大同盆地鹽堿地遙感監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)

薛秀清

（山西省農(nóng)業(yè)遙感中心，太原 030002）

一、項(xiàng)目區(qū)域概況

大同盆地是山西省最大的盆地，位于山西北部，是中國(guó)重要的能源基地，位于省境北部桑干河、南洋河上游，呈北東—南西向展布。盆地海拔為1000-1100 m，所轄的區(qū)域是以大同盆地和天鎮(zhèn)、陽(yáng)高盆地周邊山麓線圍成的區(qū)域。

二、技術(shù)路線和主要技術(shù)方法

1、技術(shù)路線

（1）總體思路

在收集大同盆地各市縣第二次土壤普查資料、第二次土地利用調(diào)查成果資料及水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，應(yīng)用3S技術(shù)，通過(guò)調(diào)查、采樣、分析，對(duì)大同盆地鹽堿地的數(shù)量（面積）、分布范圍、鹽堿類(lèi)型、鹽漬化程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立大同盆地鹽堿地信息數(shù)據(jù)庫(kù)[1]。

（2）技術(shù)步驟[2-5]

資料收集和整理：相關(guān)的文字資料和統(tǒng)計(jì)資料；基礎(chǔ)圖件資料(包括：土地利用調(diào)查圖件、地下水埋深、地下水礦化度圖、土壤圖、地形地貌圖、河流水系圖等)；遙感資料（包括DEM、不同時(shí)相的多星種衛(wèi)星數(shù)據(jù)）。

圖像處理：包括圖像糾正、圖像合成、圖像拉伸。

劃分遙感影像類(lèi)型區(qū)：根據(jù)遙感影像景觀劃分區(qū)域類(lèi)型。同一類(lèi)型區(qū)域具有相同的遙感影像特征，即在影像的顏色、紋理相同的情況下，還要有大致相同的地形地貌、土地利用、土壤類(lèi)型和土地覆蓋等。

地面采樣點(diǎn)的布設(shè)：按照遙感影像類(lèi)型區(qū)進(jìn)行地面采樣點(diǎn)布設(shè)，繪制地面土壤采樣點(diǎn)位分布圖。

地面采樣。準(zhǔn)備工作：GPS定位儀、不銹鋼土鉆、剖面刀、鋼卷尺、100 cm3環(huán)刀、可封口塑料袋、水樣瓶以及遙感影像類(lèi)型圖等。采樣：取樣、記錄、拍照。建立解譯標(biāo)志。

遙感解譯。利用多時(shí)相、多波段遙感影像結(jié)合地面調(diào)查，采樣計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類(lèi)和GIS交互式人機(jī)解譯，提取鹽堿地類(lèi)型。

建立鹽堿地遙感分析評(píng)價(jià)模型。

鹽堿地評(píng)價(jià)。疊加土地利用現(xiàn)狀，對(duì)鹽堿地進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2、圖像處理[6]

（1）鹽堿地遙感正射影像的要求

遙感數(shù)據(jù)的地面分辨率小于30 m（10萬(wàn)分之一比例尺）。圖上地物點(diǎn)對(duì)于附近控制點(diǎn)、經(jīng)緯網(wǎng)或公里格網(wǎng)點(diǎn)的平面位置中誤差不大于50 m（地面實(shí)際距離），特殊情況下不大于75 m（地面實(shí)際距離）。數(shù)學(xué)精度檢測(cè)，每幅圖的檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量視具體情況而定，一般不少于20個(gè)點(diǎn)。圖像的配準(zhǔn)、融合不大于0.5個(gè)像素。根據(jù)需要進(jìn)行去噪聲、輻射校正等預(yù)處理工作?？刂泣c(diǎn)的選取盡量均勻，數(shù)量根據(jù)采用的糾正公式?jīng)Q定，剔除粗差后至少應(yīng)保留2個(gè)以上的多余控制點(diǎn)，以便于平差計(jì)算。一般采用2次或3次多項(xiàng)式進(jìn)行遙感影像糾正。重采樣一般選擇鄰近像素法。

