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原文传递基于地面高光谱的土壤有机质含量定量反演方法

专利名称：	基于地面高光谱的土壤有机质含量定量反演方法
摘要：	本发明公开了基于地面高光谱的土壤有机质含量定量反演方法，包括以下步骤：步骤1、采集土壤样品；步骤2、采用地物光谱仪采集土壤样品的高光谱数据，并采用平滑曲线方法进行去噪预处理；步骤3、对土壤样品的有机质含量进行化学测试分析，以获得对应土壤样本有机质含量数据；步骤4、将经过预处理的土壤高光谱曲线数据与化学测试分析后的土壤有机质化学分析数据进行相关性分析，选择相关性系数较大的前若干个反射率光谱作为特征光谱；步骤5、将高光谱数据中的特征光谱采用动态参数多元回归法得到土壤有机质拟合模型，用以拟合整个区域的土壤有机质含量。本发明应用时，能快速的分析土壤有机质含量，低成本，且能提升分析精度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京绿土科技有限公司
发明人：	常睿春;王建华;郭科;李一平
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910718391.3
公开号：	CN110376139A
代理机构：	成都四合天行知识产权代理有限公司
代理人：	郭受刚;王记明
分类号：	G01N21/25(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	100089 北京市海淀区龙岗路51号7号楼二层7299室
主权项：	1.基于地面高光谱的土壤有机质含量定量反演方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采集土壤样品；步骤2、采用地物光谱仪采集土壤样品的高光谱数据，并采用平滑曲线方法进行去噪预处理；步骤3、对土壤样品的有机质含量进行化学测试分析，以获得对应土壤样本有机质含量数据；步骤4、将经过预处理的土壤高光谱曲线数据与化学测试分析后的土壤有机质化学分析数据进行相关性分析，选择相关性系数较大的前若干个反射率光谱作为特征光谱；步骤5、将高光谱数据中的特征光谱采用动态参数多元回归法得到土壤有机质拟合模型，用以拟合整个区域的土壤有机质含量。 2.根据权利要求1所述的基于地面高光谱的土壤有机质含量定量反演方法，其特征在于，所述步骤1具体包括如下步骤：步骤1.1、规划野外土壤样品数据采样点，其中，采样点的数量为多个；步骤1.2、采集预定采样点的近地表土壤样品，混合得到混合土壤样本；其中，近地表土壤指地表以下0～10cm处的土壤。 3.根据权利要求1所述的基于地面高光谱的土壤有机质含量定量反演方法，其特征在于，所述步骤1还包括将采集的土壤样品进行干燥、过筛及拌匀处理，其中，过筛时采用-20目尼龙筛过筛。 4.根据权利要求1所述的基于地面高光谱的土壤有机质含量定量反演方法，其特征在于，所述步骤2的土壤样品光谱采样使用多点多次采集方法；所述平滑曲线方法为：以平滑点为中心，前后开窗口取若干相邻数据进行平均或拟合，进而求得平滑点的最优估计值，其公式如下：式中，和Xi分别为平滑前后光谱数据向量的一个元素，Wj是窗口平滑时长为2r+1的权重因子，r为移动窗口的长度。 5.根据权利要求4所述的基于地面高光谱的土壤有机质含量定量反演方法，其特征在于，所述步骤2的土壤样品光谱采样时，将加工完毕的土壤样品置于实验室暗室，将土壤样品均匀平铺于0.5m╳0.5m的黑布之上，使用高光谱光谱仪以横向间隔0.1m采集土壤高光谱曲线数据，每个土壤样品采集20～25条高光谱曲线数据；其中，实验室暗室墙面反光率小于60％、地面反光率小于20％。 6.根据权利要求1所述的基于地面高光谱的土壤有机质含量定量反演方法，其特征在于，所述步骤4中的土壤高光谱曲线数据在与化学测试分析后的土壤有机质化学分析数据进行相关性分析前，对原始反射率光谱依次进行一阶微分、倒数一阶微分、对数一阶微分、倒对数一阶微分和平方根一阶微分变换变换；所述步骤4中的相关性系数计算公式如下：式中，i为土壤样本序号，取值为1到n；n为土壤样本总数；j为波段序号；rj为土壤光谱在j波段的反射率与有机质含量的相关系数，取值介于-1到1之间；xij为第i个土壤样本在j波段处的反射率；为n个土壤样本在该波段处的光谱平均值；yi为第i个土壤样本有机质的含量；表示所有土壤样品有机质含量的平均值。 7.根据权利要求1～6中任意一项所述的基于地面高光谱的土壤有机质含量定量反演方法，其特征在于，所述动态参数多元回归法采用向前选择和向后剔除的组合，根据全部自变量对因变量的贡献值大小来动态的选择优先进入方程的光谱参数自变量，即通过偏F检验来筛选光谱参数变量，F统计量包括了Fin和Fout，使用的公式为：其中，x1，…，xi，…，xk为k个光谱参数自变量；在引入新的第k+1个光谱参数自变量时，剔除第i个光谱参数自变量xi时，式中，SSE为因变量的预测误差平方和，n为样本个数；在动态选择光谱参数xi+1进入Fin时，按α＝0.05的水平进行显著性检验，从Fout中剔除光谱参数自变量时，按p＝0.1的检验概率值进行，偏F检验拒绝域的临界值为Fin>Fout； xi+1引入，进行偏F检验，通过则进行下一步新光谱参数自变量xi+1的引进；不通过则把xi从回归模型中剔除；若新自变量xi+1引入时，原被剔除的xi-1自变量又满足α＝0.05，则通过检验，重新选入；所有模型外部自变量x都不能通过偏F值检验时结束。 8.根据权利要求7所述的基于地面高光谱的土壤有机质含量定量反演方法，其特征在于，所述动态参数多元回归法得到的研究区有机质含量反演模型为： Y＝β0+β1X1++β2X2+…+βqXq+ε (5) 其中，y是拟合的有机质含量数值，X1、X2、…、Xq分别表示不同波长的反射率，q为选择的特征光谱数量，β0,β1,β2,…，βq称为回归参数，ε为随机误差项。
所属类别：	发明专利