土壤遙感

土壤遙感是依據土壤的波譜特徵，解譯遙感影像，識別和劃分土壤類型，監測土壤屬性，製作土壤圖，分析土壤的分布規律，為改良土壤、合理利用土壤服務。

基本介紹

• 中文名：土壤遙感
• 外文名：Soilremote sensing
• 作用：識別和劃分出土壤類型
• 功能：分析土壤的分布規律
• 技術手段：遙感技術
• 原理：電磁波輻射理論

釋義

土壤遙感soil remote sensing運用遙感技術研究土壤的新技術。它是根據電磁波輻射理論，使用各種探測器(統稱感測器)，在遠距離收集待測土壤反射或發射出的電磁波譜信號經過加工處理，變成能直接識別的圖像或供電子計算機分析的磁帶數據，用以掌握土壤分布、特性、利用現狀，繪製土壤圖，對某些土壤性狀，如水分、濕度、養分供應狀況，以及土壤鹽漬化、沼澤化、風沙化、土壤污染、水土流失等動態變化實現大面積、快速自動監測，及時為土壤資源的合理開發利用與管理提供科學依據。根據安置感測器的運載工具可分為航天遙感、航空遙感和地面遙感。根據感測器的工作波段，又可分為可見光遙感、紅外遙感、紫外遙感和微波遙感等。

目的

土壤遙感調查及製圖的目的是弄清土壤的發生條件、成土過程、分布規律、土壤的理化性質(質量特徵)、數量特徵、土壤類型(分類系統)，為合理開發、利用、管理和保護土壤資源，防止土壤質量的退化和數量的減少提供科學依據；為因地制宜、因土種植、因土施肥、因土灌溉(排水)、因土改良提供科學依據，從而達到發展生產、發展土壤遙感科學之目的。其任務是為土壤資源的持續利用、土地資源評價、土地管理及規劃、土壤改良、農田基本建設等提供土壤資源數量、質量特徵資料及動態變化規律和技術措施。

原理

土壤波譜特性是各種土壤性質的綜合反映，其顏色、質地、有機質含量、水分含量和各種礦物成分等對波譜特性的作用明顯。土壤波譜特性可以用於劃分土族、模擬土壤發生過程、監測土壤退化狀況、提取土壤與環境互動作用參數、監測農田狀況等。土壤的波譜特徵主要包括土壤的反射光譜特性、熱紅外輻射特性以及微波散射特性等。

自然狀況下的土壤表面反射率沒有明顯的峰值和谷值。在同一類土壤中，通常有機質含量越高，其光譜反射率就越低，反之亦然。有機質含量的高低與土壤顏色的深淺有直接關係，有機質含量高時，土壤呈深褐色至黑色；有機質含量低時土壤呈淺褐色至灰色。通常顏色越深的土壤，其光譜反射率越低，而其相對肥力則越高。土壤質地對反射光譜的影響不僅與不同粒徑組合及表面狀況(糙度和陰影)有關，而且與不同粒徑的化學組成也密切相關，通常土壤中氧化鐵的含量越高，其光譜反射率則越低，反之亦然。隨著土壤含水量的增加，無論在哪個波長上的反射率均會降低，而且其差異隨波長的增加而加大。因此，儘可能地套用近紅外波段來估計土壤水分含量。由於各種土壤的持水能力有差異，所以反射率變化對應於濕度變化的靈敏度範圍也不同，一般含水量在10%～25%，反射率變化顯著。而持水性差的土壤，其靈敏度范同可能少於10%，當超過田間持水量時，由於土壤表面膜水層形成鏡面反射，反而會提高反射率。

特點

現代遙感技術能夠及時地提供海量信息，因此，土壤遙感調查與常規調查比較具有如下特點：

遙感影像能夠直接反映地面特徵

遙感影像所反映的均為地表的地物光譜特性，能夠直接反映地表的地形、地物等特徵，這是利用遙感影像進行土壤環境條件、成土因素、土壤侵蝕等調查研究的基礎，但遙感影像不能直接揭示土壤類型和土壤的內在性質，特別是處於地表以下較深層次的土壤剖面形態特徵。因此，許多土壤類型界線只能以地表成土因素、景觀特徵等的綜合分析來加以確定，即所謂間接解譯；當土壤製圖比例尺愈大時，則土壤遙感製圖的限制因素也就愈多，只有待今後的微波遙感技術的進一步發展，可以有效地對深層次的剖面情況、土壤質地及水分狀況進行判定。國外已有類似的試驗，但還沒有進入投產使用的程度。

