綠洲-荒漠交錯(cuò)帶典型裸露地表的光譜特征

張 微, 姚 琪, 張 波, 房世峰

(1.浙江國(guó)時(shí)衛(wèi)星科技有限公司， 浙江 杭州 311113；2.中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心， 北京 100045； 3.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所， 北京 100101)

綠洲-荒漠交錯(cuò)帶典型裸露地表的光譜特征

張 微1, 姚 琪2, 張 波1, 房世峰3

(1.浙江國(guó)時(shí)衛(wèi)星科技有限公司， 浙江 杭州 311113；2.中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心， 北京 100045； 3.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所， 北京 100101)

[目的] 對(duì)綠洲—荒漠交錯(cuò)帶典型裸露地表光譜特征進(jìn)行分析，為荒漠化治理和防沙治沙提供參考。 [方法] 利用典型裸露地表的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)若干典型裸露地表類型的原始光譜、倒數(shù)取對(duì)數(shù)光譜、一階導(dǎo)數(shù)光譜和包絡(luò)線除去光譜對(duì)比，分析各類地物識(shí)別的特征光譜區(qū)間。為了后續(xù)更好地利用高分一號(hào)影像研究荒漠地區(qū)，選取藍(lán)光、綠光、紅光和近紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光譜進(jìn)行進(jìn)一步的分析，并利用各波段反射率結(jié)果分別計(jì)算改進(jìn)的歸一化光譜指數(shù)(NDSI)、簡(jiǎn)單比值指數(shù)(SR)和光譜差值商指數(shù)(SDI)等光譜指數(shù)。通過(guò)分析各類地物的光譜特征、光譜指數(shù)等，對(duì)各地物進(jìn)行了區(qū)分。 [結(jié)果] 幾類裸露地表的光譜差異性不大，可見(jiàn)光到近紅外均為緩慢增加；一階導(dǎo)數(shù)變換、倒數(shù)取對(duì)數(shù)和包絡(luò)線去除光譜可以放大各地物間的差異性，可以區(qū)分幾類典型裸露地表。 [結(jié)論] 利用原始光譜和變換后光譜計(jì)算的光譜指數(shù)差異性強(qiáng)，通過(guò)一階導(dǎo)數(shù)變換的SDI可以較好地將各類典型裸露地表區(qū)分開。

裸露地表; 鹽結(jié)皮; 綠洲—荒漠交錯(cuò)帶; 光譜反射率; 包絡(luò)線去除

文獻(xiàn)參數(shù)： 張微, 姚琪, 張波, 等.綠洲—荒漠交錯(cuò)帶典型裸露地表的光譜特征[J].水土保持通報(bào)，2017,37(2)：177-182.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.02.027； Zhang Wei, Yao Qi, Zhang Bo, et al. Spectral Signature of Typical Bare Surface in Oasis-desert Crisscross[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(2)：177-182.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.02.027

綠洲—荒漠交錯(cuò)帶是中國(guó)西北干旱、半干旱區(qū)典型區(qū)域，兼具綠洲與荒漠生態(tài)系統(tǒng)特征，同時(shí)也是生態(tài)環(huán)境相對(duì)敏感和脆弱的地區(qū)[1]，其間分布較為廣泛的裸露地表，土地沙漠化/荒漠化嚴(yán)重威脅綠洲區(qū)的生態(tài)安全。由于綠洲—荒漠交錯(cuò)帶的敏感性和脆弱性，針對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)類型、生態(tài)演變等的研究以土地變化、生態(tài)系統(tǒng)及景觀特征等[2-3]為主，同時(shí)對(duì)于遙感技術(shù)的應(yīng)用也愈來(lái)愈多，干旱區(qū)的干旱監(jiān)測(cè)[4]、荒漠化/石漠化信息提取[5]等應(yīng)用相當(dāng)成熟。而對(duì)于裸土作為特殊地表，其水分含量、物質(zhì)構(gòu)成都是研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，以采用遙感手段研究裸土含水量、濕度及蒸發(fā)、植被蓋度為主[6-10]。光譜技術(shù)作為遙感的基礎(chǔ)，是進(jìn)行遙感分類、地物識(shí)別的重要基礎(chǔ)，在干旱區(qū)，是對(duì)綠洲—荒漠交錯(cuò)帶研究的重要工具，如針對(duì)生物結(jié)皮[11-12]、典型植被光譜特征[13]、鹽堿地、鹽漬化[14-15]等已有較多研究基礎(chǔ)。