（2）遙感圖像處理步驟

遙感圖像的幾何糾正，遙感圖像的地物波譜測(cè)定，遙感圖像的波段運(yùn)算，遙感圖像的分類(lèi)，分類(lèi)后處理。

（3）圖像處理方法

通過(guò)分析原始影像的波譜特征，選擇一定的波段組合，然后進(jìn)行波譜運(yùn)算、生成一幅鹽堿地特征易于提取的新的遙感圖像。根據(jù)大同盆地鹽堿地的影像光譜特征，一般6-10月，選擇423波段的遙感影像，3-6月，選擇123波段參與運(yùn)算。

3、野外調(diào)查

物資準(zhǔn)備。筆記本電腦、GPS、相機(jī)、野外采樣點(diǎn)位分布圖、MP522型精密pH/電導(dǎo)率測(cè)量?jī)x、臺(tái)秤、燒杯、量筒、不銹鋼土鉆、剖面刀、鋼卷尺、100 cm3環(huán)刀、可封口塑料袋、木鏟以及調(diào)查表格、標(biāo)簽等。

采樣點(diǎn)位分布圖。將遙感影像類(lèi)型分區(qū)圖與土壤圖疊加，形成監(jiān)測(cè)單元，綜合行政區(qū)劃、土地利用類(lèi)型等因素，充分考慮樣點(diǎn)的代表性，根據(jù)圖斑大小的不同，確定布點(diǎn)數(shù)量和點(diǎn)位，每個(gè)監(jiān)測(cè)單元最少設(shè)1個(gè)電導(dǎo)率采樣點(diǎn)。不同的鹽堿地類(lèi)型選取一個(gè)有代表性的土壤分析采樣點(diǎn)。

采樣方法。取樣深度0-20 cm。每個(gè)采樣點(diǎn)采用棋盤(pán)式法或蛇形法，均勻隨機(jī)采取5-20個(gè)分點(diǎn)樣品，混合一個(gè)土壤樣品。采樣時(shí)盡量用木鏟直接采取樣品。采樣點(diǎn)應(yīng)距離鐵路或公路300 m以上；不能在住宅、公路、溝渠、糞堆、廢物堆及墳堆附近設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；不能在坡地、洼地等具有從屬景觀特征地方采樣。

樣品量。一個(gè)混合土樣以取土1.5 kg左右為宜。如果一個(gè)混合樣品的數(shù)量太大，可用四分法將多余的土壤棄去。

樣品標(biāo)記。采集的樣品裝入已準(zhǔn)備好的可速封的塑料袋中。采樣同時(shí)做好采樣記錄，填好二個(gè)采樣標(biāo)簽，一個(gè)放袋里，一個(gè)采用即時(shí)貼貼在塑料袋外面。注明采樣編號(hào)、采樣地點(diǎn)、采樣深度、采樣人、采樣日期等。

4、分析化驗(yàn)

此次調(diào)查的土壤分析樣品，要進(jìn)行6個(gè)必測(cè)項(xiàng)目，8個(gè)選測(cè)項(xiàng)目的分析。必測(cè)項(xiàng)目為：土壤全鹽量、pH值、EC、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀。選測(cè)項(xiàng)目為（鹽分含量超過(guò)0.4%的要進(jìn)行鹽基成分測(cè)定）：氯離子、硫酸根離子、碳酸根離子、重彈酸根離子、鈣離子、鎂離子、鉀離子、鈉離子等八大鹽基離子。

分析數(shù)據(jù)按規(guī)程和方案要求審核后編碼整理，和采樣點(diǎn)一一對(duì)照，確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)行錄入。

5、評(píng)價(jià)模型的建立

大同盆地鹽堿地遙感監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)模型采用模糊綜合評(píng)價(jià)的單因素模糊綜合評(píng)價(jià)模型。

模糊綜合評(píng)價(jià)是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)。應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理，將一些邊界不清，不易定量的因素定量化，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的一種方法。

