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原文传递一种基于半监督自编码分析的高光谱影像土壤重金属浓度评估方法

专利名称：	一种基于半监督自编码分析的高光谱影像土壤重金属浓度评估方法
摘要：	本发明属于土壤环境监测与评估领域，具体涉及基于半监督自编码分析的高光谱影像土壤重金属浓度评估方法。该方法包括：1)采集研究区土壤样本；2)土壤样本中重金属浓度等要素实验室化学测定；3)利用航空机载平台及成像光谱仪获取研究区成像光谱数据并完成数据预处理；4)利用半监督自编码分析方法进行土壤重金属浓度光谱建模，得到泛化性能优越的重金属估算模型；5)将研究区航空高光谱影像输入建立好的模型，完成研究区土壤重金属浓度大范围连续地理空间评估制图。本方法对于土壤重金属浓度预测，具有非接触性、大范围连续地理空间、快速高效、内置特征选择、模型泛化性能与迁移能力强的特点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	生态环境部南京环境科学研究所
发明人：	马伟波;李海东;谭琨;李辉;高媛赟;田佳榕;燕守广
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-30T00:00:00+0800
申请号：	CN201910445811.5
公开号：	CN110186851A
代理机构：	江苏瑞途律师事务所
代理人：	陈彬;蒋海军
分类号：	G01N21/17(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	210042 江苏省南京市玄武区蒋王庙街8号
主权项：	1.一种基于半监督自编码分析的高光谱影像土壤重金属浓度评估方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤： 1)确定研究区的采样点位置，采集土壤样本； 2)测定步骤1)土壤样本的重金属浓度； 3)获取研究区的成像光谱影像数据，并将成像光谱数据进行预处理得到成像反射率数据； 4)利用半监督自编码分析方法在重金属浓度和成像反射率数据之间建立模型； 5)将成像光谱影像数据输入步骤4)建立的模型，得到土壤重金属浓度估算值和大范围连续地理空间评估制图。 2.根据权利要求1所述的基于半监督自编码分析的高光谱影像土壤重金属浓度评估方法，其特征在于：所述步骤4)具体包括以下步骤： a)将步骤2)中测定的重金属浓度数据与步骤3)中采样点位置对应的成像反射率数据组合，形成有标签研究数据集； b)将采样点附近的以多个像元距离长度缓冲区内的无标签光谱影像数据筛选组合，形成无标签数据集，所述的有标签研究数据集和无标签数据集构成整个研究数据集； c)将所述的有标签研究数据集按照比例划分为有标签训练数据集和有标签验证数据集； d)通过半监督自编码方法分别在有标签训练数据集和无标签数据集上建立重金属浓度与成像反射率数据之间的模型，并通过所述的有标签验证数据集进行模型精度检验。 3.根据权利要求2所述的基于半监督自编码分析的高光谱影像土壤重金属浓度评估方法，其特征在于：所述步骤d)中，所述的半监督自编码方法为半监督堆栈式自编码方法。 4.根据权利要求3所述的基于半监督自编码分析的高光谱影像土壤重金属浓度评估方法，其特征在于：所述的无标签数据集包括采样点附近10个像元半径、30个像元半径和50个距离长度的缓冲区内的无标签光谱数据。 5.根据权利要求1或2所述的基于半监督自编码分析的高光谱影像土壤重金属浓度评估方法，其特征在于：所述步骤3)中预处理包括几何校正、辐射定标、大气校正和条带拼接。 6.根据权利要求5所述的基于半监督自编码分析的高光谱影像土壤重金属浓度评估方法，其特征在于：步骤1)中采集土壤样本方法具体包括：依据研究区地形地貌以及地面土壤属性保持一致的面积大于3*3个影像空间分辨率单位的区域内确定采样点位置；采样点位置布设为棋盘式，每个采样点坐标记录通过实时动态差分定位方法精密确定。 7.根据权利要求6所述的基于半监督自编码分析的高光谱影像土壤重金属浓度评估方法，其特征在于：所述步骤3)中获取的成像光谱影像数据为采用HyMap-C系统获取的影像块，所述影像块是具有超过136个光谱波段覆盖光谱范围为0.4～2.5μm的影像数据。 8.根据权利要求7所述的基于半监督自编码分析的高光谱影像土壤重金属浓度评估方法，其特征在于：所述重金属包括As和Cr。
所属类别：	发明专利