颗粒度对喀斯特型铝土矿可见光-近红外光谱特征的影响

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作者 高齐云 周丽 +1 位作者 易泽邦 陈正山 《岩矿测试》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期234-246,共13页

岩矿反射光谱是智能矿山岩矿智能感知技术以及遥感信息识别的重要参考依据,由于地物表面粗糙度对反射光谱的影响取决于粗糙高度值与波长关系对电磁波传播的影响,因此颗粒度是影响岩石和矿物反射光谱特征的重要因素之一。喀斯特型铝土矿... 岩矿反射光谱是智能矿山岩矿智能感知技术以及遥感信息识别的重要参考依据,由于地物表面粗糙度对反射光谱的影响取决于粗糙高度值与波长关系对电磁波传播的影响,因此颗粒度是影响岩石和矿物反射光谱特征的重要因素之一。喀斯特型铝土矿在中国分布广泛,目前有关铝土矿的反射光谱基础数据还非常匮乏。为了探究颗粒度对喀斯特型铝土矿反射光谱的影响规律,本文选取贵州省修文县小山坝喀斯特型铝土矿为研究对象,采用地物光谱仪测试不同颗粒度铝土矿(铝土岩)样品的可见光-近红外反射光谱,并结合铝土矿(铝土岩)主量元素和矿物组成分析讨论铝土矿与铝土岩的光谱差异。结果表明:小山坝铝土矿(铝土岩)由于矿物组成的不同而呈现显著不同的光谱特征,其中铝土矿的反射光谱特征主要与一水硬铝石一致,在1400nm和1800nm波长处有明显的波谷特征,由OH振动谱带所致;铝土岩的反射光谱特征主要与高岭石一致,在1400nm、1900nm、2160nm和2200nm波长处有显著的波谷特征,分别由OH倍频合频、H_(2)O的振动谱带以及Al-OH基团拉伸和弯曲振动的合频所致,且在2160~2200nm波段呈双吸收峰特征。此外,不同颗粒度铝土矿(铝土岩)的整体反射率均较高,最高超过28%,且变化趋势基本相同。随着颗粒度从<0.04mm增加到3mm,铝土矿和铝土岩的反射率均逐渐减小,且铝土矿特征波谷的整体吸收强度相对稳定,而铝土岩特征波谷的吸收强度呈逐渐增大的趋势。本文研究认为可采用小颗粒度的粉末样品在1800nm、1900nm、2160nm和2200nm波长处的特征光谱进行铝土矿和铝土岩的区分。 展开更多

关键词 铝土矿 铝土岩 颗粒度 可见光-近红外光谱 反射光谱特征

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可见光-近红外光谱预测粳稻食味的适应性研究 被引量：18

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作者 孟庆虹 李霞辉 +5 位作者 三上隆司 河野元信 卢淑雯 程爱华 姚鑫淼 关海涛 《中国粮油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期90-94,99,共6页

利用黑龙江省、吉林省、辽宁省和江苏省的88份常规粳稻品种,建立了适合中国粳稻食味评价的可见光-近红外光谱预测模型。感官食味试验采用小样品感官试验综合评分法,其相关性分析和逐步回归结果表明,感官综合评分与气味、色泽、外观完整... 利用黑龙江省、吉林省、辽宁省和江苏省的88份常规粳稻品种,建立了适合中国粳稻食味评价的可见光-近红外光谱预测模型。感官食味试验采用小样品感官试验综合评分法,其相关性分析和逐步回归结果表明,感官综合评分与气味、色泽、外观完整性、味道、口感均呈极显著正相关。通过粳稻感官食味评分值与可见光-近红外光谱值的回归分析,得到7个自变量（4个波长的吸光度、碎米率、裂纹米率和香气系数）的预测回归方程,其相关系数R均达到0.699~0.799的极显著相关,经验证该预测回归方程能够较好的预测粳稻的米饭食味品质。 展开更多

关键词 粳稻 米饭 感官试验 可见光-近红外光谱

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非接触式可见光-近红外光谱法快速预测天然高分子材料表面粗糙度的研究 被引量：3

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作者 杨忠 刘亚娜 +1 位作者 吕斌 张毛毛 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期682-685,共4页

