（自然地理学专业论文）基于rs的海盐生产面积提取和产量估算——以台北盐场为例.pdf

摘要 海盐作为一种重要的自然资源，是人类生活的必需品，同时又是重要的化学 工业基本原料，对人类的可持续发展具有十分重要的作用。随着海盐生产市场化 的深入和天气等原因，使海盐生产的面积和产量处于动态变化之中。客观地掌握 海盐生产状况和预测海盐产量并及时调整生产策略成为海盐生产决策者的重要 任务。本文以台北盐场为例，对采用l a n d s a tt m 数据对海盐生产面积的提取方 法和海盐产量估算模型进行了研究，主要内容包括以下几个方面： 1 介绍研究的目的和意义，分析了遥感技术的发展概况和遥感估产技术的 国内外进展，并就遥感手段进行海盐产量估算的方法进行了研究。 2 在对t m 数据处理的基础上，分析t m 各个波段水体的亮度值。根据地 物划分的谱间关系法，采用( t m 2 + t m 3 ) ( t m 4 + t m 5 ) 的水体特征实现赫场水体 的分离。采用反射率1 5 作为水库水体与其它水体的划分阈值，分离出水库水 体并得到海盐生产面积。 3 。分析整理台北盐场气象、产量等资料，证明了蒸发量、降水量、盐f 升渗 透等是影响海盐产量的主要因子。 4 利用影响海靛产量的多因子，采取从理想状态到实际状态的分析方法， 建立海赫产量估算模型。通过对模型的验证得出结论：所建模型可以用来预测一 定气象条件下的海盐产量。 关键词：盐田：遥感；水体面积；模型 v a b s t r a c t a sa l li m p o r t a n tr e s o u r c e ，s e as a l ti sn o to n l yan e c e s s a r yf o rh u m a n sl i f eb u t a l s oab a s i ck i n d o fr e s o u r c ef o rc h e m i c a li n d u s t r y , w h i c hi sv e r yi m p o r t a n tt o s u s t a i n e dd e v e l o p m e n to fh u m a nb e i n g s w i t ht h ed e v e l o p m e n to f m a r k e te c o n o m y a n dc a u s e so ft h ew e a t h e r , a r e a sa n dp r o d u c t so fs e as a l ta r ec h a n g i n gd y n a m i c a l l y i t si m p o r t a n tf o rm a n a g e rt om a s t e rt h es t a t u so fp r o d u c t i o no fs e as a l t ，t of o r e c a s tt h e o u t p u t ，t oa d j u s ts t r a t a g e mo ft h ep r o d u c t i o no f s e as a l t w i t ht h ee x a m p l eo ft a i b e i s a l tf a c t o r y , f r o ml a n d s a tt md a t a ，t h i sa r t i c l eg i v e ss o m er e s e a r c h e so nh o wt og e t t h ea r e a so ft h ep r o d u c t i o no fs e as a l t ，a n dg i v e sam o d e lo fo u t p u t t h em a i nc o n t e n t s o f t h ea r t i c l ei sa sf o l l o w s ： 1 t oi n t r o d u c et h ea i m sa n di m p o r t a n c eo f t h i ss t u d y , t oa n a l y z et h ed e v e l o p m e n t o f r e m o t es e n s i n ga n dt h et e c h n o l o g yo ff o r e c a s t i n gt h eo u t p u ta r o u n dt h ew o r l d t o s t u d yo nt h em e t h o d so ff o r e c a s t i n go u t p u to fs e as a l tw i t ht h eh e l po f r e m o t es e n s i n g t e c h n o l o g y 2 o nt h eb a s eo fp r o d u c t i o no ft m 、t oa n a l y z et h ed i g i t a ln u m b e ro fw a t e ro n e a c hb a n do ft h ei m a g e a c c