[發明專利]一種基于TM影像輔助的農田土壤有機碳含量數據獲取方法

有效

• 申請號: 202010169862.2
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111398562B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 趙占輝;張宏敏;魯春陽;李軍杰;李會杰;楊鋒
• 申請（專利權）人: 河南城建學院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N21/17
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐循文

本發明涉及一種基于TM影像輔助的農田土壤有機碳含量數據獲取方法，采用全新設計方法，采用少量樣本數據進行插值、重采樣分析后，能夠獲得更多采樣點數據，即快速獲取面域高分辨率的土壤有機碳密度數據，所獲數據具有可靠性高的優勢，而且本發明能夠解決成本與樣點數量之間的矛盾，即利用少量樣本數據，通過TM影像輔助即可獲取高密度樣點數據，降低成本的同時，又保證了能夠獲取足夠數量的樣點數據，能夠快速、大幅提升空間分辨率，大幅提升獲取數據工作效率；綜上，本發明設計方法大幅降低了數據獲取所需時間和經濟成本，能夠為數字農業大數據分析提供了數據支撐，填補了當前數據獲取困難的技術空白。

技術領域

本發明涉及一種基于TM影像輔助的農田土壤有機碳含量數據獲取方法，屬于數字農業土壤質量監測技術領域。

背景技術

由于土壤形態和演化過程十分復雜，難以進行土壤形態與性質定量化描述，而且空間變異特征及空間相關性等定量化描述更加復雜，如何快速獲取所需的土壤關鍵信息已經成為科研工作者面臨的熱點問題。

在土壤監測領域，目前大范圍采樣調查工序十分繁瑣，需要前往樣點具體位置采集樣品，將樣品帶回實驗室做進一步分析，需要耗費大量人力、時間，并隨著調查范圍、樣點數量增加而大幅增加人力與時間成本，導致大尺度土壤質量調查工作通常間隔在10年或10年以上進行一次，完成大范圍調查需要1-3年時間，數據獲取效率十分低下，對樣本采樣和實驗室分析具有強烈的依賴性，具有費時費力費錢的缺陷，因其工作效率低而限制了其實用性，難以滿足當今快速發展的現代農業需求，特別是隨著數字農業的發展，獲取農業大數據能力嚴重不足，急需研發能夠快速獲取農業土壤屬性數據的技術。

隨著遙感技術的興起，為土壤普查與動態監測提供了強有力的數據支持，盡管遙感數據不能直接探測土壤理化性質(機械組成、濕度、有機碳含量等)空間分布，只能獲取土壤表面客觀的輻射信息，但是可以依靠相應的指標轉換模擬，反演土壤有機碳上時空分異特征。此外，遙感數據具有高時空分辨率、獲取互數據效率高、周期短能諸多優點，能有效補充傳統直接清查法時空分辨率不足的缺陷。因此，直接調查估算法能獲取第一手土壤信息數據，但時空分辨率有限，難以滿足當前高時空分辨率數據需要。基于碳循環過程模型的間接估測土壤有機碳變化方法，其模擬精度受制于參數復雜程度，進而影響模擬土壤有機碳估算精度。如果能將遙感高時空分辨率特征與生態系統碳循環過程模擬以及實測數據結合起來，既能保證估測數據準確性，又能確保土壤有機碳估測結果具有較高時空精度。有效集成多源數據，綜合評估時空尺度土壤有機碳變化規律已經成為當前學術界研究的熱點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于TM影像輔助的農田土壤有機碳含量數據獲取方法，能夠快速獲取面域高分辨率的土壤有機碳密度數據，提高工作效率。

本發明為了解決上述技術問題采用以下技術方案：本發明設計了一種基于TM影像輔助的農田土壤有機碳含量數據獲取方法，用于獲得目標區域中各位置土壤有機碳密度，包括如下步驟：

步驟A.分別針對目標區域中預設數量、預設分布的各個樣本點，獲得樣本點位置的土壤有機碳密度，然后進入步驟B；

步驟B.針對土壤有機碳密度取值范圍、按預設間隔進行等級劃分，獲得覆蓋土壤有機碳密度取值范圍的各個有機碳密度等級間隔，并將各個有機碳密度等級間隔分別與預設各個彼此不同圖像灰度值一一對應，然后進入步驟C；

步驟C.獲取目標區域的TM遙感影像，并進一步獲取目標區域中各樣本點位置的DN值，然后進入步驟D；

步驟D.針對目標區域中的各樣本點位置，以樣本點位置DN值為自變量，樣本點位置土壤有機碳密度為應變量，訓練得到目標區域土壤有機碳密度TM遙感影像反演模型，然后進入步驟E；

步驟E.應用目標區域土壤有機碳密度TM遙感影像反演模型，針對目標區域的TM遙感影像進行運算處理，并結合各有機碳密度等級間隔分別與預設各個彼此不同圖像灰度值一一對應，獲得目標區域土壤有機碳密度TM遙感影像反演灰度圖，然后進入步驟F；