利用触针式轮廓法测量了天然高分子材料木材的表面粗糙度,并对可见光-近红外光谱与实测表面粗糙度参数之间的相关性进行研究,探讨了非接触式光谱法快速预测天然高分子材料表面粗糙度的可行性。结果表明:(1)样品三个切面的可见光-近红外... 利用触针式轮廓法测量了天然高分子材料木材的表面粗糙度,并对可见光-近红外光谱与实测表面粗糙度参数之间的相关性进行研究,探讨了非接触式光谱法快速预测天然高分子材料表面粗糙度的可行性。结果表明:(1)样品三个切面的可见光-近红外光谱(400～2 500nm)均可预测样品表面粗糙度,实测值与预测值相关系数可达0.92,其中利用样品横切面光谱所建的模型效果最好;(2)在分段光谱400～780nm,780～1 100nm,1 100～2 500nm,780～2 500nm,400～2 500nm范围内,所建模型表面粗糙度参数的实测值与预测值相关系数可达0.80以上,显著相关,其中400～2 500nm区域所建模型效果最好;(3)光谱预处理并不能提高模型预测效果,建议利用可见光-近红外光谱预测天然高分子材料表面粗糙度时采用原始光谱数据。 展开更多

关键词 天然高分子材料 木材 表面粗糙度 非接触式测量法 可见光-近红外光谱

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可见光-近红外光谱的低品位斑岩型铜矿反演模型 被引量：4

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作者 毛亚纯 丁瑞波 +1 位作者 刘善军 包妮沙 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期2474-2478,共5页

目前,国内外铜矿品位分析多以化学分析法为主,但由于化学分析法存在成本高、时间长和污染物残留等缺点,其相对配矿流程存在严重的滞后效应,致使尾矿铜含量过高,必然造成资源浪费。开展斑岩型铜矿可见光-近红外光谱特征与建模研究是解决... 目前,国内外铜矿品位分析多以化学分析法为主,但由于化学分析法存在成本高、时间长和污染物残留等缺点,其相对配矿流程存在严重的滞后效应,致使尾矿铜含量过高,必然造成资源浪费。开展斑岩型铜矿可见光-近红外光谱特征与建模研究是解决这一问题的有效途径。以121个乌山斑岩型铜矿的化学分析与光谱测试数据为数据源,分析了斑岩型铜矿可见光-近红外光谱特征,以主成分分析法(PCA)、局部线性嵌入算法(LLE)两种降维算法对原始光谱数据进行了处理,所降维数分别为3维和5维,同时利用遗传算法(GA)对原始光谱数据进行了波段选择,共选取了467个最佳波段。然后以BP神经网络为建模方法,并分别以92个和29个斑岩型铜矿可见光-近红外光谱数据作为建模样本和测试样本,建立了斑岩型铜矿可见光-近红外光谱的定量反演模型。利用原始数据所建模型的品位反演平均绝对误差为0.104%,利用主成分分析法、局部线性嵌入算法、遗传算法处理后的数据所建模型品位反演平均绝对误差分别为0.110%, 0.093%和0.045%,由此可见,利用主成分分析法处理后的数据所建模型品位反演精度较差,利用局部线性嵌入算法处理后的数据所建模型品位反演精度略有提高,而利用遗传算法处理后的数据所建模型品位反演精度有明显提高。研究结果表明,基于低品位斑岩型铜矿可见光-近红外光谱数据反演模型的品位分析具有一定的可行性,为我国低品位斑岩型铜矿的品位快速检测提供了一种有效的手段。 展开更多

关键词 斑岩型铜矿 可见光-近红外光谱 降维算法 遗传算法 反演模型

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可见光-近红外光谱的矽卡岩型铁矿反演模型 被引量：7

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作者 毛亚纯 温健 +3 位作者 付艳华 曹旺 赵占国 丁瑞波 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期68-73,共6页

