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[期刊] 林业科学
[作者]
谢文 赵小敏 郭熙 叶英聪 孙小香 匡丽花
【目的】探讨组合模型在山地红壤有机质含量高光谱估算中应用的可行性,以期为土壤有机质含量估测提供基础数据和科学依据。【方法】基于山地红壤光谱的全波段(400~2 450 nm)研究范围,选择偏最小二乘回归(PLSR)、BP神经网络(BP)和支持向量机回归分析(SVMR)3种单一高光谱估测模型,分别获得预测结果,并重构预测结果数据,以绝对误差和最小为目标,计算固定权重与不固定权重两种组合模型的权重值,并基于径向基函数(RBF)神经网络法建立组合模型,探讨不同赋权方法与是否重构数据条件下的最优组合模型。通过均方根误差(RMSE)、预测偏差比(RPD)和决定系数(R2)评价山地红壤有机质含量的预测精度。【结果】单一预测模型中的SVMR估测精度最高,验证决定系数(R2)为0.64,均方根误差为9.76 g·kg-1,测定值标准差与标准预测误差的比值为1.67;在组合模型数据不重构的条件下,不定权组合模型要优于定权组合模型;在组合模型数据重构的条件下,定权组合模型要略优于不定权组合模型,估测精度相差不大;最优模型是数据重构定权组合模型,模型验证决定系数(R2)为0.87,均方根误差为7.91 g·kg-1,测定值标准差与标准预测误差的比值为2.06;组合模型验证精度优于单一模型,说明利用RBF组合模型估算山地红壤有机质含量是可行的。【结论】对山地红壤有机质含量的快速估测而言,单一模型具有操作简单、运算速度快等特点,因而具有较大应用价值,但组合模型能较大限度地利用各种预测样本信息,从而能有效减少应用单一模型时所受随机因素的影响,从而提高山地红壤有机质含量的估测精度。
[期刊] 中国农业科学
[作者]
卢艳丽 白由路 杨俐苹 王红娟
【目的】土壤有机质含量是反映土壤肥力的重要特征,利用高光谱技术对有机质(OM)含量进行定量化反演为土壤信息化管理和资源评价提供了重要的依据。【方法】利用ASD2500高光谱仪在室内条件下测定了风干土壤样品的可见—近红外光谱,分析了不同区域范围土壤光谱反射率曲线形状变化和土壤有机质含量的变化特点,并针对东北地区以黑土为主的土样光谱反射率不同变换形式与有机质含量进行了相关性分析。【结果】结果表明,有机质含量较高的黑土的光谱曲线与其它土壤类型的光谱曲线在形状上有很大差异,即在600～900nm附近,以黑龙江土样为代表的东北黑土表现为直缓上升,而河南和山东的潮土则表现为曲陡上升。相关分析结果表明,土壤...
