Radarsat—2影像对盐渍地微观离子的响应

郭晓静+王耀强+马腾+郑磊+申小华

摘要：以内蒙古陕坝地区为研究对象，选取Radarsat-2影像数据，野外采集土样，室内测定K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-含量，采用灰色关联分析法分析了HH极化和HV极化对微观离子的响应。结果表明，对离子的响应强度HH极化要高于HV极化，同种极化方式对不同期土壤离子的响应情况也不相同，12月份的响应要高于10月份。

关键词：雷达影像；盐渍地微观离子；灰色关联分析法；响应

中图分类号：S127；S151.9+5 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）03-0537-03

土壤盐渍化发生在干旱、半干旱区，内蒙古陕坝地区由于长期引黄灌溉和只灌不排导致盐渍化加重，解决盐渍化的问题已成为当务之急，而传统的方法局限性大，耗时长，效率低，已经不能满足需要。随着微波技术的发展，不少学者用微波遥感技术对土壤盐碱化监测作了探讨和研究。研究表明土壤盐渍化的响应和雷达影像的入射角、极化方式相关[1]，微波具有全天候、全时相的特点，微波C、P波段对监测盐碱土具有很大的潜力[2]。研究利用Radarsat-2影像数据，结合地面野外考察数据，选取内蒙古陕坝这一盐渍化普遍发生地区作为试验区，采用灰色关联分析法，主要对表征土壤盐渍化的8种离子与雷达影像辐射亮度值之间的关系进行分析[3，4]，以便对土壤盐渍化状况作大范围、宏观的了解。

1 研究区概况及数据来源

内蒙古陕坝地区是我国具有悠久历史的一个大型灌区。由于长期的引黄灌溉和只灌不排，且灌溉面积不断地扩大，灌排工程不配套等因素导致了灌区的地下水位迅速上升并超过临界水位，从而加剧了土壤的盐渍化。研究区的地形平坦，西南高于东北，海拔1 007～1 050 m。土壤以盐渍化浅色草甸土和盐土为主。陕坝全年日照时数为3 100～3 200 h，年降雨量少，仅为130～250 mm，但年蒸发量却达到2 000～2 400 mm，湿润度0.1～0.2，年无霜期为120～150 d。

研究区盐渍地分布区地势平坦，地形变化小，在野外选点时，选择地势平坦、植被覆盖少的地方作为采样点，且采样点均匀分布在研究区内，在采样时采用GPS定位技术，记录每一点的经纬度坐标。

此次采用的数据为2012年10月和12月成像的加拿大Radarsat-2影像数据，其参数为：波段C， HH、HV两种极化方式，分辨率为8 m，图像的覆盖范围为25 km×25 km[5-8]。研究区的雷达影像图见图1。

2 技术方法

2.1 测定方法

2012年10月和12月在内蒙古河套地区进行了野外考察。所选取的样点范围为整个雷达影像的覆盖区。采取地表0～10 cm的土样，每个采样点呈三角形分布共采集3个样，且每个点位的属性均一，所以可以把3个采样点的均值作为最终样点的属性值，将野外的采样点样品带回室内，在实验室测定其K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-的含量。

对所有采集的土样风干，碾碎，过1 mm筛，取20 g风干土与100 mL去离子水混合，振动、浸泡，使土壤盐分充分溶解，过滤，取上清液进行土壤盐分的测定，用EDTA滴定法测定Ca2+和Mg2+；用双指示剂中和法测定CO32-和HCO3-；用AgNO3滴定法测定Cl-；用EDTA间接滴定法测定SO42-，用差减法测定Na+和K+。

在研究区采用不同的滤波方法对雷达影像进行处理，并以平滑指数（FI）、边缘保持指数（ESI）为指标分析了典型地类区域重度盐渍地、中度盐渍地、轻度盐渍地在不同窗口下的变化情况。结果表明，研究区采用增强Frost滤波法较为理想。

为了确定各点的几何位置需对雷达影像进行精校正。然后将雷达影像上对应点的亮度值提取出来，与此点位的各种离子含量值相关联，形成基础数据。

2.2 灰色关联分析

2.2.1 数据的准备 分不同时间的土壤剖面进行研究。覆盖研究区的为36个采样点，设xi（i=1，2，…，36）分别代表各采样点的雷达影像强度值，与含盐量以及K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-的含量形成矩阵。

