[发明专利]一种利用时间序列遥感影像联合估算土壤剖面盐分的方法

说明书

本发明公开了一种利用时间序列遥感影像联合估算土壤剖面盐分的方法。该方法首先获取用于描述同一对象的土壤剖面样品(1米)、EM38‑MK2土壤电导率数据及长时间序列的月平均Sentinel‑2卫星遥感影像数据；其次，根据线性回归方程式以及剖面盐分含量计算式得到1米深土壤剖面盐分含量；再次，利用随机森林筛选自变量的方式，得到基于时间序列月平均Sentinel‑2影像的指数作为建模的自变量；最后，以样点1米深土壤剖面盐分含量为因变量，利用时空卷积网络回归模型估算，得到大空间尺度的土壤剖面盐分含量分布图。本发明定量分析了剖面土壤总盐分含量水平，突破了遥感手段只能观测地表的土壤信息这一技术瓶颈，为大区域尺度内剖面土壤盐分信息的表征提供了新思路。

技术领域

本发明涉及遥感反演领域，具体涉及到基于时间序列Sentinel-2数据高精度反演土壤剖面(1米)盐分含量的算法。

背景技术

土壤盐渍化是全球面临的土地退化问题之一，原生盐渍化和次生盐渍化严重危害了土壤健康和作物生产。特别是在干旱和半干旱地区，土壤蒸散量高于降水量，导致土壤中的盐分随着水分的蒸发而向上运移，在土壤表面结成盐壳。土壤盐渍化的监测和可视化对于土壤资源、尤其是耕地的保护和利用具有重要意义。地面调查和近地土壤传感调查是盐分信息最直接的获取手段和来源，能精确表示采样点土壤盐分的含量和分布，但无法准确描述大面积土壤盐分的分布情况及同时期快速调查。相较于传统野外调查方法，卫星遥感具有空间范围覆盖广，观测空间分辨率高、时间重返周期性短的特点，可以快速提供有关土壤的大量信息，逐渐成为土壤盐分监测的重要方法。

光学遥感卫星对土壤盐分表征的深度有限，以往的研究集中在对表土(0-0.2 米)的土壤盐分监测，而在对根区或底土的土壤盐分的估算中表现不佳。盐分在土体中随着水分的运移而在垂直方向上运移，降水、蒸散、土地管理措施(洗盐、作物播种、灌溉、收获)等周期性发生，导致土壤剖面中盐分的周期性运移。因此，表土中的盐分含量无法全面反映土壤健康状况。利用单个时期遥感影像获取土壤信息的方法时效性强，但仅限于单个时期的表土反盐量监测，无法实现对土壤剖面盐分含量的全面评估。面向单个时期遥感影像在土壤剖面盐分估算上的局限性，需要针对多个时期遥感影像进行时间序列分析，进行地面观测深度的拓展，从而实现对1米深的土壤剖面盐分含量的全面估算。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种利用时间序列遥感影像联合估算土壤剖面盐分的方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种利用时间序列遥感影像联合估算土壤剖面盐分的方法，其步骤如下：

S1：获取待测区域在待估算时期下对应的单景Sentinel-2卫星遥感影像数据和地面调查数据；同时获取待测区域在待估算时期之前的Sentinel-2卫星遥感影像历史序列；

其中，所述地面调查数据包含在待估算时期采集的多深度实测电导率数据和EM38-MK2电导率数据；所述多深度实测电导率数据中包含了第一土壤采样点集合中每个土壤采样点的分段电导率数据，所述分段电导率数据包含土壤采样点所在位置深度为1米的土壤剖面按照设定间隔分段采样后实测得到的不同土层深度各自的电导率，其中土壤表面所在的一段土层为土壤表层；所述EM38-MK2 电导率数据包含第二土壤采样点集合中每个土壤采样点的多模式电导率数据，所述多模式电导率数据包含土壤采样点所在位置在不同深度分别按照不同模式测得的多个电导率；且第一土壤采样点集合为第二土壤采样点集合的子集；

S2：将S1中获取的三类数据按照S21～S23进行多源数据匹配处理：

S21：针对第一土壤采样点集合中的每个土壤采样点对应的分段电导率数据和多模式电导率数据进行线性回归，使线性回归模型能够基于所述多模式电导率数据估计同一土壤采样点的所述分段电导率数据；