調查與製圖的速度快

遙感影像都是各種感測器在經過地面上空時，對地面進行光譜攝影或掃描成像，因而反映的地面信息量比相同比例尺的地形圖所提供的地面信息量要大得多，所以在開展野外工作之前或通過路線調查建立解譯標誌之後，即可根據影像特徵和該區域已有的資料進行室內專題預判(預判性的專題解譯)，然後經過抽樣檢查校核即可成圖。所以，能夠大大地減低野外工作量，提高工作效率，據以往工作經驗測算，以目視解譯為例，它僅為常規工作量的1/4～1/10。當然，其工作量減少的程度常與成圖比例尺成反比，即成圖比例尺愈大，工作量減少值愈小；反之，則愈大。

調查與製圖費用低

與常規土壤調查比較，由於遙感土壤調查工效的提高，其工作費用也必然會相應地降低，一般的目視解譯費只是常規工作費用的10%～50%。當然，這也取決於成圖比例尺和採用的遙感源，其工作費用一般與成圖比例尺成正相關，與使用遙感圖像的比例尺和提供的信息量成負相關。

製圖精度高

因為遙感影像能夠較為全面地反映地面豐富的信息，如地形、岩性、地下潛水、植被和土地利用等要素，這些信息可以根據其光譜特性在影像上的反映而進行有效的提取，實現專題內容的解譯。所以，土壤和土壤侵蝕的製圖精度即可大大提高，具體表現在類型劃分精度與圖斑界限精度，兩個方面一般均高於常規調查製圖，特別是在利用遙感影像進行專業製圖過程中可以大大減少人的主觀性，較好取得重現的結果。同時，由於遙感影像的巨觀性強，比較容易取得一個地區的土壤和土壤侵蝕的巨觀對比結果，有利於成圖的巨觀對比和動態變化分析。

動態監測效果好

因為現代遙感技術的影像成像頻率高，在一個區域內可以3～4d或16d即可得到一張遙感影像。如果有必要，還可通過輕型飛機或航模飛機進行低空攝影以抽樣形式獲取信息，以監測土壤水分、土壤侵蝕等界限變化，特別是將遙感作為信息源，與計算機專業模式識別。製圖的計算機處理與計算機信息系統相結合，進行資源數據自動更新，這為土壤資源動態監測和管理決策提供了新的手段。

地面解析度差異較大

航空遙感圖像的地面解析度高，適合於大比例尺的土壤遙感製圖。以前陸地衛星影像的地面解析度低，MSS為57m感圖像的，TM為30m感圖像的，Spot為10mt圖像的，它們對大比例尺的土壤製圖和土壤侵蝕製圖是不夠的。如今，航天遙感感測器已經有了長足的發展，如美國發射的新一代陸地衛星，其空間解析度全色波段達0.61m，多波段為2.4m；俄羅斯在20世紀末發射的Cosmos衛星上攜帶的KVPl000相機能輕易獲取解析度為2m的高解析度圖像；法國發射的Spot 5號衛星，也能達到全色波段解析度為5m，掃描時經錯位特殊處理可得到2.5m，多波段為10m的空間解析度，這些都使得基於航空遙感圖像的大比例尺土壤製圖成為現實。

遙感影像有變形誤差

遙感影像所共存的問題是影像畸變，只是畸變的大小與糾正的難易程度不同。總的來說，航空相片的變形誤差(傾斜誤差和投影誤差)較大，衛星影像由於像場角小，相對來說，其畸變要小，且糾正也比較容易，所以，容易取得糾正影像，因而成圖較易，但圖像處理的價格比較昂貴。

此外，土壤遙感調查還具有調查範圍廣、重點突出、人為影響小、可信度高、套用價值大等特點。

套用

遙感方法在土壤分類中的套用國內外已有不少例子，主要包括兩個方面：

（1）通過判讀航片、衛片，確定各種土壤在某一地區範圍內的存在，為該地區的傳統土壤分類提供事實根據；

（2）直接使用遙感數據(特別是衛星磁帶數據或衛片掃描數據)並採用數理統計的方法對地面上存在的各種土壤進行數值分類。

遙感數據土壤分類多採用電子計算機進行。因遙感數據是與空間地理位置聯繫在一起的，所以遙感數據土壤分類的過程也是土壤製圖過程的一部分。