o r d i n gt ot h es p e c t r u m so ft mb a n d sa n dt h er e l a t i o n s a m o n gt h e m ，t og e tt h ew a t e ra r e a so fs a l tf i e l dw i t ht h ec h a r a c t e ro f ( t m 2 + t m 3 ) ( t m 4 + t m 5 ) t ot a k e 1 5 a st h et h r e s h o l do fr e f l e c t i v i t ya n ds e p a r a t et h er e s e r v o i rf r o m o t h e rw a t e rt h e nw ec a b g e tt h ea r e ao f s e as a l tp r o d u c t i o n 3 t oa n a l y z et h ed a t ao fw e a t h e ra n d o u t p u t so ft a i b e is a l tf a c t o r y , t op r o v ew h a t a f f e c t st h eo u t p u to fs e as a l tt h em o s ta r et h ea m o u n to fe v a p o r a t i o na n d p r e c i p i t a t i o n ， t h ei n f i l t r a t i o na n ds oo n 4 t om a k et h em o d e lo fo u t p u to fs e as a l tg r a d u a l l yw i t ht h ef a c t o r sw h i c ha f f e c t t h eo u t p u t t h r o u g ht h et e s to ft h em o d e lw ec a nd r a wt h ec o n c l u s i o nt h a tt h em o d e l c a l lb e u s e dt of o r e c a s tt h eo u t p u to fs e as a l t k e y w o r d s ：s a l tf i e l d ；r e m o t es e n s i n g ；w a t e ra r e a ；m o d e v 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。 v 6 4 2 6 37 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经发表 或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。 作者签名： l ! a 幽 同期： 舻毕土出 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定。学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权 将学位论文用于非赢利，目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅；有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要 汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名：幽i r期： 艘：上：! 基于r s 的褥盐生产趣积提取和产量估算一以台北盐场为钢 第1 章前言 随着全球人口的激增，陆地资源显得相对匮乏，于是人们把眼光投向了广阔 的海洋。1 9 9 2 年第4 7 届联合国大会签署了2 1 世纪议程，把海洋放在实现人 类可持续发展的突出地位，特别是联合国海洋法公约生效以来，标志着人类 和平利用海洋的新时代已经到来。中国2 l 世纪议程指出：海洋资源是指赋存 于海洋环境中可以被人们利用的物质和能量以及与海洋丌发有关的海洋空间。 其中海盐和盐化工业作为海洋资源丌发利用行业之一，对实现我国海洋的可持续 发展具有十分重要的意义。 我国制盐历史悠久，相传在炎帝时( 公元前4 0 0 0 多年) 夙沙氏就教民煮海 水为盐，福建考古发现早在伸韶时期( 公元前2 、3 千年) 当地就用海水煮盐。 周朝( 公元前1 0 6 6 年前2 5 6 年) 制盐规模更大，并设有专职的盐官管理制盐工 作【2 1 ，在汉代，炼铁、制盐和铸钱已成为当时的三大工艺。随着历史的发展和科 技的进步，海盐、岩盐、湖盐等多种形式的盐业生产得到长足的发展，其中海盐 生产作为低投入、高产出生产部门之一，对我国赫业的发展具有十分重要的影响。 海盐生产是露天作业，在潮上带以海水为生产原料，盐田为生产设备，只光 和风力为动力，依靠自然蒸发，将海水浓缩结晶的生产过程。我国拥有1 8 万多 k m 的大陆海岸线和1 4 万k m 的岛屿海岸线，海盐生产得天独厚。