2.2.2 数据的标准化 为消除量纲之间的影响，增强不同量纲因素之间的可比性，对原始数据作均值的变换，均值变换的计算公式为：

3 结果与分析

3.1 10、12月HH极化方式对微观离子的响应

3.2 10、12月HV极化方式对微观离子的响应

4 结论

研究了10月和12月两期雷达影像对土壤0～10cm离子含量的响应情况。从研究结果可知，就同期数据结果表明不同极化方式对离子的响应情况不一样， HH极化的响应强度都要高于HV极化的响应强度。同种极化方式对不同期土壤离子的响应情况也不相同，且两种极化方式对12月的响应情况要高于10月。在10月的HH、HV极化中对含盐量的响应最弱，但是和其他离子相差甚小。在12月的HH、HV极化中对CO32-离子的响应最弱，且和其他离子相差很大。

在野外采集10月份土壤的时候，部分土地有耕翻的情况，会对结果造成一定的影响，而且研究只对雷达影像提取其对应点的像素值，并没有得到相应的定量参数，会对结果的精度有微小的影响。但是结论对进一步研究雷达信号和离子的关系有重要意义。

参考文献：

[1] 魏丹婷.土壤盐渍化信息提取中雷达数据参数的选取与应用研究[D].乌鲁木齐：新疆大学，2012.

[2] 韦建波.RADARSAT-2数据在干旱区盐渍地信息提取中的应用[D].乌鲁木齐：新疆大学，2009.

[3] ZHANG F，TIYIP T，DING J L，et al. The effects of the chemical components of soil salinity on electrical conductivity in the region of the delta oasis of Weigan and Kuqa Rivers，China[J]. Agricultural Sciences in China，2009，8（8）：985-993.

[4] 何祺胜，曹春香，塔西甫拉提·特依拜.星载雷达影像对盐渍地微观离子的响应研究[J].水土保持通报，2009，29（5）：18-20.

[5] 黎 力，黄家林，闫晓红.Radarsat-2在重庆土地利用遥感监测中的应用研究[J]. 地矿测绘，2012，28（3）：7-9.

[6] 何祺胜，曹春香，塔西甫拉提·特依拜.基于多源数据的干旱区盐渍地信息提取[J].遥感技术与应用，2010，25（2）：210-215.

[7] 塔西甫拉提·特依拜，吐尔逊·艾山，海米提·司马义，等. 土壤盐渍化遥感监测研究进展综述[J].新疆大学学报（自然科学版），2008，25（1）：2-6.

[8] 塔西甫拉提·特依拜，张 飞，赵 睿，等.新疆干旱区土地盐渍化信息提取及实证分析[J].土壤通报，2007，38（4）：626-630.

摘要：以内蒙古陕坝地区为研究对象，选取Radarsat-2影像数据，野外采集土样，室内测定K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-含量，采用灰色关联分析法分析了HH极化和HV极化对微观离子的响应。结果表明，对离子的响应强度HH极化要高于HV极化，同种极化方式对不同期土壤离子的响应情况也不相同，12月份的响应要高于10月份。

关键词：雷达影像；盐渍地微观离子；灰色关联分析法；响应

中图分类号：S127；S151.9+5 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）03-0537-03

土壤盐渍化发生在干旱、半干旱区，内蒙古陕坝地区由于长期引黄灌溉和只灌不排导致盐渍化加重，解决盐渍化的问题已成为当务之急，而传统的方法局限性大，耗时长，效率低，已经不能满足需要。随着微波技术的发展，不少学者用微波遥感技术对土壤盐碱化监测作了探讨和研究。研究表明土壤盐渍化的响应和雷达影像的入射角、极化方式相关[1]，微波具有全天候、全时相的特点，微波C、P波段对监测盐碱土具有很大的潜力[2]。研究利用Radarsat-2影像数据，结合地面野外考察数据，选取内蒙古陕坝这一盐渍化普遍发生地区作为试验区，采用灰色关联分析法，主要对表征土壤盐渍化的8种离子与雷达影像辐射亮度值之间的关系进行分析[3，4]，以便对土壤盐渍化状况作大范围、宏观的了解。