铁矿资源是我国国民经济基础产业中的重要组成要素,在我国经济发展中有举足轻重的地位。铁矿品位的检定效率对铁矿石开采效率有重大影响。目前,铁矿石品位的化学分析检定法,不仅存在成本较高,化验周期长的问题,更主要的是其无法实现铁... 铁矿资源是我国国民经济基础产业中的重要组成要素,在我国经济发展中有举足轻重的地位。铁矿品位的检定效率对铁矿石开采效率有重大影响。目前,铁矿石品位的化学分析检定法,不仅存在成本较高,化验周期长的问题,更主要的是其无法实现铁矿品位原位测定,相对配矿流程存在滞后效应,无法有效降低矿石开采的损失贫化率;基于可见光-近红外光谱分析的铁矿品位原位测定技术是解决这一问题的有效途径。以225个红岭矽卡岩型铁矿测试样本的可见光-近红外光谱数据及化学分析数据为数据源,首先对原始数据进行了平滑处理,并分析了矽卡岩型铁矿可见光-近红外光谱特征,然后利用倒数对数、多元散射校正(MSC)两种预处理方法对平滑后的光谱数据进行处理,再分别以主成分分析法(PCA)、遗传算法(GA)两种降维算法对预处理前后的光谱数据进行了处理,获取了六种不同预处理组合算法处理后的数据源。其中以PCA降维算法所降维数分别为3维、3维、7维;以GA降维算法所降维数分别为477维、489维、509维。最后基于随机森林(RF)和极限学习机(ELM)建立了矽卡岩型矿石金属铁品位的定量反演模型,以决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)和平均相对误差(MRE)三个指标分别对模型的稳定性、精确度、可信度进行评价。结果表明,经MSC处理及PCA降维后的数据基于ELM算法建立的定量反演模型效果最优,其R^(2)可达0.99、RMSE为0.0057、MRE为2.0%,该方法所建模型对红岭矽卡岩型铁矿品位反演精度有明显的提升。对矽卡岩铁矿品位的实时、快速分析提供了一种有效的方法,对实现矽卡岩型铁矿的高效开采具有重要的现实意义。 展开更多

关键词 可见光-近红外光谱 矽卡岩铁矿 降维算法 预处理组合算法 定量反演模型

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基于可见光-近红外光谱的BIF磁性率确定方法研究 被引量：2

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作者 毛亚纯 王东 +1 位作者 王岳 刘善军 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期765-770,共6页

铁矿中磁性率是评价铁矿床工业价值和划分矿石工业类型的重要指标。传统的磁性率测定法存在工作量大、效率低、周期长的缺陷,成为经济、合理、高效开采铁矿资源的瓶颈问题。采用便携式地物光谱测试仪对辽宁省鞍钢集团鞍千矿业有限责任... 铁矿中磁性率是评价铁矿床工业价值和划分矿石工业类型的重要指标。传统的磁性率测定法存在工作量大、效率低、周期长的缺陷,成为经济、合理、高效开采铁矿资源的瓶颈问题。采用便携式地物光谱测试仪对辽宁省鞍钢集团鞍千矿业有限责任公司的BIF实验样品进行可见光-近红外光谱测试,分析了光谱特征,构建了比值指数(RI)、差值指数(DI)和归一化指数(NDI),并确定光谱指数与样品磁性率相关性最显著的敏感波段及对应的相关系数值;优选出与样品磁性率相关性最显著的比值指数(RI),构建实验样品磁性率的定量反演模型,并进行了验证。结果表明,三种光谱指数与样品磁性率敏感波段均位于935与1 050nm,且该波段处的相关系数均达到0.9以上,其中比值指数与样品磁性率的相关性最高;基于比值指数构建的实验样品磁性率定量反演模型的预测误差为0.038,反演磁性率与实测磁性率的判定系数(R2)为0.964 5,预测结果比较理想。为确定BIF的磁性率提供了一种新方法,该方法具有工作强度小、经济、高效、便捷的优点,且对遥感找矿具有一定指导意义。 展开更多

关键词 铁矿 可见光-近红外光谱 光谱指数 磁性率 定量反演

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基于可见光-近红外光谱的煤岩识别方法实验研究 被引量：4

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作者 徐良骥 孟雪莹 +1 位作者 韦任 张坤 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2135-2142,共8页

以淮南矿区谢桥矿和潘二矿的煤和岩石样本为研究对象,通过地物光谱仪采集样本反射率光谱曲线,同时检测样本氧化物含量、水分、灰分及挥发分含量,将样本的反射率光谱曲线和样本成分含量分别作为自变量,样本类别“煤”和“岩石”两种矿物... 以淮南矿区谢桥矿和潘二矿的煤和岩石样本为研究对象,通过地物光谱仪采集样本反射率光谱曲线,同时检测样本氧化物含量、水分、灰分及挥发分含量,将样本的反射率光谱曲线和样本成分含量分别作为自变量,样本类别“煤”和“岩石”两种矿物类型作为因变量,建立煤和岩石识别模型对煤和岩石进行二分类。该研究主要采用三种模型,分别为主成分分析结合支持向量机(PCA-SVM)、主成分分析结合BP神经网络(PCA-BP)模型和核主成分分析结合支持向量机(KPCA-SVM)模型。结果表明,基于可见光近红外光谱的三个模型中,核主成分分析结合支持向量机模型的识别精度最高,建模平均精度为95.5%,验证平均精度约为90.56%;基于样本成分的三个模型中,核主成分分析结合支持向量机模型的识别精度最高,建模平均精度为98.5%,验证平均精度约为95%。 展开更多

