土壤有機(jī)質(zhì)高光譜灰色關(guān)聯(lián)度估測模型研究.pdf

1、有機(jī)質(zhì)是土壤的重要物質(zhì)組成，對于作物生長，土地保水保肥以及陸地生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)行均有重要作用。傳統(tǒng)的土壤有機(jī)質(zhì)測定方法以采樣--化驗(yàn)為主要手段，雖然精度較高，但費(fèi)時(shí)耗力，不易實(shí)施。高光譜遙感可以精確捕捉常規(guī)遙感所觀測不到的地物細(xì)微的反射光譜信息，從而實(shí)現(xiàn)對地物的準(zhǔn)確識(shí)別與反演，對于作物長勢監(jiān)測、土地利用評價(jià)以及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)具有重要意義。
　　本研究以山東省泰安市為研究區(qū)，以采集的92個(gè)土樣的有機(jī)質(zhì)含量及其室外反射光譜為研究對象，基于土

2、壤有機(jī)質(zhì)光譜反演中的灰色特性，利用灰色系統(tǒng)理論，建立了土壤有機(jī)質(zhì)高光譜灰色估測模型，對土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行估測，通過與經(jīng)典估測方法進(jìn)行對比，驗(yàn)證了灰色估測模型的有效性。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　?。?）確定了泰安市潮棕壤有機(jī)質(zhì)敏感波段和特征因子
　　利用平方根、倒數(shù)、對數(shù)、一階微分及其組合、包絡(luò)線去除等10種光譜變換技術(shù)對光譜進(jìn)行變換，通過原始及變換光譜與土壤有機(jī)質(zhì)含量的相關(guān)分析確定了有機(jī)質(zhì)敏感波段，并利用極大相關(guān)性原則提取

3、了特征因子。結(jié)果表明，10種變換技術(shù)中，一階微分及對數(shù)倒數(shù)的一階微分變換技術(shù)能明顯提高有機(jī)質(zhì)與反射光譜在可見光與近紅外的相關(guān)性，而平方根、倒數(shù)、對數(shù)變換無益于提高反射光譜與土壤有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性；有機(jī)質(zhì)的反射光譜特征主要位于可見光485~760nm波段以及近紅外1375~1382nm、2121~2133nm、2336-2347nm三個(gè)水分吸收波段附近；選取的5個(gè)特征因子分別位于原始光譜665nm處，一階微分光譜575nm和2341nm處以及

4、對數(shù)倒數(shù)的一階微分1378nm和2128nm處，相關(guān)性均大于0.55。
　?。?）建立了土壤有機(jī)質(zhì)高光譜灰色估測模型
　　基于土壤有機(jī)質(zhì)估測中的灰色特性和光譜特征因子的非時(shí)間序列特性，借助灰色系統(tǒng)理論，利用特征因子與因變量的相關(guān)系數(shù)和特征因子的標(biāo)準(zhǔn)差構(gòu)造權(quán)重，對關(guān)聯(lián)度進(jìn)行改進(jìn)，得到加權(quán)距離灰色關(guān)聯(lián)度和灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度；而后利用識(shí)別殘差建立殘差修正模型，得到兩種具有殘差修正的灰色關(guān)聯(lián)估測模型，并在此基礎(chǔ)上利用修正值殘差的標(biāo)準(zhǔn)差將

5、點(diǎn)值估測拓展為區(qū)間估測；最后與多元線性回歸、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)模型進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，加權(quán)距離灰色關(guān)聯(lián)度和灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度均可用于土壤有機(jī)質(zhì)高光譜估測，殘差修正模型能有效提高估測精度，而區(qū)間估測能隱涵部分不確定性的影響，反映有機(jī)質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化特性；5種模型的點(diǎn)值估測中，具有殘差修正的灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度模型和具有殘差修正的加權(quán)距離灰色關(guān)聯(lián)度估測模型精度最高，平均相對誤差分別為6.79％、7.94%，其次是支持向量機(jī)，平均相對誤差為12.9