[發明專利]基于高分衛星遙感數據的土壤采樣方法

有效

• 申請號: 201210060278.9
• 申請日: 2012-03-08
• 公開（公告）號: CN102645350A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 史舟;郭燕;周銀;周煉清
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N1/04
• 分類號: G01N1/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種土壤采樣方法，尤其是涉及一種基于高分衛星遙感數據的土壤采樣方法。

背景技術

合理的土壤采樣方法是進行土壤科學管理和合理施肥的基礎，是精確農業實施的前提。以最小的采樣數目來達到最大的預測精度是土壤采樣的目的。土壤特性的空間變異性可以通過采集的樣品信息對未采樣點進行預測，這種預測的可靠性依賴于最初的采樣是否具有代表性及是否有效地描述了田塊的變異性。土壤采樣方法的合理與否直接關系到空間變異特性的表達。常見的土壤采樣方法可以歸結為兩大類：Fisher創立的經典統計方法和地統計學空間采樣法。經典的采樣方法簡單易行、應用廣泛，但是通常需要大量的樣點才能全面準確地獲取土壤性狀的空間分布特征，采樣成本高，效率低?？臻g采樣方法借助地統計學的支持，考慮到空間自相關性來設計采樣方法。且隨著數據獲取技術和現代化信息技術的發展，為推測土壤性狀的空間變異提供了越來越多的輔助數據，如遙感數據，高程模型數據等。

土壤采樣方法一直是土壤學家研究的熱點，CiPra等(1972)比較了有機質、磷等幾種土壤肥力特性指標，在同樣的誤差和置信區間水平上，由于不同土壤肥力變異性的不同，所需要的采樣數目也不同。Black等(1993)在代表性土壤樣本的選擇和采集方面進行了大量的試驗和探討。

隨著地統計學理論的深入發展和在土壤學科中的廣泛應用，利用地統計學的有關方法和理論來設計和優化采樣策略受到越來越多的關注。McBratney和Webster(1983)利用地統計學中克里格插值得到的土壤采樣效率較傳統統計方法高出13～9倍。Brus等(1999)利用分層簡單隨機采樣法對土壤中速效磷平均含量進行預測，并利用變異函數評價了采樣的精度。Ferreyar等(2002)利用半方差函數和空間退火模擬算法來減少土壤水的采樣數目，與規則格網和隨機采樣模式相比，具有較高的預測精度。Wang等(1998)利用規則網格采樣、隨機采樣、分層采樣三種采樣方法和三種不同的樣本大小來研究采樣模式和密度對土壤中污染物的空間結構特征的影響，發現樣本大小和采樣方法都對經驗半方差函數有重要影響，同樣的樣本大小，規則網格采樣的預測精度最高。國內姜城等(2001)對土壤合理采樣數量做了研究，發現發部分土壤養分都有較為良好的半方差結構，在平衡取樣成本和精度的前提下必須考慮土壤養分的空間變異程度。

利用較易獲取的數據進行土壤空間變異性的表達，可以節省人力、物力、財力。如利用EM38快速獲取的土壤表觀電導率數據、高分遙感衛星數據等。史舟等(2007)研究了土壤體積電導率在濱海鹽土區的空間變異和采樣方案。而利用方差四叉樹法借助較易大面積獲取的高分遙感衛星數據進行土壤采樣方法的研究尚未見報道。這種優化的采樣方式可以快速準確地獲得最優的土壤采樣布局方案，以較少的樣品獲得較高的預測精度，其采樣效率比網格法高約17～44％，節省了采樣成本，提高了采樣布點的合理性和代表性。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種基于高分衛星遙感數據的土壤采樣方法，借助易大面積獲取的高分遙感衛星數據進行土壤采樣。

本發明的技術方案是：

(1)高分衛星遙感數據預處理：通過公式從高分遙感衛星數據中提取后向散射系數指數，以文件的形式存放；

(2)區層的劃分：將提取的后向散射系數置于一個矩形框內，分成四個面積相等的區層h；

(3)計算區層內的半方差值：對每一個區層均計算出半方差值φ_h；

(4)最大方差值區層的尋找：找出步驟(3)中四個面積相等的區域中半方差值φ_h最大的區層，再將其分的區層為四個面積相等的區層；

(5)分割終止：對步驟(4)中劃分的四個面積相等的區層重復步驟(3)直到達到某一給定的迭代次數，或者直到半方差值φ_h的最大值小于某一閾值ε；設i為迭代次數，那么在第i個迭代時，所劃分的總的區層數為n_i＝3i+1；

(6)采樣方法：在劃分出的n_i區層內，采樣點的位置是隨機的，或者布設于中心；

(7)采樣圖制作：將每個采樣點的空間位置和高分衛星遙感圖像一起制作成野外土壤采樣地圖或輸入到手持電腦上，然后結合GPS定位儀進行土壤采樣。

本發明具有的有益效果是：