关键词 可见光-近红外光谱 主成分分析 核主成分分析 支持向量机 BP神经网络

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颗粒度对不同煤种可见光-近红外光谱的影响 被引量：2

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作者 张超 刘善军 +3 位作者 易文华 谢子超 刘博雄 岳衡 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期3858-3863,共6页

煤炭是我国最主要的能源,在开采、运输、洗选加工、精煤储运等过程中都需要及时了解煤的成分、含量以及混矸程度,以便掌握和监控煤炭质量。目前,基于可见光-近红外反射光谱的煤炭原位测试技术已经成为一个研究热点。颗粒度是影响光谱特... 煤炭是我国最主要的能源,在开采、运输、洗选加工、精煤储运等过程中都需要及时了解煤的成分、含量以及混矸程度,以便掌握和监控煤炭质量。目前,基于可见光-近红外反射光谱的煤炭原位测试技术已经成为一个研究热点。颗粒度是影响光谱特征的重要因素,开展颗粒度对不同煤种反射光谱特征的影响研究,对于深刻认识煤的光谱特征,进而提高煤光谱识别精度具有重要意义。为此,选取我国主要煤炭富集区(包括内蒙古乌海、新疆哈密、山西阳泉)的褐煤、烟煤、无烟煤为研究对象,利用SVC HR-1024光谱仪对不同颗粒度煤样的可见光-近红外光谱进行测试,分析了颗粒度对煤样光谱反射率的影响规律,以及颗粒度对于不同煤种光谱影响的差异。在此基础上,对实验现象背后的物理机理进行了分析讨论。研究表明,变质程度不同的煤反射光谱特征基本相似,即在可见光波段反射率较低且随波长增加出现缓慢下降趋势,在近红外波段快速上升。当煤样颗粒度>0.10 mm时,颗粒度大小对光谱特征的影响较小,煤样反射光谱特征随颗粒度变化规律不明显;当颗粒度<0.10 mm时,颗粒度对煤样的光谱影响增大,且影响主要体现在近红外波段的反射率光谱曲线的斜率大小,颗粒度越小,光谱反射率曲线斜率越大。0.10 mm颗粒度可作为颗粒度对煤的光谱特征影响的敏感界限。不同煤种可见光-近红外光谱曲线受颗粒度的影响程度不同,褐煤的影响最大,烟煤次之,无烟煤影响最小。实验表明,利用反射光谱进行煤质分析和煤种识别时需要考虑颗粒度的影响,同时,选择颗粒度小于0.10 mm的粉末状样品效果要好于大颗粒或块状样品。 展开更多

关键词 煤 颗粒度 可见光-近红外光谱 反射率

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水稻土可见-近红外-中红外光谱特性与有机质预测研究 被引量：15

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作者 陈颂超 彭杰 +3 位作者 纪文君 周银 何积秀 史舟 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1712-1716,共5页

土壤有机质是农田肥力评估的重要指标,要实现快速获取大面积土壤有机质的含量需要建立高效、稳健的预测模型。光谱技术能够快速诊断土壤有机质,以水稻土为例,从校正样本选择方法的对比,研究了可见-近红外、中红外和可见-近红外-中红外... 土壤有机质是农田肥力评估的重要指标,要实现快速获取大面积土壤有机质的含量需要建立高效、稳健的预测模型。光谱技术能够快速诊断土壤有机质,以水稻土为例,从校正样本选择方法的对比,研究了可见-近红外、中红外和可见-近红外-中红外三种不同波段光谱对土壤有机质的预测能力。可见-近红外和中红外区域的光谱反射率转换成吸收率后通过Savitzky-Golay平滑法去噪,通过三种校正样本选择方法建立相应的偏最小二乘回归预测模型。通过Rank-KS法建立的三种波段的有机质预测模型均优于Rank法和KS法,中红外波段光谱的模型预测能力强于可见-近红外和可见-近红外-中红外波段的预测模型,基于RankKS法建立的中红外波段有机质预测模型取得了最好的预测效果,RMSEP仅为3.25g·kg^(-1),RPD达到4.24,依据VIP得分筛选出可见-近红外和中红外波段的水稻土有机质重要建模波段。因此,中红外光谱建模技术能够对水稻土有机质进行快速定量分析,Rank-KS法可提高模型的预测能力,为今后农田肥力评价和科学施肥提供技术支持。 展开更多