1 研究区概况及数据来源

内蒙古陕坝地区是我国具有悠久历史的一个大型灌区。由于长期的引黄灌溉和只灌不排，且灌溉面积不断地扩大，灌排工程不配套等因素导致了灌区的地下水位迅速上升并超过临界水位，从而加剧了土壤的盐渍化。研究区的地形平坦，西南高于东北，海拔1 007～1 050 m。土壤以盐渍化浅色草甸土和盐土为主。陕坝全年日照时数为3 100～3 200 h，年降雨量少，仅为130～250 mm，但年蒸发量却达到2 000～2 400 mm，湿润度0.1～0.2，年无霜期为120～150 d。

研究区盐渍地分布区地势平坦，地形变化小，在野外选点时，选择地势平坦、植被覆盖少的地方作为采样点，且采样点均匀分布在研究区内，在采样时采用GPS定位技术，记录每一点的经纬度坐标。

此次采用的数据为2012年10月和12月成像的加拿大Radarsat-2影像数据，其参数为：波段C， HH、HV两种极化方式，分辨率为8 m，图像的覆盖范围为25 km×25 km[5-8]。研究区的雷达影像图见图1。

2 技术方法

2.1 测定方法

2012年10月和12月在内蒙古河套地区进行了野外考察。所选取的样点范围为整个雷达影像的覆盖区。采取地表0～10 cm的土样，每个采样点呈三角形分布共采集3个样，且每个点位的属性均一，所以可以把3个采样点的均值作为最终样点的属性值，将野外的采样点样品带回室内，在实验室测定其K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-的含量。

对所有采集的土样风干，碾碎，过1 mm筛，取20 g风干土与100 mL去离子水混合，振动、浸泡，使土壤盐分充分溶解，过滤，取上清液进行土壤盐分的测定，用EDTA滴定法测定Ca2+和Mg2+；用双指示剂中和法测定CO32-和HCO3-；用AgNO3滴定法测定Cl-；用EDTA间接滴定法测定SO42-，用差减法测定Na+和K+。

在研究区采用不同的滤波方法对雷达影像进行处理，并以平滑指数（FI）、边缘保持指数（ESI）为指标分析了典型地类区域重度盐渍地、中度盐渍地、轻度盐渍地在不同窗口下的变化情况。结果表明，研究区采用增强Frost滤波法较为理想。

为了确定各点的几何位置需对雷达影像进行精校正。然后将雷达影像上对应点的亮度值提取出来，与此点位的各种离子含量值相关联，形成基础数据。

2.2 灰色关联分析

2.2.1 数据的准备 分不同时间的土壤剖面进行研究。覆盖研究区的为36个采样点，设xi（i=1，2，…，36）分别代表各采样点的雷达影像强度值，与含盐量以及K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-的含量形成矩阵。

2.2.2 数据的标准化 为消除量纲之间的影响，增强不同量纲因素之间的可比性，对原始数据作均值的变换，均值变换的计算公式为：

3 结果与分析

3.1 10、12月HH极化方式对微观离子的响应

3.2 10、12月HV极化方式对微观离子的响应

4 结论

研究了10月和12月两期雷达影像对土壤0～10cm离子含量的响应情况。从研究结果可知，就同期数据结果表明不同极化方式对离子的响应情况不一样， HH极化的响应强度都要高于HV极化的响应强度。同种极化方式对不同期土壤离子的响应情况也不相同，且两种极化方式对12月的响应情况要高于10月。在10月的HH、HV极化中对含盐量的响应最弱，但是和其他离子相差甚小。在12月的HH、HV极化中对CO32-离子的响应最弱，且和其他离子相差很大。

在野外采集10月份土壤的时候，部分土地有耕翻的情况，会对结果造成一定的影响，而且研究只对雷达影像提取其对应点的像素值，并没有得到相应的定量参数，会对结果的精度有微小的影响。但是结论对进一步研究雷达信号和离子的关系有重要意义。

参考文献：

[1] 魏丹婷.土壤盐渍化信息提取中雷达数据参数的选取与应用研究[D].乌鲁木齐：新疆大学，2012.