2 0 世纪8 0 年 代朱期，我国海盐产量在1 2 0 0 1 5 0 0 万t ，已跃居世界首位：1 9 9 9 年我国海盐 盐田面积4 5 1 2 5 8 k m 2 ，海盐产量已超过2 0 5 0 2 万t l ”。目前，我国海盐产量占全 国原盐产量的6 8 和世界原盐产量的1 0 左右，承担着6 亿人口的食用盐和8 0 的工业用盐任务【4 j ，是我国的主要盐源。 盐是人类生活的必需品，同时又是重要的化学工业基本原料，素称“化学工 业之母”。历史上盐常与政治、军事、经济联系在一起，有其特殊的地位。据统 计现在世界上食用盐数量只占了产盐的很小比例，大部分的盐都用于了工业，我 国目前海盐产量也有8 0 以上应用于基础化学工业1 2 j 。工业用盐在一定程度上成 为衡量一个国家工业发达程度的重要标志之一。世界工业发达国家盐产量之所以 迅速增长，主要是盐化工业的发展很快，如纯碱、烧碱和其它化工产品的发展。 工业盐还可用于制氯气、氢气、赫酸、氯酸盐、次氮酸盐、漂白粉、金属钠等。 此外，盐还用于医药、纺织、制革、涂料、冶金、石油和森林等工业部门。随着 世界各国对海盐重要性认识的加强，海靛利用技术的广度和深度也不断的发展。 我国利用海盐提取钾、溴、镁、碘、铀、重水，利用制盐苦卤和天然卤水生产溴 和钾以及氯化镁等。8 0 年代中期前以生产氯化钾、溴素、氯化镁等传统产品为 主、9 0 年代随着溴素生产的发展，溴系列产品的开发得到了较快的发展，目前 品种约为3 0 种，另外还丌发了硫酸钾等产品”j 。合理发展我国的海盐生产已经 成为我国可持续发展的重要内容之一。 基于r s 镌海毓生产豳积楗取和产量饿算一以台托寺是场为蜘 1 1 研究的目的和意义 在我国传统的计划经济时代，盐作为国家管理的特殊商品。由于产量相对较 低等原因，不存在销路的问题。但随着社会主义市场经济的建立和发展，海盐生 产也被推向了市场。原有的盐业体制已不适应市场经济。目前，我国原盐生产能 力达到3 6 0 0 万t 左右，已出现了供大于求的局面j ，产品市场竞争异常激烈。如 何适应市场的变化，保持我国海盐生产的可持续发展成为摆在盐业生产部门的重 要课题。 面对市场变化，盐业生产部门除了进行生产的改组和改制以外，加大了对海 盐的生产设施、生产工艺方面进行了大量的工作。由采用混合卤、浅卤、短期结 晶，改为新卤、深卤、长期结晶；有的盐场采用越冬结晶、死碴赫、盐地扳新技 术，有的盐场还发展了塑料薄膜苫盖结晶池的生产方法，保证了海盐的稳产高产， 并对滩田结构进行了大量的改造，实现了半机械化生产等。更为重要的是有些盐 业生产部门根据市场的变化调整了部分盐田的生产功能，进行了海水养殖、卤虫 养殖以及农业生产等。以江苏省余桥盐业公司青口盐场海盐生产为例，由于随着 “治淮工程”的进行，沂、沭、泗东调南下，原盐生产纳潮口先后被三条大淡水 河入海口包围，致使海水日趋淡化，公司已经规划将青口盐场及赣榆县境内的所 有盐场全部退出海水制盐，调整为海、淡水养殖，重点建设鱼、虾、蟹、贝类养 殖基地，辅以育苗、水产品加工等l ：l 。盐f r 生产功能的调整等措施使海盐生产面 积都发生了很大的变化，对海盐产量也造成了一定的影响。 海盐是化学工业的重要原料和人民生活不可缺少的消费品，是关系到国计民 生的重要产品。我国的海盐生产应该采取一种国家宏观调控为主的市场经济体 制，海箍生产部门应该在满足国家宏观经济平衡的前提下适当调整生产布局与结 构。因此，海盐生产面积的变化是否合理以及生产结构的设置是否科学，能否实 现海盐生产的集约化和可持续发展成为摆在宏观决策者瓦前的重要问题。海盐管 理决策者及时准确预测海盐的产量，判断当前海盐生产面积和生产结构的合理 性，并对海盐生产进行适当调整，不仅是当地经济发展的需要，也是全国海盐可 持续发展的迫切需求。目前国家海盐生产面积和产量的获得主要靠地方生产部门 的统计上报，由于统计上的困难等造成数据的客观性、时效性等方面在一定程度 上受到了较大的影响。主要表现为：存在统计方法的差异；统计周期过长：个别 生产部门主观认识的问题，没有实地勘测，采用老数据上报：受到个人利益驱使 多报和少报产量问题等。遥感技术的出现与发展对以上问题的解决提供了新的思 路。本文以台北盐场为例，进行了利用遥感手段提取盐场水体面积并进一步实现 水体的分类，使生产决策者能够及时掌握海盐生产面积的变化。同时建立了海盐 生产单产模型，在实际应用中可以根据气象的预报的年蒸发量和降水量等气象因 子、盐硐土壤渗透情况和海盐生产系数计算出某盐场的海盐产量或者预测未来的 产量，具有一定的现实意义。 基于r s 的海盐生产曲积提取秘产量待葬一娃台托盐场鸯钢 1 2 遥感技术的发展和应用 遥感( r e m o t es e n s i n g ) 是通过不与物体、区域或现象接触获取调查数据， 并对数据进行分析得到物体、区域或现象有关信息的- - f 7 科学技术 8 j 。作为是一 种新兴的高技术，遥感集航天、航空、电子、计算机、地学与生物等许多领域于 一体。具有大面积同步观测、更新周期短、获取信息快、经济性、数据的综合性 和可比性好等特点。自2 0 世纪6 0 年代兴起以来，遥感技术实现了从单波段、单 极化走向多波段、多极化、多时相、多模式的发展，渗透到国民经济的各个领域， 为推动经济建设、社会进步、环境的改善和国防建设等起到了重大作用。