关键词 水稻土 有机质预测 可见光-近红外光谱 中红外光谱

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土壤有机质可见光–近红外光谱预测样本优化选择 被引量：14

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作者 肖云飞 高小红 李冠稳 《土壤》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期404-413,共10页

土壤有机质可见光-近红外光谱预测中建模样本的优化选择对提高有机质模型估算精度具有重要作用。本文以湟水流域土壤有机质为例,采用基于土壤单一属性信息考虑的建模样本选择方法:浓度梯度法、Kennard-Stone(KS)方法,以及基于土壤多种... 土壤有机质可见光-近红外光谱预测中建模样本的优化选择对提高有机质模型估算精度具有重要作用。本文以湟水流域土壤有机质为例,采用基于土壤单一属性信息考虑的建模样本选择方法:浓度梯度法、Kennard-Stone(KS)方法,以及基于土壤多种信息考虑的建模样本选择方法:Rank-KS(RKS)法、土壤类型结合浓度梯度法以及土壤类型结合KS法。通过偏最小二乘回归建模,探索可见光–近红外光谱预测青海湟水流域有机质的最优样本集。结果表明:不同级别样本数的最佳建模样本选择方法不同,整体表现为基于土壤多种信息挑选的建模样本集的模型精度相比土壤单一信息均较高,特别是KS方法结合土壤类型后的建模样本集模型精度明显提高且在样本数较少时更为明显。土壤类型可以优化建模样本选择方法提高模型预测精度。在保证固定验证样本模型预测精度的情况下,土壤类型参与建模样本的选择可以有效减少建模样本数,进而降低了建模成本。 展开更多

关键词 土壤有机质 可见光-近红外光谱 土壤类型 建模样本构建 湟水流域

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基于高光谱数据和Stacking集成学习算法的金矿品位快速反演

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作者 毛亚纯 夏安妮 +4 位作者 曹旺 刘晶 文杰 贺黎明 陈煊赫 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第7期2061-2067,共7页

金矿资源具有重要的经济和金融价值,不仅为国家提供了贵重的金属资源,推动经济增长,还在增强货币稳定性和国际金融市场中的避险能力方面具有现实意义。然而,当前矿山用于金矿品位测量的化学分析法尽管精确,但存在耗时长、成本高以及药... 金矿资源具有重要的经济和金融价值,不仅为国家提供了贵重的金属资源,推动经济增长,还在增强货币稳定性和国际金融市场中的避险能力方面具有现实意义。然而,当前矿山用于金矿品位测量的化学分析法尽管精确,但存在耗时长、成本高以及药剂污染等多种问题,无法实现基于实时品位信息的矿石品位与选矿方法的自动化调整。相比之下,可见光-近红外光谱分析法因其高效、绿色环保及原位测定等优势,逐渐成为估算矿区金属品位的有效替代方法。为此以中国辽宁省二道沟、凌源和排山楼三个金矿为研究区,共采集了389个金矿样本,以SVC便携式地物光谱仪测试的高光谱数据和化学分析数据为数据源。首先对原始光谱数据进行Savitzky-Golay平滑(SG)处理,并分析金矿的光谱特征,发现反射率与金品位具有一定相关性,且在455 nm处具有金的吸收特征,基于此,利用主成分分析法(PCA)、等距特征映射(ISOMAP)和局部线性嵌入(LLE)算法对原始光谱数据进行降维处理,对应降维结果的维数分别为6,5,5。最后基于随机森林(RF)、极端随机树(ET)、决策树(DT)、梯度提升树(GBDT)和自适应增强(Adaboost)、极端梯度提升树(XGBoost)和Stacking集成学习算法对降维后的数据建立了金品位预测模型。研究结果表明,Stacking集成学习方法在各方面性能均优于单一模型,其中LLE-Stacking组合模型的精度最高,预测值与真实值的R^(2)为0.972,RPD为5.935,平均相对误差为0.231。利用本方法可以快速准确预测矿粉中金的品位,相比于传统模型的品位反演精度有明显的提升,为矿山金品位的快速、原位测定提供了新的技术手段,对金矿的高效开采具有重要意义。 展开更多