裸露地表尤其是綠洲—荒漠交錯(cuò)帶地區(qū)的裸露地表，很大程度上影響區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量，利用遙感手段對(duì)綠洲—荒漠交錯(cuò)帶內(nèi)的裸露地表進(jìn)行研究，能夠較準(zhǔn)確地了解區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化的趨勢(shì)和方向，可以為區(qū)域生態(tài)修復(fù)、生態(tài)環(huán)境治理提供方向和參考依據(jù)。近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)影像在各領(lǐng)域的使用逐漸擴(kuò)展，尤其是高分1號(hào)衛(wèi)星影像，其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。本研究旨在通過(guò)對(duì)地物實(shí)測(cè)光譜的采集，結(jié)合高分1號(hào)影像波段范圍的設(shè)置來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的分析。分析的光譜范圍集中在高分1號(hào)的450～890 nm范圍內(nèi)，分析結(jié)果希望能夠成為利用高分1號(hào)影像進(jìn)行生態(tài)治理、荒漠地表地物識(shí)別的依據(jù)，能夠?yàn)榛哪卫砗头郎持紊程峁┛蓞⒖嫉囊罁?jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣，古爾班通古特沙漠與綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)的交錯(cuò)地帶(87°30′50″—87°32′40″N,44°28′30″—44°30′33″E)。研究區(qū)東側(cè)為古爾班通古特沙漠邊緣，西側(cè)為農(nóng)田區(qū)，這里地勢(shì)相對(duì)平坦，在東側(cè)荒漠中主要是沙丘和丘間沙地。研究區(qū)海拔高度相差不大，在430～440 m范圍內(nèi)；年平均降水量190 mm，年平均氣溫7 ℃，最高氣溫40～42 ℃，最低氣溫-38～-40 ℃。

研究區(qū)主要的土壤類型為鹽土和草甸土，受荒漠影響較大，生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱。本研究選擇植被覆蓋程度最高的7—8月為重點(diǎn)觀測(cè)時(shí)段，該段時(shí)間易區(qū)分裸露地表和其他有植被覆蓋的區(qū)域，在交錯(cuò)帶上對(duì)不同的裸露地表均勻設(shè)置采樣點(diǎn)，對(duì)采樣點(diǎn)地物信息及地物光譜信息進(jìn)行采集。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)方案

由于研究區(qū)位于綠洲荒漠交錯(cuò)帶，各類裸露地表在荒漠化治理和風(fēng)沙防治中有不同的作用，因此需要根據(jù)各類裸露地表的特征進(jìn)一步的細(xì)分，具體劃分類別如下：流水后干涸裸地、裸土地、生物結(jié)皮、鹽堿地、鹽結(jié)皮、翻耕后農(nóng)田和沙地等。以上典型裸露地表的相關(guān)特征信息詳見(jiàn)表1。