[2] 韦建波.RADARSAT-2数据在干旱区盐渍地信息提取中的应用[D].乌鲁木齐：新疆大学，2009.

[3] ZHANG F，TIYIP T，DING J L，et al. The effects of the chemical components of soil salinity on electrical conductivity in the region of the delta oasis of Weigan and Kuqa Rivers，China[J]. Agricultural Sciences in China，2009，8（8）：985-993.

[4] 何祺胜，曹春香，塔西甫拉提·特依拜.星载雷达影像对盐渍地微观离子的响应研究[J].水土保持通报，2009，29（5）：18-20.

[5] 黎 力，黄家林，闫晓红.Radarsat-2在重庆土地利用遥感监测中的应用研究[J]. 地矿测绘，2012，28（3）：7-9.

[6] 何祺胜，曹春香，塔西甫拉提·特依拜.基于多源数据的干旱区盐渍地信息提取[J].遥感技术与应用，2010，25（2）：210-215.

[7] 塔西甫拉提·特依拜，吐尔逊·艾山，海米提·司马义，等. 土壤盐渍化遥感监测研究进展综述[J].新疆大学学报（自然科学版），2008，25（1）：2-6.

[8] 塔西甫拉提·特依拜，张 飞，赵 睿，等.新疆干旱区土地盐渍化信息提取及实证分析[J].土壤通报，2007，38（4）：626-630.

摘要：以内蒙古陕坝地区为研究对象，选取Radarsat-2影像数据，野外采集土样，室内测定K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-含量，采用灰色关联分析法分析了HH极化和HV极化对微观离子的响应。结果表明，对离子的响应强度HH极化要高于HV极化，同种极化方式对不同期土壤离子的响应情况也不相同，12月份的响应要高于10月份。

关键词：雷达影像；盐渍地微观离子；灰色关联分析法；响应

中图分类号：S127；S151.9+5 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）03-0537-03

土壤盐渍化发生在干旱、半干旱区，内蒙古陕坝地区由于长期引黄灌溉和只灌不排导致盐渍化加重，解决盐渍化的问题已成为当务之急，而传统的方法局限性大，耗时长，效率低，已经不能满足需要。随着微波技术的发展，不少学者用微波遥感技术对土壤盐碱化监测作了探讨和研究。研究表明土壤盐渍化的响应和雷达影像的入射角、极化方式相关[1]，微波具有全天候、全时相的特点，微波C、P波段对监测盐碱土具有很大的潜力[2]。研究利用Radarsat-2影像数据，结合地面野外考察数据，选取内蒙古陕坝这一盐渍化普遍发生地区作为试验区，采用灰色关联分析法，主要对表征土壤盐渍化的8种离子与雷达影像辐射亮度值之间的关系进行分析[3，4]，以便对土壤盐渍化状况作大范围、宏观的了解。

1 研究区概况及数据来源

内蒙古陕坝地区是我国具有悠久历史的一个大型灌区。由于长期的引黄灌溉和只灌不排，且灌溉面积不断地扩大，灌排工程不配套等因素导致了灌区的地下水位迅速上升并超过临界水位，从而加剧了土壤的盐渍化。研究区的地形平坦，西南高于东北，海拔1 007～1 050 m。土壤以盐渍化浅色草甸土和盐土为主。陕坝全年日照时数为3 100～3 200 h，年降雨量少，仅为130～250 mm，但年蒸发量却达到2 000～2 400 mm，湿润度0.1～0.2，年无霜期为120～150 d。

研究区盐渍地分布区地势平坦，地形变化小，在野外选点时，选择地势平坦、植被覆盖少的地方作为采样点，且采样点均匀分布在研究区内，在采样时采用GPS定位技术，记录每一点的经纬度坐标。

此次采用的数据为2012年10月和12月成像的加拿大Radarsat-2影像数据，其参数为：波段C， HH、HV两种极化方式，分辨率为8 m，图像的覆盖范围为25 km×25 km[5-8]。研究区的雷达影像图见图1。