关键词 金矿品位反演 可见光-近红外光谱 降维 Stacking集成学习

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中红外光谱土壤有机质含量估测研究进展 被引量：7

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作者 张霄羽 姚艳敏 颜祥照 《中国土壤与肥料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期327-336,共10页

中红外光谱波段(2.5~25μm)对土壤有机质内部分子振动高度敏感,基于中红外光谱技术的土壤有机质含量估测是土壤学科新兴的研究方向和热点。文章采用文献综述的方法,全面总结了土壤有机质含量中红外光谱估测方法的发展和应用,简述了中红... 中红外光谱波段(2.5~25μm)对土壤有机质内部分子振动高度敏感,基于中红外光谱技术的土壤有机质含量估测是土壤学科新兴的研究方向和热点。文章采用文献综述的方法,全面总结了土壤有机质含量中红外光谱估测方法的发展和应用,简述了中红外光谱响应与土壤有机质分子结构的相关性研究,对比分析了室内台式、手持式和机载中红外光谱设备估测土壤有机质含量的优势和局限性,比较分析了中红外、近红外、可见光-近红外光谱及其光谱组合估测土壤有机质含量的模型精度和稳定性,总结分析了基于中红外光谱技术的土壤有机质含量建模方法研究进展,以及土样制备、光谱数学变换、敏感波段选择等前处理对土壤有机质含量估测精度的影响研究,最后提出了土壤有机质含量中红外光谱估测存在的问题及发展趋势,为土壤有机质含量的测定工作提供参考。 展开更多

关键词 土壤有机质含量 估测 中红外光谱 可见光-近红外光谱 模型构建

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基于变量筛选的典型三江平原耕地土壤肥力属性光谱预测

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作者 姚成硕 王昌昆 +5 位作者 刘杰 郭志英 马海艺 袁自然 王晓盼 潘贤章 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第5期1422-1431,共10页

三江平原是东北黑土地的重要粮食产区,自开垦以来区域耕地土壤肥力下降明显。传统化学测量方法效率低,难以满足快速精准监测需求。光谱技术具有土壤肥力预测潜力,而已有研究中较少同时针对多种土壤肥力属性,且部分土壤肥力属性的预测精... 三江平原是东北黑土地的重要粮食产区,自开垦以来区域耕地土壤肥力下降明显。传统化学测量方法效率低,难以满足快速精准监测需求。光谱技术具有土壤肥力预测潜力,而已有研究中较少同时针对多种土壤肥力属性,且部分土壤肥力属性的预测精度偏低。本研究以三江平原典型耕地区域——友谊农场为研究区,采用可见光-近红外光谱,结合SG(Savitzky-Golay)光谱平滑、一阶微分、标准正态变换和多元散射校正四种光谱预处理方法及竞争性自适应重加权(CARS)波段筛选算法,采用偏最小二乘回归模型同时针对有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)四种土壤关键肥力属性进行预测,探讨光谱预测多种土壤肥力属性的潜力,并探索变量筛选在精度提升中的作用。结果表明:(1)未经变量筛选使用全波段(400~2400 nm)时,SOM和TN的预测精度较高,交叉验证R^(2)在不同光谱预处理方法间差异不大,分别介于0.85~0.89和0.86~0.89之间,TK的预测精度也相对较高,R^(2)介于0.63~0.72,而TP的预测精度较低,R^(2)介于0.08~0.34;(2)经CARS波段筛选后四种土壤肥力属性预测精度均有所提升,TP的提高幅度最大,SOM、TN、TP、TK的最优交叉验证R^(2)分别为0.97、0.96、0.82、0.92;(3)CARS变量筛选方法能够识别出SOM和TN相关特征官能团对应的波段,TN的预测同时采用其与SOM之间的关系和自身特征波段信息,TP的预测主要采用了土壤光谱信息,而TK则同时采用土壤光谱以及其与SOM和TN之间的关系。本研究证实了光谱技术在三江平原典型耕地区域同时进行多种土壤关键肥力属性预测的潜力,发现变量筛选能够显著提高不具备明显光谱特征土壤属性(TP)的预测精度,为黑土地土壤肥力快速监测提供参考。 展开更多