随着遥 感数据的普及使用，在遥感技术的发展和应用等方面也取得了较大的成绩。 1 2 1 遥感数据的分类 遥感影像分类方法随着计算机模式识别技术的发展而不断提高。目前主要常 用的遥感影像分类方法有统计分类法、结构分类法和模糊分类法等。由于遥感影 像上表现出的“同物异谱”和“同谱异物”现象1 9 j ，再加上一个像元或瞬间视 场里有两种或多种地物的“混合像元”情况，以及干扰因素的多样性，此外运算 量太大、无法获得各类的先验概率和概率分布密度函数、难以形成复杂的判别函 数和分割界面等，使得这些分类方法分类精度较低。1 9 8 5 年r u m e l h a r t 、m c c l e l l a n d 等人提出了前向多层网络的反向传播( b a c kp r o p a g a t i o n ) 学习算法( 简 称b p 算法) 。人工神经网络开始应用于遥感影像的自动分类，已广泛被证明神经 网络分类效果比一般概率统计方法好1 1 1 j 。但b p 算法具有收敛速度慢、局部极值、 难确定隐含层数和隐节点数等主要问题，在实际应用中很难胜任，这就要求对 b p 算法进行一定的改进。贾永红应用动量法和学习率自适应调整的策略改进的 b p 神经网络，用于土地利用分类f i2 1 ；骆剑承、周成虎等以多层感知器( m l p ) 为例，探讨了地学知识与人工神经网络集成进行遥感影像分类的方法进行了遥感 土地覆盖分类实验【l 副等都取得了较好的效果。 1 2 2 遥感数据的融合 信息融合技术自2 0 世纪7 0 年代在美国提出以来，已经不断发展完善。我国 自8 0 年代以来也掀起了研究信息融合技术的热潮。遥感影像融合是一种通过高 级影像处理来融合多源遥感影像的技术。伴随着多传感器数据处理方法的发展而 逐步形成，并迅速在遥感图像处理、机器人视觉、工业过程监控、医学图像处理 等领域获得了广泛的应用，它针对不同环境条件，选择最佳的波段组合和分辨率， 设计最适宜的时相叠加，采用一定的算法将各影像的优点或互补性有机地结合起 来产生新的影像| 1 4 1 ”。遥感数据融合分为三级：像素级融合、特征级融合、决策 级融合【l 卅。像素级信息融合是展低级的信息融合，可以在像素或分辨单元上进 行，具有信息损失小、精度高、实时性和容错性差、计算量大和融合水平低的特 点；决策级信息融合是最高水平的融合，具有信息损失大、精度低、实时性和容 错性优、计算量小和融合水平高的特点；特征级信息融合可采用b a y e s 决策法、 神经网络法等基于特征级融合法进行处理，其特点介与像素级信息融合和决策级 信息融合之间”。专家系统分析、神经网络法和小波分析等成为目前影像融合 基于r s 的海盐生产盘积提取和产鼙稿算娃台北盐场尚倒 发展中较先进的技术方法。 1 2 3 遥感估产应用研究进展 随着遥感技术的不断进步，基于遥感技术的产量估算也得到了广泛的应用和 快速的发展。高光谱及高空间分辨率遥感技术也已应用于农作物即时信息的提取 1 8 1 。对农作物估产的研究主要是根据生物学原理，在分析收集农作物光谱特征 的基础上，通过卫星传感器记录的地球表面信息辨别作物类型监测作物长势建 立不同条件下的产量预报模型，从而在作物收获前就能预测作物总产量的一系列 技术方法。主要包括两个关键技术：一是作物识别和面积估算；二是作物长势 分析和单产模型构建。通过获得成像时期的作物光谱特征，采用恰当的植被指数 分割法计算出作物面积，这一技术已经比较成熟。研究表明采用合适时相的t m 影像，运用差值植被指数分割法得到的我国北方冬小麦种植面积的精度可达9 6 0 以上；东北玉米采用自动分类方法可以获得好的结果；南方水稻雷达数据的分类 精度可达9 0 以上i j 。小麦、水稻等作物的产量是环境因子和农学参数共同作 用的结果，而遥感数据正好是农学参数和环境因子的综合反映。光谱数据使用绿 度值、比值植被指数、n d v i 和p v i 等，分析光谱数据与作物的干物质产量、叶 面积指数等基本农学参数问的关系，结合影响作物单位面积的作物穗数、平均每 穗的粒数和千粒重的环境因子，建立光谱数据与作物产量问的关系。这样建立的 估产模型精度较高，冬小麦产量估计精度可达9 5 以上【2 0 1 。 美国自7 0 年代中期开始进行“大面积作物清查试验”即l a c i e 计划( l a r g e a r e ac r o pi n v e n t o r ye x p e r i m e n t ，1 9 7 4 1 9 7 8 ) , f l j “利用空间遥感技术进行农业和资 源调查”即a r i s a r s 计戈l j ( a g r i c u l t u r ea n dr e s o u r c e si n v e n t o r ys u r v e y st h r o u g h a e r o s p a c er e m o t es e n s i n g ，1 9 8 0 1 9 8 5 ) ，其主要目的是研制美国所需要的监测全球 粮食生产的技术方法，满足美国进行资源管理和了解全球作物产量状况对有关信 息的需要，其估产精度达到9 0 以上 2 1 1 。