表1 研究區(qū)典型裸露地表特征

各類裸露地表的光譜采集試驗(yàn)區(qū)分布在大研究區(qū)內(nèi)部，每種地物至少采集20個(gè)點(diǎn)光譜數(shù)據(jù)，采集裸露地表光譜時(shí)，采取避開植被生長(zhǎng)區(qū)，避免因植被及其根莖而造成的誤差，同時(shí)選擇地表相對(duì)平緩的區(qū)域采集。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，選擇晴朗無(wú)云的午間進(jìn)行光譜采集，時(shí)間在12：00—14：00，光纖探頭距離地物25～30 cm，垂直向下，對(duì)同一種地物記錄25條光譜曲線，并分別命名，利用ASD光譜儀自帶光譜數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)光譜曲線進(jìn)行粗略的剔除異常值和簡(jiǎn)單降噪。利用美國(guó)ASD公司生產(chǎn)的Field Spec 4高分辨率地物光譜儀來(lái)采集研究區(qū)地物光譜數(shù)據(jù)，波長(zhǎng)范圍為350～2 500 nm，涵蓋了可見(jiàn)光(380～780 nm)和近紅外(780～5 000 nm)的一部分，波長(zhǎng)精度為1 nm，光譜分辨率在350～1 000 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)為3 nm，在1 000～2 500 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)為10 nm。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)所采集的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行甄選和處理。采用自帶的View Specpro軟件，對(duì)光譜進(jìn)行初步處理和相應(yīng)的變換。將同一種地物同一時(shí)間段的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)與其他光譜曲線有較大差別的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，然后利用光譜預(yù)處理軟件進(jìn)行進(jìn)一步平滑、降噪及其他的數(shù)據(jù)提取和篩選工作。采用移動(dòng)平均法進(jìn)行平滑降噪處理，處理方式如下：

(1)

式中：xn′——平滑處理后的光譜反射率值； xn——原始光譜反射率。

2.3 數(shù)據(jù)分析及利用

對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，并利用Excel，SPSS19.0等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理軟件對(duì)裸露地表和對(duì)應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并根據(jù)不同的地物繪制相應(yīng)的光譜曲線圖。在原始光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理的基礎(chǔ)上，分別進(jìn)行一階導(dǎo)數(shù)變換(FDR)、倒數(shù)取對(duì)數(shù)變換(RLR)和基于包絡(luò)線去除(continuumremoval，CR)等方式處理。

FDR(λ)=〔R(λi+n)-R(λi)〕/n

(2)

RLR=lg(1/R)

(3)

CRi=Ri/RHi

(4)

RHi=Ki·λ+b

(5)

Ki=(Rend-Rstart)/(λend-λstart)

(6)

式中：R——原始光譜反射率； λ——波長(zhǎng)(nm)； n——一階導(dǎo)數(shù)尺度，通常取1； Rend，Rstart——反射波峰的終點(diǎn)反射率值和起點(diǎn)反射率值； b——常數(shù)。

分別利用原始光譜數(shù)據(jù)、FDR，RLR，CR這4組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)結(jié)合地物自身特點(diǎn)，從多個(gè)角度分析說(shuō)明不同裸露地表的光譜特性，從光譜反射率的角度說(shuō)明不同裸露地表的特征，從而為利用遙感手段對(duì)裸露地表進(jìn)行精細(xì)分類、防沙治沙、生態(tài)修復(fù)等提供參考。

3 結(jié)果與分析

3.1 裸露地表光譜特征分析

地物光譜是地物物理特性的體現(xiàn)，每種地物的光譜特征均具有獨(dú)特性，由于其內(nèi)部所含物質(zhì)、結(jié)構(gòu)不同而表現(xiàn)為不同的光譜反射率。分別對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南緣綠洲—荒漠交錯(cuò)帶典型裸露地表：干涸裸地、裸土地、生物結(jié)皮、鹽堿地、鹽結(jié)皮、翻耕后農(nóng)田和沙地等7種類型的光譜特征進(jìn)行綜合處理、分析。圖1為這7種裸露地表經(jīng)平滑處理后的光譜反射率，波長(zhǎng)范圍為350～2 500nm。從各類裸露地表的光譜反射率來(lái)看(圖1)，350～570nm波段范圍內(nèi)，反射率逐漸增大，570～1 400nm范圍各類地物的反射率均在增加，但是增加的幅度不大。1 350nm附近反射率有波動(dòng)，這主要是因?yàn)樵? 350nm附近水汽對(duì)光譜的吸收作用，同時(shí)由于地表中水分含量不同對(duì)光譜的吸收程度也有差別，反映到光譜特征上會(huì)有較大差別。1 400～1 800nm波段范圍內(nèi)光譜反射率呈緩慢增加的趨勢(shì)，且這種變化趨勢(shì)在各類地物中差別不明顯；隨著波長(zhǎng)的增加，光譜反射率在1 850nm附近變化異常，這主要是因?yàn)樵? 850nm附近的光被大氣中的水分吸收，而導(dǎo)致這一區(qū)間的光譜反射率變得無(wú)規(guī)律可循。1 850nm以后的波段范圍內(nèi)，干涸裸地、沙地、裸土地等有相似的變化趨勢(shì)，規(guī)律性不強(qiáng)，本研究暫不討論。