关键词：
光谱 有机质 模型
[期刊] 西南农业学报
[作者]
杨邵文 沈强 夏可 胡青青 张世文
【目的】本文旨在探究矿业复垦土壤有机质含量的快速估测方法,为矿业复垦土壤质量快速监测提供技术参考。【方法】以湖北省某矿业复垦区作为研究对象,对复垦土壤光谱反射率进行了3种光谱变换;以全波段和显著性波段(与有机质含量的相关系数通过P=0.05检验)为2种建模数据,采用偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)、随机森林回归(Random Forest Regression,RFR)以及支持向量机(Support Vector Machine, SVM)3种方法,建立并优化遴选土壤有机质含量反演模型,并基于优化模型进行算术平均值二次估测。【结果】对于PLSR与SVM模型,采用显著性波段建模R~2和RPD整体上更高,而RFR模型采用全波段建模R~2和RPD较高;基于显著性波段建立的一阶微分PLSR模型稳定性与预测能力最好,R~2和RPD分别为0.77和2.14;与传统的单一模型相比,采用算术平均值二次估测能够在一定程度上提升估测精度,尤其是标准正态变换方式下提升空间更大,表现出了较好的稳定性与预测能力。【结论】建模数据的选取是影响模型精度的重要因素;对光谱数据进行一阶微分变换后,可以使模型拥有更好的估测效果;基于优化模型耦合算术平均的二次估测模型较单一模型效果更佳,在标准正态形式下的PLSR(全波段)+RFR(全波段)模型反演效果相对较好。
关键词：
高光谱 土壤有机质 反演模型 显著性波段
[期刊] 林业科学
[作者]
高志海 白黎娜 王琫瑜 李增元 李晓松 王玉魁
在对2个荒漠化典型区土壤采样、化验分析和光谱测量的基础上,分析荒漠化土地土壤的反射光谱特征及土壤有机质的光谱敏感范围,构建多种土壤有机质含量高光谱估测模型。结果表明:荒漠化土地土壤具独特的波浪型光谱曲线,其主要特点是在可见光和近红外的500～900nm光谱范围存在一个明显的弓形突起区,其对提取土壤有机质信息有实际意义;相关分析发现,在中心波长分别为600和830nm的可见光和近红外光光谱范围分别存在1个有机质光谱敏感区;土壤有机质含量高光谱估测模型验证结果表明,利用波长588nm处的反射光谱对数lgR588和反射光谱倒数1/R588以及波长835nm处的反射光谱倒数的导数(1/R835)'和反...
[期刊] 西北农林科技大学学报(自然科学版)
[作者]
刘雪梅 章海亮
【目的】采用近红外光谱和不同建模方法测定土壤中的有机质和速效P含量。【方法】分别采集江西不同地区的土样240个,采集土壤样品的近红外漫反射光谱,以对光谱数据进行主成分分析得到的前6个主成分(PCs)和偏最小二乘回归(PLSR)建模得到的6个潜在变量(LVs),分别作为反向传播神经网络(BPNN)和偏最小支持向量机(LS-SVM)的输入变量,共建立6个模型,分别为主成分回归(PCR)、PLSR、BPNN-PCs、BPNN-LVs、LS-SVM-PCs和LS-SVM-LVs,并对这些建模方法预测土壤有机质和速效P含量的结果进行评价,从中筛选出最佳模型。【结果】在预测土壤有机质和速效P含量时,LS-...
[期刊] 自然资源学报
[作者]
张娟娟 田永超 姚霞 曹卫星 马新明 朱艳
基于高光谱(350~2 500 nm)数据,研究了我国中、东部地区5种主要类型土壤全氮含量与高光谱反射率之间的定量关系,构建了基于偏最小二乘法(PLS)、BP神经网络(BPNN)和特征光谱指数的土壤全氮含量估算模型。结果表明,以500~900 nm、1 350~1 490 nm区域波段反射率经Norris滤波平滑后的一阶导数光谱为基础,构建的基于PLS和BPNN的土壤全氮含量估算模型精度较高,建模决定系数分别为0.81和0.98;独立观测资料检验结果显示,模型预测决定系数分别为0.81和0.93,均方根误差RMSE为0.219 g.kg-1和0.149 g.kg-1,相对分析误差RPD为2.2...
[期刊] 中国农业科学
[作者]
贺军亮 蒋建军 周生路 徐军 蔡海良 张春耀
目的应用高光谱技术阐释土壤有机质光谱规律及对有机质在土壤中的含量进行定量分析,为土壤肥力测定和评价提供指导。方法利用ASD FieldSpec Pro地物光谱仪在自然环境条件下对不同有机质含量的土壤样本进行光谱测量。通过对获取的土壤样品高光谱反射率进行倒数、导数、对数和标准化比值变换,运用统计单相关方法进行分析。结果确定了511 nm波长为诊断土壤有机质含量的敏感波段,采用450～750 nm可见光波段反射率均值对507～516 nm敏感范围反射率均值进行标准化比值处理后获得的有机质诊断指数(OII)对土壤有机质含量的估算精度较高,它们存在着简单的线性相关关系。结论土壤有机质诊断指数(OII)...