近年来，法国、德国、俄罗斯、加拿 大、日本、印度、阿根迁、巴西、澳大利亚、泰国等也相继丌展了对小麦、水稻、 玉米、大豆、棉花、甜菜等的遥感估产研究。我国从8 0 年代开始开展应用陆地 卫星资料的冬小麦遥感综合估产研究。研究手段从常规方法与遥感技术结合，过 渡到以资源卫星为主，进而由应用陆地卫星资料转为气象卫星n o a a 。a v h r r 资 料，建立了“北方冬小麦气象卫星遥感动态监测及估产系统”。北大、中国农大、 浙大等高校、农业部、中科院等单位对应用陆地卫星资料对冬小麦、水稻遥感估 产技术方法进行了一定的研究，并且取得了较好的效果。 1 3 海盐产量估算的方法分析 遥感技术自出现以来迅速渗透到国民经济的各个领域，如作物面积测量和产 量的估算、林业树种和病虫害的监测、河道港口的冲淤变化、湖泊动态演变、矿 物分布调查以及军事侦察等。目前利用遥感技术对盐的研究主要为钾盐信息解释 和盐湖的动态变化阻2 3 1 ，在盐田遥感和海盐产量估算方面国内外少有研究应用。 本文基于遥感技术海盐产量估算的研究主要包括两个方面：一是利用遥感技 基于r s 的海盐生产弛积摊取车f 产蕾估鞯一以台北盐场为物 术获得盐田的生产面积：二是建立盐田年产量模型。本文以连云港台北盐场为研 究背景，收集了台北盐场的遥感数据、地形图、气象数据、太阳辐射数据、土壤 渗透系数、年产量统计表、土地利用现状图等资料。结合台北盐场实地水体采样 并测定它们的高光谱分辨率数据；然后进行室内资料整理，分析不同浓度盐田水 体的光谱特征，对选取合适的遥感影像波段提供依据；对遥感影像进行几何精校 正和大气辐射纠正，建立台北盐场感兴趣区并利用m a s k 技术提取出台北盐场并 进行研究区的分离；根据地物光谱特征的分析方法研究，利用谱问关系法实现台 北盐场盐田、非盐田水体的分离和盐阳水体的分类提取，进而得出盐场生产面积， 结合台北盐场土地利用现状图对分类结果进行评价。在台北盐场海盐盐田年单产 模型的建立过程中，在分析和整理台北盐场气象站1 9 5 9 1 9 9 7 年气象资料和台 北盐场生产统计资料的基础上，通过对赫f ；r 年单产和蒸发、降水、气温、风力等 气象因子进行相关分析，得出影响海盐年单产的主要相关因子蒸发量、降水 量。在模型建立上采取由特殊到一般的方法，先建立理想状态( 无降水、无渗透) 下的生产模型，并对所建立模型进行检验；其次建立有蒸发、有降水、无渗透情 况下盐田年单产模型；再次建立有蒸发、有降水、有渗透情况下的模型；结合海 盐生产影响系数，对实际情况下的模型进一步完善，得出海盐年单产估算模型， 并用样本数据对模型进行了检验和评价。具体流程如图1 1 。 圈i - 1 海盐遥感估产论文流程躅 舔子r s 能海蘸生产禽轵攫取静产量俄簧一以台北盐场为俄 2 1 自然地理条件 2 1 1 地理位置 第2 章研究区概况 台北盐场位于江苏省连云港市东部濒海平原( 3 4 。3 9 1 1 ”n 3 4 。4 7 7 2 3 ”n 、1 1 9 。9 ，5 0 ”e 1 1 9 。2 0 4 9 ”e ) ，东临黄海，南部和东南部依云台山等 低山丘陵，西部和北部为海积作用为主的低平原，海拔高度约2 m ，地势低平( 图 2 1 ) 。 2 1 2 气候条件 图2 - i 台北盐场地理位置 台北盐场的气候类型为暖温带季风性半湿润气候，冬冷多风，夏热多雨，四 季分明1 2 4 j 。年平均气温1 4 5 。c ，7 月均温为2 7 3 ，1 月均温0 6 。c ，气温年较 差2 6 7 ；年降水量9 5 0 8 m m ，主要集中在夏季，占年降水量的5 8 6 8 ，其它 降水分布为春季、秋季和冬季分别为1 6 4 3 、1 9 6 3 和5 2 6 1 空气相对湿度 6 9 ，年平均蒸发量为1 7 6 4 9 9 m m l 全年太阳总辐射量为1 1 8 1 2 6 千卡c m 2 ，f | 照总时数在2 5 0 0 2 6 0 0 h ，日照百分率在5 5 以上，平均风速3 9 m s 。台北盐场 良好的气候条件对海盐生产比较有利。 6 基f r s 的海盐生产妇积挺曷 秘产量估搏一珏台j t 盐场为钠 2 1 3 土壤和植被 台北盐场的土壤为重粘土性盐土，是在地质历史中广泛沉积了一套扶灰 绿色流塑淤泥及淤泥质粘土的软土，随着第四纪新构造运动、河流作用，海侵地 质作用形成了一套广泛分布的典型的以海积作用为主的软土层【2 5 1 。土壤含盐量 在0 8 以上，吸湿率为4 0 8 ，其粘粒( 7 6 0 n m 剐，水库水体几乎为全吸收体。 可见在浓度较低时，盐田水库中的水体光谱曲线和淡水几乎一致。 ( 2 ) 蒸发区水体 蒸发区水体整体反射率高于水库水体，在5 5 0 5 7 0 n m 和7 2 0 n m 又两个显著 的反射峰，反射率分别为o 0 8 和o 0 6 。在4 0 0 5 0 0 n m 和6 7 0 n m 附近则有吸收 峰。5 5 0 5 7 0 n m 范围的反射峰是由于叶绿素和胡萝h 素弱吸收和细胞的散射作 用形成的，可以作为叶绿素定量标志；因为藻青蛋白的吸收峰在6 2 4 n m 处，所 以6 3 0 n t o 附近出现反射率谷值或呈肩状【3 5 1 ；6 8 5 7 1 5 r i m 范围反射峰的出现是含 藻类水体最显著的光谱特征，其存在与否通常被认为是判定水体是否含有藻类t l f _ 绿素的依据【3 6 l 。 ( 3 ) 制卤区水体 制卤区光谱在4 5 0 5 2 0 n m 、5 2 0 6 2 0 n m 、6 2 0 6 6 0 n m 上具有三个明显的 反射峰，反射率分别为o 1 l 、o 1 8 、o 1 5 。制卤区的光谱曲线和水库的光谱曲线 有明显的不同，由于水体底部反射影响。光谱曲线在可见光部分变化曲折，先后 出现反射峰。 ( 4 ) 结晶区水体 结晶池的光谱特征表现为在5 5 0 n m 和7 5 0 n m 处反射率迅速变化，其间形成 某于r s 的海赫生声曲积提取和产量估尊一以台托盐场为槐 了平坦的反射峰值区。反射率约为0 1 6 。光谱特征和浑浊水体相似，由于结晶池 中存在大量的嗜盐菌等生物造成。 水体遥感光谱表明：随着水中悬浮物质浓度的加大，可见光对水体的透射能 力减弱，反射能力加强【3 ”，其反射率和水库水体比较显著增强。水体中的悬浮 物的类型、数量、粒径、浅水区水下地形、传感器的观测角、天气状况等都会直 接或者间接影响所研究的含悬浮物质水体的光谱反射率，其中悬浮物浓度、颗粒 大小和矿质组成是主要的影响因素。在可见光及近红外波段范围，随悬浮物含量 的增加，水体的反射率增加，且随着悬浮物浓度的增大，反射峰位置向长波方向 移动而发生“红移”。7 0 0 9 0 0 n m 范围反射率对悬浮物浓度变化敏感，是遥感悬 浮物的最佳波段”。 3 4 野外样本数据 在台北盐场采集纳潮海水、蒸发区、制卤区、结晶区水体光谱数据的同时， 还进行了对应水体的样本采集，主要包括3 。b e 、7 。b e 、1 7 。b e 、2 5 。 b e 、2 8 。b e7 五个样本。直接观察可以发现纳潮海水( 3 。b e ) 与蒸发区卤 水( 7 。b e 、1 7 。b e ) 透明度差别不大，但与饱和卤水( 2 5 。b e ) 、结晶 区卤水( 2 8 。b e ) 在感官上差别较大。利用u v 一7 5 4 分光光度计进行吸光度 定量研究，仪器测量的波段范围为4 5 0 8 5 0 n m ，测量时波谱间隔设定为2 0 n m ， 得出所采样本的吸光度谱线( 图3 3 ) 。 图3 3 样品水体的吸光度测定统计图 研究发现纳潮水库中水体( 3 。b e ) 与7 。b e 、1 7 。b e 的吸光度在可 见光范围( 4 0 0 7 6 0 n m ) 内小于o o l ，它们和纯净水体的吸光率差别较小。制 卤区( 2 5 。b e ) 、结晶区( 2 8 。b e ) 吸光度随波长的增加而逐渐降低，两者 的吸光度明显高于3 。b e 、7 。b e 和1 7 。b e 的卤水。结合对卤水的定性分 析，因此可以得出以下结论： l 、随着卤水浓度的增加，颜色逐渐加深，对光的吸收作用也相应增强。卤 基于醚魄簿盐生产砸积挺歌和产量待箨一阻台北盐场为钠 水表现为透明度随着卤水浓度增大而降低，从无色透明过渡到红褐色。 2 、随着卤水浓度增大，卤水中悬浮物质增多，卤水粘度显著增大。 3 、低浓度的卤水( 3 。b e 和7 。b e ) 的吸光度在可见光范围较小，对光 的吸收率和纯水接近，卤水中n a c i 含量对其吸光度影响不大；高浓度卤水吸光 度随波长的增加而降低。 基于r s 的海盐生产砸积提取和产量估冀= 一谨靠托靛场为钢 4 1 遥感影像处理 第4 章盐田面积提取 遥感影像处理主要指对遥感影像进行辐射校f 、几何校正、影像增强以及其 它信息的提取的前期处理过程，以便于使遥感影像成为更符合实际应用需要的形 式显示或输出。 4 1 1 辐射校正 初级产品的遥感影像中包含的辐射率受到多种因素的影响，这些因素主要包 括地面条件、大气条件、传感器拍摄的几何特征、传感器的响应特征等。引起辐 射畸变主要有传感器仪器本身产生的误差和大气对辐射的误差。仪器产生的辐射 误差在数据生产过程中，已经由生产单位根据传感器参数进行了校f ，用户应该 考虑的是大气影响造成的畸变1 3 7 】。在遥感数据应用中进行大气辐射校正是非常 必要的，特别是在进行不同时相地物监测时，大气校正可以把多时相的数据归一 化到同尺度，有利于数据的比较分析。 大气辐射校正是通过对遥感影像进行一定的算法设计，去除大气对地物反射 率的影响，使校正后影像像元亮度值相对准确反映地物的反射率。遥感影像的大 气校正有精确校难和粗略校正。精确校正需要找出每个波段像元亮度值与地物反 射率的关系，需要获得卫星飞行时的大气参数，这些大气参数需要特别观测才能 获得；粗略校正则通过比较简单的方法去除大气程辐射。最早基于图像的大气辐 射校正法是利用清洁水体的像元值直接取代大气程辐射，不考虑大气其它因素的 影响1 3 9 1 。后来对该方法加以改进形成暗体减法，即d o s 法 ( d a r k - o b j e c t s u b t r a c t i o n ) ，该方法建立在影像上有地形阴影或云的阴影这种零反 射率的像素和大气的第二次散射不存在的两种假设下求解程辐射 4 0 a h 。由d o s 模型理论，程辐射由影像直方图最小值决定。以台北赫场2 0 0 0 t m 数据为例，结 合影像直方图统计，确定校正前每个波段深海处对应的亮度值作为影像直方图最 小值，将每个波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值，即可完成遥感影 像的辐射校正。