圖1 幾種典型裸露地表原始光譜反射率

本研究旨在探討高分1號(hào)衛(wèi)星影像的波段設(shè)置在地物分類上作用，因此，進(jìn)一步的分析和討論將在高分1號(hào)衛(wèi)星影像波段范圍內(nèi)(450～890nm)進(jìn)行。圖2為450～890nm的光譜反射率曲線圖。由圖2可以看出，幾種地物的反射率在450～890nm波段內(nèi)均呈增加的趨勢(shì)，其中干涸裸地的反射率明顯高于其他類型裸露地表；翻耕后農(nóng)田和生物結(jié)皮的光譜反射率處于最低水平，450～690nm波段范圍內(nèi)變化較小，但是生物結(jié)皮在680nm附近反射率有明顯增加的趨勢(shì)。沙地的光譜反射率變化較為復(fù)雜，雖然初始反射率較低，但是450～590nm的增長(zhǎng)率較大。其余裸露地表的光譜變化類似。從原始光譜反射率上來(lái)看，各種地物光譜曲線變化雖然有差別，但是這種差別并不明顯。

3.2 光譜變換及其特征提取

從各地物原始光譜特征上來(lái)看，幾種典型裸露地表的光譜差異性不大，因此需要對(duì)原始光譜進(jìn)行一系列的變換和增強(qiáng)處理。本次研究主要是對(duì)原始光譜進(jìn)行一階導(dǎo)數(shù)變換、倒數(shù)取對(duì)數(shù)變換、包絡(luò)線去除變換等方式，其中一階導(dǎo)數(shù)變換由于數(shù)值較小，在原有變換的基礎(chǔ)上乘以100。根據(jù)高分一號(hào)影像波段設(shè)置來(lái)看，波長(zhǎng)最小為450nm，波長(zhǎng)最大為890nm，因此分別針對(duì)450～890nm的光譜反射率進(jìn)行變換處理。

3.2.1 一階導(dǎo)數(shù)變換 利用公式(2)計(jì)算450～890nm波段范圍內(nèi)的反射率一階導(dǎo)數(shù)變化，結(jié)果如圖3所示。從變換后的結(jié)果來(lái)看，這一波段范圍內(nèi)的一階導(dǎo)數(shù)均為正值，說(shuō)明反射率隨著波長(zhǎng)的增加也是處于增加狀態(tài)的，其中在470nm附近一階導(dǎo)數(shù)值集中出現(xiàn)波谷。在500～560nm波段范圍內(nèi)的一階導(dǎo)數(shù)值增加較快，并在560nm附近出現(xiàn)波峰，說(shuō)明在560nm附近光譜反射率增長(zhǎng)率最大，此后一階導(dǎo)數(shù)值持續(xù)下降，到650nm附近達(dá)到第2個(gè)波谷。650nm以后的光譜反射率值變化規(guī)律性較差，各類地物反射率變化情況也有較大差別，尤其在650～720nm波段范圍內(nèi)各類地物特征各異，不適宜作為區(qū)分各類裸露地表的特征波段。從圖3可知，各類地物在470和560nm附近一階導(dǎo)數(shù)變換后的值差別較大，可以較為清晰地區(qū)分開各類地物。由此可見(jiàn)，用于區(qū)分地物的一階導(dǎo)數(shù)變換光譜區(qū)間，應(yīng)選擇藍(lán)波段(450～520nm)和綠波段(520～590nm)范圍較為適宜。