2 技术方法

2.1 测定方法

2012年10月和12月在内蒙古河套地区进行了野外考察。所选取的样点范围为整个雷达影像的覆盖区。采取地表0～10 cm的土样，每个采样点呈三角形分布共采集3个样，且每个点位的属性均一，所以可以把3个采样点的均值作为最终样点的属性值，将野外的采样点样品带回室内，在实验室测定其K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-的含量。

对所有采集的土样风干，碾碎，过1 mm筛，取20 g风干土与100 mL去离子水混合，振动、浸泡，使土壤盐分充分溶解，过滤，取上清液进行土壤盐分的测定，用EDTA滴定法测定Ca2+和Mg2+；用双指示剂中和法测定CO32-和HCO3-；用AgNO3滴定法测定Cl-；用EDTA间接滴定法测定SO42-，用差减法测定Na+和K+。

在研究区采用不同的滤波方法对雷达影像进行处理，并以平滑指数（FI）、边缘保持指数（ESI）为指标分析了典型地类区域重度盐渍地、中度盐渍地、轻度盐渍地在不同窗口下的变化情况。结果表明，研究区采用增强Frost滤波法较为理想。

为了确定各点的几何位置需对雷达影像进行精校正。然后将雷达影像上对应点的亮度值提取出来，与此点位的各种离子含量值相关联，形成基础数据。

2.2 灰色关联分析

2.2.1 数据的准备 分不同时间的土壤剖面进行研究。覆盖研究区的为36个采样点，设xi（i=1，2，…，36）分别代表各采样点的雷达影像强度值，与含盐量以及K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-的含量形成矩阵。

2.2.2 数据的标准化 为消除量纲之间的影响，增强不同量纲因素之间的可比性，对原始数据作均值的变换，均值变换的计算公式为：

3 结果与分析

3.1 10、12月HH极化方式对微观离子的响应

3.2 10、12月HV极化方式对微观离子的响应

4 结论

研究了10月和12月两期雷达影像对土壤0～10cm离子含量的响应情况。从研究结果可知，就同期数据结果表明不同极化方式对离子的响应情况不一样， HH极化的响应强度都要高于HV极化的响应强度。同种极化方式对不同期土壤离子的响应情况也不相同，且两种极化方式对12月的响应情况要高于10月。在10月的HH、HV极化中对含盐量的响应最弱，但是和其他离子相差甚小。在12月的HH、HV极化中对CO32-离子的响应最弱，且和其他离子相差很大。

在野外采集10月份土壤的时候，部分土地有耕翻的情况，会对结果造成一定的影响，而且研究只对雷达影像提取其对应点的像素值，并没有得到相应的定量参数，会对结果的精度有微小的影响。但是结论对进一步研究雷达信号和离子的关系有重要意义。

参考文献：

[1] 魏丹婷.土壤盐渍化信息提取中雷达数据参数的选取与应用研究[D].乌鲁木齐：新疆大学，2012.

[2] 韦建波.RADARSAT-2数据在干旱区盐渍地信息提取中的应用[D].乌鲁木齐：新疆大学，2009.

[3] ZHANG F，TIYIP T，DING J L，et al. The effects of the chemical components of soil salinity on electrical conductivity in the region of the delta oasis of Weigan and Kuqa Rivers，China[J]. Agricultural Sciences in China，2009，8（8）：985-993.

[4] 何祺胜，曹春香，塔西甫拉提·特依拜.星载雷达影像对盐渍地微观离子的响应研究[J].水土保持通报，2009，29（5）：18-20.

[5] 黎 力，黄家林，闫晓红.Radarsat-2在重庆土地利用遥感监测中的应用研究[J]. 地矿测绘，2012，28（3）：7-9.

[6] 何祺胜，曹春香，塔西甫拉提·特依拜.基于多源数据的干旱区盐渍地信息提取[J].遥感技术与应用，2010，25（2）：210-215.

[7] 塔西甫拉提·特依拜，吐尔逊·艾山，海米提·司马义，等. 土壤盐渍化遥感监测研究进展综述[J].新疆大学学报（自然科学版），2008，25（1）：2-6.

[8] 塔西甫拉提·特依拜，张 飞，赵 睿，等.新疆干旱区土地盐渍化信息提取及实证分析[J].土壤通报，2007，38（4）：626-630.