依此方法完成台北献场其他t m 影像数据的辐射校正。以2 0 0 0 年台北盐场水库、结晶池为例可以看出遥感影像辐射校正前后的光谱变化( 图 4 1 ) ，校正后的水库、结晶池光谱更接近于台北盐场光谱仪实测光谱。 以上遥感影像辐射校正所获得的是像元的亮度值，当需要知道像元对应的地 物反射率时，可以通过冯钟葵nz j 提出的地物反射率计算公式得到，即： p = 万( g a i n x d n + b i a s ) d ( e o c o s0 )( 4 - 1 ) 式( 4 1 ) 中，g a i n 和b i a s 可从遥感影像头文件中得到；p 地物反射率；d n 为 像元亮度值：盔是日地天文单位距离；面太阳辐照度。 基于r s 的海盐生产醢欷提取和产量估算一以台北盐场惫翻 大气校正前水库光谱 大气校正后水库光潜 大气校正前结晶池光谱 大气校正后结晶池光 普 圈4 - 1 台北盐场水库、结晶池t m 辐射校正前后光醋曲线 4 1 2 几何校正 由于遥感平台位置和运动状态、地形起伏、地球表面曲率、大气折射、地球 自传等原因，使得地面站获取的原始遥感影像具有一定几何畸变。产生畸变的类 型主要有两种【s l ：一是由于遥感系统本身造成的畸变，这种畸变多具有一定的规 律性，称为系统的畸变或者可预测的畸变；另种是随机产生的畸变，这种畸变 没有固定规律，称为随即的畸变或不可预测的畸变。要消除遥感影像的几何畸变 的影响，必须进行遥感影像的几何校正。对于台北盐场盐田面积提取中所用到的 l a n d s a t 5 和l a n d s a t 7 的二级产品已经过中国遥感卫星地面站的系统级的校正， 即利用卫星所提供的轨道和姿态等参数、以及地面系统中的有关处理参数对原始 数据进行几何校正，产品的精度由上述参数和处理模型决定。在具体的应用研究 中要获得精确的定位信息，必须对二级产品的遥感影像进行几何精校正工作。由 于台北盐场为海州湾地区沿海滩涂区，地形起伏较小，因此不必运用d e m 进行 精确的地形校j 下，只要进行影像地物与地面实际地物的精确配准即可满足需要。 随机畸变和其他未知的系统畸变是通过分析地面控制点( g c p ) 来校正的。 基于r s 髀海裁生产强积提取和产鼍估斧一议台托盐场为蜘 在校正过程中，可根据地面控制点在影像上的坐标( 行列) 和地面坐标来确定地 面控制点的位置来建立畸变影像空间和校正影像空间的某种对应关系；然后利用 这种建立的对应关系把畸变影像空间中的全部像元变换到校正空间中去，最后确 定校正空间对应灰度值，完成空间影像的精确校正。 台北盐场在遥感影像的几何校j 下中，地图投影方式选择为高斯一克吕格6 度分带投影，根据台北盐场实际地理位置，选择投影为g k 一2 0 。标准控制点坐标 选择中国人民解放军总参谋部测绘局1 9 8 5 年出版的地形图，具体图幅为： 9 5 0 3 5 丁、9 5 0 4 7 一甲、9 5 0 3 5 丙、9 5 0 4 7 一丙、9 5 0 4 7 一丁、9 5 0 5 9 ，乙。平均 每景影像上选取了4 0 个地面控制点，控制点选取尽量做到了分布均匀并且选择 影像上容易分辨且较精细的特征点。 在重采样过程中，最近邻法虽然计算简便而且可以避免采样时像元值的改 变，但它的输出影像的矩阵在空间上有1 2 的像元的偏移而导致输出影像的不连 续；双线性内插法虽然精度较高，对亮度不连续现象或线状特征的块状化现象有 明显改善，但是对影像起到平滑作用，从而使对比度明显的分界线变得模糊；三 次卷积内插法虽然计算量大，但是它既避免了采用最近邻法在一定程度上改变了 原始影像的不连续性现象，又提供了比双线性内插更加清晰的影像，因此在对台 北盐场t m 影像精校正过程中的重采样时采用三次卷积内插法来确定校正后影 像上每点的亮度值。控制点校e 时的误差分布情况如表4 - 1a 表4 - i 遥感影像几何搜f 谨差统计 r i m es a t e l l i t em a x r m sm a x i m u me r r o rm i n i m u me f r o r r e s a m p l e ( m e t e r s ) 1 9 8 7 1 1 0 8l a n d s a t 一50 4 3 6 604 3 3 200 3 9 i3 0 1 9 9 5 0 5 2 2l a n d s a t - - 5o 3 8 4 803 7 7 40 0 8 9 7 2 0 1 9 9 9 0 5 0 ll a n d s a t - - 504 1 0 60 4 0 8 5 0 0 2 8 63 0 2 0 0 0 0 3 0 8l a n d s a t - - 703 7 8 103 2 5 200 2 1 83 0 1 5 2 0 0 1 0 7 0 ll a n d s a t - - 704 0 4 803 8 5 l00 3 1 23 0 1 5 4 2 盐田面积提取 海盐生产面积提取是海盐遥感估产中最重要、也是最能体现遥感技术的一个 环节，利用高分频率的卫星影像能够比较准确地识别赫田的范围和分布特征，结 合g i s 技术获得大范围海赫生产面积信息。 