圖2 典型地表450～890 nm波段反射率曲線

圖3 一階導(dǎo)數(shù)變換后各地物反射率曲線

3.2.2 倒數(shù)取對(duì)數(shù)變換 將原始光譜數(shù)據(jù)經(jīng)平滑處理后，按照公式(3)進(jìn)行變換處理，按照倒數(shù)取對(duì)數(shù)變換可以在一定程度上放大地物之間的細(xì)微差別，結(jié)果如圖4所示。從各地物表現(xiàn)的特征來(lái)看，生物結(jié)皮和沙地的變化特征和其他幾類裸露地表的變化特征差異性較大；干涸裸地與翻耕后農(nóng)田雖然值上有差別，但是二者的變化趨勢(shì)幾乎是一致的；裸土地、鹽堿地和鹽結(jié)皮三者的變化趨勢(shì)基本一致，鹽結(jié)皮的值保持在較低狀態(tài)。根據(jù)各類裸露地表倒數(shù)取對(duì)數(shù)變換后的結(jié)果，各地物在各波段處的差值和變化趨勢(shì)類似，對(duì)各地物的區(qū)分效果不明顯。

圖4 倒數(shù)取對(duì)數(shù)后光譜反射率曲線

3.2.3 基于包絡(luò)線去除光譜變換 包絡(luò)線去除光譜可以消除由于大氣條件、儀器自身因素所帶來(lái)的干擾，能夠凸顯由于地物自身物理特性、物質(zhì)組成等所引起的光譜差異，圖5為包絡(luò)線去除后的光譜反射率曲線圖。從圖5可知，生物結(jié)皮、翻耕后農(nóng)田包絡(luò)線消除后反射率與其它地物的特征區(qū)別較大，生物結(jié)皮、翻耕后農(nóng)田在藍(lán)波段(450～520nm)變換后光譜下降，而其它地物則是隨著波長(zhǎng)增加而增加；在綠波段(520～590nm)生物結(jié)皮和翻耕后農(nóng)田呈緩慢下降的趨勢(shì)，而其它地物則迅速增加；在紅波段(630～690nm)生物結(jié)皮反射率迅速下降并達(dá)到極小值也是最小值，翻耕后農(nóng)田則是緩慢平滑下降；近紅外(770～890nm)生物結(jié)皮呈逐漸上升的趨勢(shì)，而翻耕后農(nóng)田總體保持基本不變。從其他幾類地物的包絡(luò)線去除光譜特征來(lái)看，沙地的變化趨勢(shì)也與其它幾類不同，主要在藍(lán)波段和綠波段的變化上有所差別，沙地的增長(zhǎng)率較快，基本均在590nm附近達(dá)到極大值，590nm以后波段均呈緩慢下降的趨勢(shì)。從變化趨勢(shì)上看藍(lán)波段、綠波段和紅波段較為適宜用來(lái)進(jìn)行波段組合，從而區(qū)分各類地物。

3.3 波段組合及地物識(shí)別方法分析

為了能夠?qū)?shí)測(cè)光譜與遙感影像結(jié)合進(jìn)行地物分類，需將實(shí)測(cè)光譜及其變換結(jié)果與影像設(shè)置的波段進(jìn)行銜接，分別選取高分一號(hào)的4個(gè)波段：藍(lán)波段(450～520nm)、綠波段(520～590nm)、紅波段(630～690nm)和近紅外(770～890nm)，設(shè)置的波段范圍基本上和TM的1—4波段吻合，所包含的信息也類似。藍(lán)波段多用于識(shí)別水體，綠波段則多用于植被分類和識(shí)別，紅波段則用途廣泛，對(duì)裸露地表、植被、巖性、地層等特征均能提信息，近紅外波段則可用于更多領(lǐng)域[16]。因此，結(jié)合前面對(duì)各類變換后光譜在各地物區(qū)分中的效果，進(jìn)一步的研究中將主要選擇藍(lán)波段、綠波段及紅波段來(lái)進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算和研究。