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
贺婷 李建东 刘桂鹏 王国骄 李丹
采用高光谱近地遥感技术，获取不同氮素水平下的玉米冠层高光谱数据，通过相关性、线性和非线性的分析方法，探讨玉米整个生育期中各营养器官的全氮含量与多种高光谱参数的相关关系，建立全氮含量的定量估测模型，并利用第２年的数据进行精度检验。结果表明：玉米冠层高光谱数据经过微分、倒数、对数处理后与玉米全氮含量的相关性均有所提高，所选波段基本在可见光波段范围内变化，其中微分处理可以显著提高数据间相关性；在１０种植被指数中，玉米叶片全氮含量与植被指数ＲＤＶＩ（８１１，７４３）、ＤＶＩ（８１１，７５４）、ＭＳＡＶＩ（８１１，７５４）相关性都达０．９２＊＊以上，玉米叶鞘、茎秆全氮含量分别与ＲＤＶＩ（９５２，７５１）．．．
[期刊] 西南农业学报
[作者]
文锡梅 兰安军 易兴松 张吟 李洋 秦志佳
【目的】利用高光谱数据定量反演喀斯特地区土壤有机质含量,为喀斯特地区快速、大范围、实时地监测土壤有机质含量提供更多的技术手段。【方法】利用机载高光谱成像系统和便携式地物光谱仪分别获取土壤光谱数据,基于原始光谱反射率和不同光谱变换数据,分析其与土壤有机质含量的相关性,以偏最小二乘法建立模型预测土壤有机质含量。【结果】2种数据源都可以用于土壤有机质含量预测,其中,基于ASD光谱一阶微分变换建立的模型预测精度较高,验证集决定系数(Rv~2)为0.910,相对分析误差(RPD)为2.68;基于GS光谱二阶微分变换建立的模型预测效果较好,验证集Rv~2为0.772,RPD为1.49。【结论】ASD光谱与GS光谱建模预测精度相差较大,ASD光谱客观条件影响较小、光谱波段更宽、光谱分辨率更高,具有更好的预测能力;低空无人机获取的GS光谱也具有一定的预测能力。
关键词：
高光谱 土壤有机质 喀斯特 偏最小二乘法
[期刊] 中国农业科学
[作者]
杨梅花 赵小敏
【目的】变量选择是可见光-近红外光谱研究至关重要的步骤,通过分析可见光-近红外光谱不同特征的选择方法筛选出土壤全氮敏感波段,建立基于敏感波段的土壤全氮最佳预测模型,为土壤全氮的快速定量估算提供重要的理论指导依据。【方法】在红壤典型地区江西省吉安县采集代表性土壤样品120个,对可见光-近红外光谱采用主成分分析(PCA)、无信息变量消除(UVE)和无信息变量消除后结合连续投影(UVE-SPA)3种变量特征选择方法,建立基于不同变量选择的偏最小二乘回归(PLSR)模型、最小二乘-支持向量机(LS-SVM)、反向传播神经网络(BPNN)和遗传算法优化的反向传播神经网络(GA-BPNN)模型,从模型对预...
[期刊] 中国农业科学
[作者]
张娟娟 田永超 朱艳 姚霞 曹卫星
【目的】构建适合土壤有机质含量估测的高光谱参数及定量反演模型。【方法】系统分析中国中、东部地区5种不同类型土壤风干样本有机质含量与350～2500nm波段范围高光谱反射率之间的关系,利用特征光谱参数和BP神经网络建立土壤有机质的定量估测模型。【结果】光谱一阶导数构成的两波段光谱参数与土壤有机质含量的相关性明显优于原始光谱,尤其采用Norris平滑滤波后导数光谱效果更好。光谱参数构成形式以差值指数最好,其次为比值和归一化指数。与土壤有机质含量相关程度最高的光谱参数是由可见光区554nm和近红外区1398nm两个波段的一阶导数组合而成的差值指数DI(D554,D1398),两者呈显著指数曲线关系,...