4 2 1 盐场水体提取 按照盐田技术标准规定，盐阳生产面积界线为送水道中线、排淡中线及门面 沟中线的方框内面积。台北盐场献田生产中的送水道、排淡和门面沟等线状 地物的宽度一般为3 4 m ，t m 影像的分辨率为3 0 m 3 0 m 。这就造成了陔类地 物在t m 影像上为混合像元，无法进行有效地物的提取。实地考察台北雒场盐田 分布范围，发现送水道中线、排淡中线及门面沟中线周围紧邻较宽的河流和道路， 结合t m 影像地面分辨率考虑，以盐田生产面积周围宽度为2 0 3 0 m 左右的河 流和道路作为划分盐田生产面积的边界是可行的。利用4 1 台北盐场t m 影像的 辐射校正和几何校正结果，对台北盐场建立感兴趣区，采用m a s k 技术提取出台 北盐场范围( 采用r 5 g 4 8 3 假彩色合成) ( 图4 2 ) 。 图4 - 2 台北盐场分布幽( 2 0 0 0 年) 卫星遥感影像记录了地物对电磁波的反射信息，以及地物自身的热辐射信 息。各地物由于其结构、组成、以及理化性质的差异，从而导致不同的地物对电 磁波的反射和热辐射存在着差异。在可见光波段内，影像上记载的反射信息主要 来自于水面、水中悬浮物质和水体底部物质的反射。水体由于在近红外和中红外 波段有很强的吸收峰，几乎可以吸收全部的入射能量 l3 1 。近红外波段的波长不 同，对水体的反映效果也不同。根据e a w o r k l 9 7 4 的测试，理想的识别水体的 波长应在1 5 1 8um 之间。在该波段，足够的太阳照度既能照亮背景物体，增 加水体的识别条件h 。 在近红外和中红外波段，相对于水体，植被和土壤具有较高的反射率，因此 在平原地区可以比较容易地利用红外波段提取出水体。在山区。水体由于受到山 体阴影的影响，会出现利用红外波段进行水体的遥感提取时出现水体和阴影混淆 的问题。台北盐场的东部和南部为云台山，在l a n d s a t 过境时由于l b 体的遮挡作 用而使附近盐田处在阴影之中，反应到t m 影像上出现异物同谱现象，在近红外 和中红外波段影像上出现水体和山体阴影的混淆，给影像判读带来了较大的影 响。选择适当的水体提取方法成为于准确获得水体信息的重要环节。 目前遥感影像水体提取方法主要有光谱分类法、单波段分析法、比值法、差 基于r s 鹌海盐生产由积提取秘产量估葬一峻台北盐场为蜘 值法、阈值法、谱间关系法等。光谱分类法中应用最多的是最大似然法，通过求 出每个像元对于各类别归属概率，把该像元分到归属概率最大的类别中去的方法 1 4 5 。单波段分析法、比值法、差值法分别是利用遥感影像的单个突出水体信息 的波段和对波段进行比值、插值运算而反映水体信息的方法。光谱分类法、单波 段分析法、比值法、差值法对于水体提取均有较大的误差，且对于山区水体提取 上容易造成山体阴影和水体的混淆。水体提取闽值法是根据近红外波段的水体反 射率明显地低于土壤、植被等地物的特点，利用l a n d s a t 5 或者l a n d s a t 7 的t m 5 ， 通过反复试验确定该波段水体和非水体的灰度阈值，将低于浚值的像元规定为水 体，高于该值的像元规定为非水体。水体提取阈值法操作相对简单，对于平原地 区的水体提取较为准确，但是在山区由于山体阴影的影响，容易把阴影作为水体 提取而对水体提取产生较大的误差。 谱问关系法相对于光谱闽值等方法具有一定的优点，列于山区水体提取具有 较高的精度，特别适合山区水体的提取【4 叫。根据台北盐场东、东南部盐田水体 在l a n t s a t 过境时受到云台山的阴影影响，为了较好地利用l a n d s a t 的t m 数据 提取台北盐场的水体，本文采用谱间关系法实现对台北盐场水体的提取。以2 0 0 0 年e t m + 影像为例，建立光谱问关系。在遥感影像上，理论上不同的地物具有不 同的光谱，反映到影像上对应的光谱亮度值不同。t m 6 为热红外波段，分辨率 相对较低，在水体面积提取上具有较大的误差，因此不予考虑。在对台北盐场 e t m + 影像上地物的光谱值分析主要针对t m l 、t m 2 、t m 3 、t m 4 、t m 5 、t m 7 波段。从e t m + 影像上选择典型地物进行分析( 表4 2 ) 。 表4 - 2 台北盐场典型地物采样点波潜亮度值 弋 波段1 亮度值波段2 亮度值波段3 亮度值波段4 亮度值波段5 亮j 立值波段7 亮度值 均均均均均 样点值样点值样点值均值样点值样点值样点伉 值值值值值 l l ，1 0 ，9 ，2 2 ，2 0 ，2 0 ，2 3 ，2 2 24 , 4 ，4 ，4 ，3 ，2 ， 4 ，2 ，2 ， 永体 962 022 l 843 22 8 8 1 01 9 2 02 ，2 0 ，2 2 4 , 4 4 ，3 3 , 3 2 , 4 ，2 ，7 ，7 ，6 i3 ，l l ，i 2 5 ，2 4 ，2 2 ，2 8 ，2 8 ，2 5 ，1 7 ，1 4 ，1 6 ， 林地32721 242 261 62 3 , 5 7 ，92 ，1 0 ，1 6 2 22 02 53 l 1 3 , 2 l 2 6 ，3 4 2 63 5 4 4 ，3 4 ，5 9 。6 9 ，53 5 。3 9 3 2 ，8 0 8 8