圖5 包絡(luò)線去除后各地物反射率曲線

目前常用的光譜指數(shù)多是利用存在較大差異的波段間的差、比值以及二者組合的方式來(lái)放大地物之間的差別。通過(guò)前面的分析可知，幾類典型裸露地表在藍(lán)波段和綠波段表現(xiàn)出來(lái)的差異較大，紅波段也有所差別，因此可借助這3個(gè)波段的組合來(lái)進(jìn)行區(qū)分。因此，可借鑒常用的歸一化指數(shù)(NDSI)、簡(jiǎn)單比值指數(shù)(SR)、光譜差值商指數(shù)(SDI)等來(lái)計(jì)算各類裸露地表的指數(shù)進(jìn)行區(qū)分。其中各類指數(shù)的計(jì)算公式為：

(7)

(8)

SDI=(RGRE-RBLU)/RRED

(9)

式中：RGRE——紅波段的反射率值；RBLU——藍(lán)波段反射率值；RRED——紅波段反射率值。

分別利用公式(7)—(9)計(jì)算各類地物原始光譜、變換后光譜的光譜指數(shù)，結(jié)果如表2和圖6所示。

從圖6和表2所顯示的結(jié)果來(lái)看，經(jīng)過(guò)變換后的光譜更能凸顯各地物之間的光譜差異，而通過(guò)光譜組合成的光譜指數(shù)進(jìn)一步擴(kuò)大各地物間的差別。通過(guò)分析和觀察各類光譜變化后計(jì)算得到的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各地物光譜經(jīng)過(guò)一階導(dǎo)數(shù)變換后計(jì)算的各光譜指數(shù)值之間差別明顯。其中，光譜差值商指數(shù)(SDI)在各地物間計(jì)算值差別最為明顯，因其利用了3個(gè)波段的組合，最大限度地保留地物信息，比較容易在SDI數(shù)值上區(qū)分各地物。由此可見(jiàn)，雖然綠洲荒漠交錯(cuò)帶幾類典型裸露地表在原始光譜變化特征上差異性不強(qiáng)，但是通過(guò)光譜變換，可以增強(qiáng)地物間光譜特征上的微小變化。通過(guò)分析可知，經(jīng)過(guò)光譜變換和波段組合后的計(jì)算結(jié)果在各地物間的差別有所增強(qiáng)，尤以經(jīng)過(guò)一階導(dǎo)數(shù)變換后的光譜計(jì)算結(jié)果的差異性最大，利用此變換后的光譜指數(shù)更能突顯這些差別，其中光譜差值商指數(shù)(SDI)可以較為明確地區(qū)分開各類裸露地表。因此，該方法可作為利用高分1號(hào)衛(wèi)星影像進(jìn)行荒漠區(qū)典型裸露地表精細(xì)識(shí)別和分類。

表2 各類裸露地表原始光譜及變換光譜指數(shù)

4 討論與結(jié)論

(1) 典型裸露地表的光譜反射率在一定范圍內(nèi)存在相似性，從可見(jiàn)光到近紅外都是呈緩慢增加的趨勢(shì)，結(jié)合目前國(guó)產(chǎn)高分1號(hào)衛(wèi)星的波段設(shè)置，在450～890 nm波段內(nèi)進(jìn)行深入分析，該波長(zhǎng)范圍內(nèi)光譜反射率變化緩慢，僅干涸裸地反射率一直較高。

