分数阶微分数据变换在滨海盐渍土盐分反演中的适用性

文献类型： 中文期刊

第一作者： 潘昊

作者： 潘昊;陈诗扬;李祎森;李映祥;曹怀堂;刘佳

作者机构：

关键词： 遥感;土壤含盐量;高光谱影像;分数阶微分数据变换;敏感波段;梯度提升机

期刊名称： 农业工程学报

ISSN： 1002-6819

年卷期： 2025 年 41 卷 003 期

页码： 73-82

收录情况： EI ; 北大核心 ; CSCD

摘要： 滨海地区是中国重要的农业生态功能区，土壤盐渍化已成为该区域土地生产力退化的主要因素。为探索分数阶微分（fractional-order differentiation, FOD）数据变换在滨海盐碱地盐渍化监测中的应用潜力，该研究以中国北方典型滨海盐渍化区域—河北省黄骅市为研究区，利用环境减灾二号卫星（HJ-2B）高光谱影像，进行了阶数范围为0～2.0、步长为0.1的FOD数据变换。通过分析不同阶数下3类土壤（非盐渍化、轻度盐渍化、重度盐渍化）的光谱特征及其反射率与土壤含盐量的相关性，筛选出对土壤盐分敏感的波段作为模型输入，进而基于梯度提升机（gradient boosting machine, GBM）实现土壤盐分反演。结果表明：1）在0.9阶微分光谱下，3类土壤的光谱差异最为显著且与土壤含盐量的相关性最高，相关系数达到0.58;2）在FOD数据变换的基础上，结合皮尔逊相关性分析，计算了各波段在0～2.0阶范围内的反射率与土壤含盐量的相关性均值。结果显示，960、1 630、1 975、975和2 140 nm波段与土壤含盐量具有较高相关性，适合作为模型输入变量，以提升滨海盐碱地盐渍化监测的精度；3）根据光谱特征分离度和相关性排序，筛选出0、0.5、0.9、1.0、1.1和1.5共6个FOD变换阶数用于土壤盐分反演。其中，0.9阶影像反演精度最高，优于原始光谱和整数阶光谱，决定系数达0.78，均方根误差为1.0 g/kg。总体而言，FOD数据变换能更有效地揭示土壤含盐量与光谱信息的非线性关系，研究结果可为滨海盐碱地及其他区域的高光谱遥感土壤盐渍化监测提供参考。

分类号： TP751%S156.41

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