（1）單因素模糊綜合評(píng)價(jià)模型建立的步驟

確定評(píng)價(jià)指標(biāo)（Evaluation Indicator）集合：

鹽堿地類(lèi)型等級(jí)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)集合為={遙感影像景觀類(lèi)型，土壤類(lèi)型，地下水埋深，地下水礦化度，pH}。

給出評(píng)價(jià)等級(jí)（Evaluation Grade）集合 ：

大同盆地鹽堿地評(píng)價(jià)等級(jí)集合為={非鹽堿地，輕度鹽堿地，中度鹽堿地，重度鹽堿地，鹽土地，堿土地}。

確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重（Weight）：

權(quán)重反映各評(píng)價(jià)指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)中的重要性程度，且

鹽堿地評(píng)價(jià)指標(biāo)集合為={遙感影像景觀類(lèi)型，土壤類(lèi)型，地下水埋深，地下水礦化度}其各因素權(quán)重設(shè)為

w={0.35，0.25，0.2，0.2}

確定評(píng)價(jià)矩陣R：根據(jù)水鹽運(yùn)動(dòng)規(guī)律和鹽堿地現(xiàn)狀，用特爾斐方法分別給地下水埋深、地下水礦化度、pH、類(lèi)型和土壤類(lèi)型5個(gè)影響因子分級(jí)賦權(quán)。每個(gè)單獨(dú)打分，用所有的分值平均得到最終的權(quán)重和得分

進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過(guò)權(quán)系數(shù)矩陣W與評(píng)價(jià)矩陣R的模糊變換得到模糊評(píng)判集S。采用累加法計(jì)算適宜性綜合指數(shù)。

S= ∑（Wi×Ri）

式中：S —綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；

Wi—第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重；

Ri—第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的評(píng)價(jià)矩陣。堿土地的評(píng)價(jià)指標(biāo)以pH＞9為主要因子，其次結(jié)合鹽堿地類(lèi)型為中度以上。

綜合結(jié)論。通過(guò)對(duì)模糊評(píng)判向量S的分析作出綜合結(jié)論。一般。采用最大隸屬原則：即模糊評(píng)判集 S =(S1, S2,…,Sn)中Si為等級(jí)Vi對(duì)模糊評(píng)判集S的隸屬度，按最大隸屬度原則作出綜合結(jié)論，即 M =max ( S1, S2,…,Sn)，M所對(duì)應(yīng)的元素為綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

（2）評(píng)價(jià)步驟及方法

遙感影像景觀類(lèi)型的劃分。包括：遙感影像時(shí)相的選擇和獲取、遙感圖像處理、遙感信息提取、遙感自動(dòng)分類(lèi)、分類(lèi)處理等。

收集相關(guān)專題圖。包括：土壤類(lèi)型圖、地下水埋深圖、地下水礦化度圖、收集土壤pH分布圖。

對(duì)專題系列圖件進(jìn)行預(yù)處理。包括：分等定級(jí)、拉伸。

啟動(dòng)鹽堿地遙感監(jiān)測(cè)模型。

輸入評(píng)價(jià)因子。

進(jìn)行評(píng)價(jià)因子計(jì)算，生成綜合評(píng)價(jià)等級(jí)。

根據(jù)地面實(shí)測(cè)樣點(diǎn)對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行分類(lèi)后處理。

（3）評(píng)價(jià)結(jié)果

大同盆地非鹽堿地面積585905公頃，鹽堿地面積131906公頃.

三、結(jié)論與創(chuàng)新

首次利用遙感技術(shù)對(duì)大同盆地鹽堿地進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，監(jiān)測(cè)面積約占全省鹽堿地面積的60%，為宏觀決策提供科學(xué)依據(jù)。

創(chuàng)造性地提出了鹽堿地遙感影像的景觀類(lèi)型?；谶b感影像景觀進(jìn)行解譯分類(lèi)，能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行鹽堿地遙感監(jiān)測(cè)。

大同盆地鹽堿地遙感監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法，簡(jiǎn)單、快鍵，適用于大面積鹽堿地監(jiān)測(cè)，具有推廣實(shí)用價(jià)值。