(2) 通過(guò)一階導(dǎo)數(shù)變換、倒數(shù)取對(duì)數(shù)變換、包絡(luò)線消除變換后的光譜明顯有別于原始光譜，變換后的各地物光譜特征差異性顯著，尤其是經(jīng)過(guò)一階導(dǎo)數(shù)變換和包絡(luò)線去除后的光譜，生物結(jié)皮、翻耕后農(nóng)田、沙地、鹽結(jié)皮等特征各異。

圖6 典型裸露地表光譜指數(shù)變化

(3) 利用波段組合的方式擴(kuò)大各類地物間區(qū)別，本研究利用NDSI，SR，SDI等3種光譜指數(shù)，結(jié)果顯示，一階導(dǎo)數(shù)變換后的各光譜指數(shù)可以明顯區(qū)別各類地物，尤其是利用SDI計(jì)算的光譜指數(shù)，各地物間差異性更大。將為利用高分1號(hào)衛(wèi)星進(jìn)行地物識(shí)別提供可參考依據(jù)。

(4) 本研究對(duì)綠洲—荒漠交錯(cuò)帶幾種典型裸露地表的光譜特性進(jìn)行了分析，并基于光譜數(shù)據(jù)變換，計(jì)算了幾類光譜指數(shù)，對(duì)各類地物進(jìn)行了區(qū)分，效果相對(duì)較好。但是這些結(jié)果都是基于實(shí)測(cè)光譜數(shù)據(jù)，尚未應(yīng)用到實(shí)際影像當(dāng)中，因此實(shí)際的應(yīng)用效果尚不清楚。因而在今后的研究當(dāng)中，仍需將實(shí)測(cè)光譜所得到的結(jié)果與高分影像相結(jié)合，從影像中進(jìn)行信息提取。

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Spectral Signature of Typical Bare Surface in Oasis-desert Crisscross

ZHANG Wei1, YAO Qi2, ZHANG Bo1, FANG Shifeng3

(1.ZhejiangGuoshiSatelliteScienceandTechnologyCo.Ltd.，Hangzhou，Zhejiang311113，China; 2.ChinaEarthquakeNetworksCenter,Beijing100045,China; 3.InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China)

[Objective] The measured spectra data of several typical bare surfaces were analyzed such to provide references for desertification prevention and control. [Methods] Methods of spectral analysis as moving average, reciprocal take logarithm(RLR) reflectance, first derivative transformation(FDR) and continuum removal(CR) were used to identity the sensitive band range of each ground feature. The paper aimed to explore the application of GF-1 and other extended use of that. The spectral indexes, such as normalized difference index(NDSI), simple ratio index(SR), spectral difference entropy index(SDI) were used to separate each other. [Results] Differences of the original spectral signatures among several bare surfaces were small. Spectral reflectance transited slowly from invisible value to near-infrared one, but the rate of increasing was different among each ground feature. The differences among bare surfaces could be magnified by first order derivative transformation, reciprocal logarithm transformation and continuum removal spectra. The effectiveness of transformation was all better than original spectrum. [Conclusion] Because the calculated difference was magnified between the original and the transformed spectral index, the first order derivative transformed SDI can distinguish the surface features much better.

bare surface; salt crust; oasis-desert crisscross; spectral reflectance; continuum removal

2016-08-17

2016-11-09

中國(guó)地震局星火計(jì)劃項(xiàng)目“大涼山次級(jí)塊體孕震機(jī)制及強(qiáng)震預(yù)測(cè)”(xh16044)； 中國(guó)地震局震情跟蹤定向工作任務(wù)項(xiàng)目(2016010103)； 國(guó)家自然科學(xué)基金新疆聯(lián)合基金項(xiàng)目(U1503184)

張微(1980—),男(蒙古族),黑龍江省齊齊哈爾市人，博士,教授級(jí)高級(jí)工程師,主要從事北斗和遙感衛(wèi)星的綜合應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化推廣工作。E-mail:5053709@qq.com。

B

1000-288X(2017)02-0177-06

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