间的相关性，将相关性最高的采样土壤厚度定义为最优反演土壤厚度范围，进而从表层土壤数据di中筛选得到最优反演土壤厚度范围内的数组，分别得到优选的表层土壤数据dia。
18、在一些实施例中，构建的各类土壤粒径反演模型si的结构相同或者不同，构建各类土壤粒径反演模型si采用的的方法包括多元线性回归法、偏最小二乘回归法和支持向量机法。
19、在一些实施例中，构建各类土壤粒径反演模型si时，针对每种粒径级别的优选的表层砂粒土壤数据dia，均分别构建多个候选土壤粒径反演模型，利用统计指标从多个候选土壤粒径反演模型中筛选出反演精度最高的候选土壤粒径反演模型，作为相应粒径级别的土壤粒径反演模型si。
20、在一些实施例中，测样时，将待测矿区的表层土壤的粒径级别分为n＝3种，分别为砂粒、粉粒和黏粒。
21、本公开第二方面提供的一种矿区土壤粒径含量及其空间分布的反演装置，包括：
22、第一模块，被配置为获取待测矿区的多光谱遥感影像数据r0，根据其得到大气表观反射率数据r0a；
23、第二模块，被配置为通过对待测矿区进行局部表层土壤采样并测样分析得到的n种不同粒径级别的表层土壤数据，将第i种粒径级别的表层土壤数据记为di，i＝1,2,…,n，第i种粒径级别的表层土壤数据di由若干数组组成，每个数组包括采样点处第i种粒径级别的土壤含量、采样点位置和采样土壤厚度；
24、第三模块，被配置为对大气表观反射率数据r0a进行大气校正，得到地表反射率数据r0b，从该地表反射率数据r0b中筛选出各采样点处的地表反射率得到局部地表反射率数据r0c；
25、第四模块，被配置为对各粒径级别的表层土壤数据di与局部地表反射率数据r0c的相关性分别进行统计分析，将相关性最高的采样土壤厚度定义为最优反演土壤厚度范围，从各粒径级别的表层土壤数据di中筛选出最优反演土壤厚度范围内的数组，分别得到优选的表层土壤数据dia；
26、第五模块，被配置为将局部地表反射率数据r0c与各优选的表层土壤数据dia一一对应，分别构建各类土壤粒径反演模型si；
27、第六模块，被配置为将地表反射率数据r0b分别输入各类土壤粒径反演模型si中，得到待测矿区的表层土壤数据dib，即包含待测矿区各类土壤粒径含量及其空间分布信息。
28、本公开第三方面提供的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据本公开第一方面任一实施例所述的反演方法。
29、本公开实施例提供的一种矿区土壤粒径含量及其空间分布的反演方法、装置和介质，具有以下特点及有益效果：
30、本公开针对现有相关技术中存在的技术问题，结合目前的遥感图像处理方法、大气校正方法、建模预测计算方法，提出了一种矿区土壤粒径含量本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种矿区土壤粒径含量及其空间分布的反演方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，在获取所述待测矿区的多光谱遥感影像数据R0后先对其进行影像预处理，包括影像裁剪和辐射定标，随后将预处理后的多光谱遥感影像数据中各数据点的从DN值转换为大气表观反射率，以此得到所述大气表观反射率数据R0a。
3.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，所述对待测矿区进行局部表层土壤采样并测样分析，得到N种不同粒径级别的表层土壤数据，具体包括：
4.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，对大气表观反射率数据R0a进行大气校正时使用6SV大气校正模型。
5.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，按照以下步骤得到所述优选的表层土壤数据Dia：
6.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，构建的各类土壤粒径反演模型Si的结构相同或者不同，构建各类土壤粒径反演模型Si采用的的方法包括多元线性回归法、偏最小二乘回归法和支持向量机法。
7.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，构建各类土壤粒径反演模型Si时，针对每种粒径级别的优选的表层砂粒土壤数据Dia，均分别构建多个候选土壤粒径反演模型，利用统计指标从多个候选土壤粒径反演模型中筛选出反演精度最高的候选土壤粒径反演模型，作为相应粒径级别的土壤粒径反演模型Si。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的反演方法，其特征在于，测样时，将待测矿区的表层土壤的粒径级别分为N＝3种，分别为砂粒、粉粒和黏粒。
9.一种矿区土壤粒径含量及其空间分布的反演装置，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1～8中任一项所述的反演方法。
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【技术特征摘要】
1.一种矿区土壤粒径含量及其空间分布的反演方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，在获取所述待测矿区的多光谱遥感影像数据r0后先对其进行影像预处理，包括影像裁剪和辐射定标，随后将预处理后的多光谱遥感影像数据中各数据点的从dn值转换为大气表观反射率，以此得到所述大气表观反射率数据r0a。
3.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，所述对待测矿区进行局部表层土壤采样并测样分析，得到n种不同粒径级别的表层土壤数据，具体包括：
4.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，对大气表观反射率数据r0a进行大气校正时使用6sv大气校正模型。
5.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，按照以下步骤得到所述优选的表层土壤数据dia：
6.根据权利要求1所述的反演方法，其特征在于，构建的各类土壤粒径反演模型si的...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡振琪，李泉志，张帆，梁宇生，郭严文，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：
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