[期刊] 中国农业科学
[作者]
陈红艳 赵庚星 李希灿 陆文利 隋龙
【目的】对土壤高光谱数据去噪提纯,提高土壤速效钾含量高光谱估测模型的精度和实用性。【方法】选取土壤有机质、碱解氮、有效磷含量近似而速效钾含量差异较大的样本76个,对土壤样本反射率对数的一阶导数光谱分别基于4种函数进行多层小波离散分解;提取小波低频系数,构建土壤速效钾含量高光谱估测模型。【结果】小波分解1—3层获得的低频系数可用以代表原始光谱。基于各小波函数相同尺度的低频系数,土壤速效钾含量估测建模精度差异不大。其中基于Bior 1.3函数分解的第2层低频系数建模精度略高,作为最佳估测模型,在数据压缩到25%、反映输入光谱信息95.6%的基础上,建模R2达到0.976,RMSE为10.66 mg...
关键词：
高光谱 土壤速效钾 小波分析 小波系数
[期刊] 中国农业科学
[作者]
侯化刚 王丹阳 马斯琦 潘剑君 李兆富
【目的】探究土壤有机质和盐分的光谱响应，分析不同盐分含量对土壤有机质预测模型的影响，建立快速、有效的盐渍土有机质含量高光谱预测模型。【方法】以黄河三角洲地区粉质壤土为研究对象，根据不同盐分含量将土壤样本分为非盐（SA）、轻度（SB）、中度（SC）和重度（SD)4组，分别进行室内高光谱测量；其次采用双因素方差分析法，探究土壤有机质和盐分光谱响应程度；进而对原始光谱（raw spectral reflectance,R）进行一阶微分（first order differential reflectance,FD）、连续统去除（continuous statistical removal,CR）、对数（logarithmic,Log）和多元散射校正（multipication scatter correction,MSC)4种变换；最后分别基于盐渍土的4组样本结合4种变换光谱构建多元线性回归（multiple linear regression,MLR）、偏最小二乘回归（partial least squares regression,PLSR）和支持向量回归（support vector machine,SVR)3种土壤有机质含量高光谱预测模型。【结果】土壤有机质和盐分在400—900 nm范围内光谱响应程度显著且变化规律基本一致，二者的敏感波段存在重叠；通过划分不同盐渍度分组建模能够提高土壤有机质预测精度，且随着盐分含量增加，模型的预测精度下降，FD处理更能突出光谱特征差异，提高有机质含量与光谱反射率的相关性。对比3种模型结果，利用FD处理结合SVR建立土壤有机质预测模型精度最高，最优结果建模集和验证集的决定系数R~2为0.86、0.82，均方根误差RMSE为2.71、2.96 g·kg~(-1)，相对分析误差RPD为2.42。【结论】土壤盐分与有机质在可见光波段附近（400—900 nm）的敏感波段存在重叠，通过划分不同盐渍度能够有效提高有机质预测模型精度。
关键词：
盐渍土 有机质 光谱响应 高光谱预测
[期刊] 中国农业科学
[作者]
南锋 朱洪芬 毕如田
【目的】针对黄土高原丘陵地多、地形复杂、有机质含量低、采样困难以及因采煤活动引起大面积土地损毁等问题，在土地复垦与综合整治过程中，为快速定量监测与评估复垦农田土壤质量提供一种新的方法。【方法】以山西省襄垣县复垦农田土壤为研究对象，选取由北向南土地损毁中间条带状区域采集样品１５２个，进行室内土壤农化分析、光谱测定，运用Ｐａｒ Ｌｅｓ ３．１软件对光谱曲线进行多元散射校正（ｍｕＬｔｉＰｉｃａｔｉｏｎ ｓｃａｔｔｅｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ｍｓｃ）、基线偏移（ｂａｓｅＬｉｎｅ ｏｆｆｓｅｔ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ｂｏｃ）和ｓａｖｉｔｚｋｙ－ＧｏＬａｙ ｆｉＬｔｅｒ平滑去噪预处理。对土壤原始光谱反射率．．．
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