关键词 三江平原 土壤肥力属性 可见光-近红外光谱 变量筛选

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基于光谱技术的典型互花米草入侵湿地土壤属性预测研究

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作者 陈旭 曹思珩 +3 位作者 杨仁敏 陈秋宇 李建国 徐璐 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS 北大核心 2025年第1期197-203,共7页

为了高效监测互花米草入侵海岸带湿地生态系统的土壤属性变化,选取江苏省盐城湿地珍禽国家级自然保护区的一处典型互花米草入侵湿地作为研究区,利用随机分层采样方法选取15个样点,在3个深度(0~30、30~60、60~100 cm)共采集45个土壤样品... 为了高效监测互花米草入侵海岸带湿地生态系统的土壤属性变化,选取江苏省盐城湿地珍禽国家级自然保护区的一处典型互花米草入侵湿地作为研究区,利用随机分层采样方法选取15个样点,在3个深度(0~30、30~60、60~100 cm)共采集45个土壤样品,测定了土壤可见光-近红外反射光谱和10种土壤理化属性,研究了偏最小二乘和随机森林两种方法的预测能力,分析了不同光谱变换形式对预测精度的影响,探讨了入侵年限和土壤深度作为辅助预测变量的潜力。结果表明:(1)可见光-近红外光谱技术可以较好地预测有机碳、无机碳、全氮、含水量、pH、容重、盐分和黏粒等属性;(2)偏最小二乘回归法比随机森林法更适合监测互花米草入侵湿地的关键土壤理化属性,利用偏最小二乘法对土壤属性建立的预测模型精度(R^(2))在0.341~0.979之间,随机森林方法对土壤属性建立的预测模型精度(R^(2))最高为0.722;(3)基于原始光谱可以获得土壤全氮的最优预测模型(R^(2)为0.769,RMSE为0.091 g·kg^(-1)),而其他土壤属性的最优模型多是基于微分变换或倒数变换建立的模型,微分变换和倒数变换可以有效地提高模型预测精度;(4)模型预测精度在加入入侵年限和土壤深度两个变量后总体上有所提高,其中有机碳、全氮、盐分、pH和容重等属性的预测精度对这两个变量更为敏感,土壤有机碳最优模型的精度(R^(2))从0.794提高到0.806,pH最优模型的精度(R^(2))从0.838提升至0.884,盐分最优模型的精度(R^(2))从0.978提升至0.997。综上所述,可见光-近红外光谱技术在互花米草入侵湿地关键土壤理化属性预测方面具有明显的优越性,通过适当的光谱变换、变量筛选、模型选择等方面可以实现互花米草入侵湿地土壤变化的快速监测。 展开更多

关键词 互花米草入侵 可见光-近红外光谱 土壤监测 偏最小二乘法 随机森林 光谱变换

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基于鞍山式铁矿成像光谱的融合算法研究 被引量：1

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作者 毛亚纯 文杰 +4 位作者 曹旺 丁瑞波 王世佳 付艳华 徐梦圆 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2620-2625,共6页

铁矿资源是我国经济发展和社会进步的物质基础。在铁矿开采过程中,快速精准地确定铁矿品位,对矿山开采决策及经济效益具有重要影响。高光谱成像技术具有影像覆盖范围广、精度高等优势,已广泛应用于矿石分类及成分反演等领域。然而目前... 铁矿资源是我国经济发展和社会进步的物质基础。在铁矿开采过程中,快速精准地确定铁矿品位,对矿山开采决策及经济效益具有重要影响。高光谱成像技术具有影像覆盖范围广、精度高等优势,已广泛应用于矿石分类及成分反演等领域。然而目前高光谱成像传感器的波段范围主要为可见短近红外(Vis-SWIR)和近红外(NIR)两类,且两类数据多为独立获取,缺乏连续性,采用单一数据所建模型的精度往往偏低。因此融合多传感器所获光谱数据,可有效解决单一传感器波段范围小、包含目标特征波段少等问题,提高基于高光谱成像技术的铁矿品位反演精度。使用Pika L与Pika NIR-320高光谱成像仪,分别在Vis-SWIR与NIR两个波段范围内采集鞍山式铁矿的成像光谱数据,提出了基于互信息(MI)的光谱串联融合方法,该方法首先对两组光谱数据进行预处理,然后对处理后的数据进行互信息计算以此对光谱数据进行串联融合。最后分别以Vis-SWIR、NIR以及基于不同波段串联融合的光谱数据为数据源,建立RBF神经网络品位反演模型,并以融合前后光谱数据所建模型的准确性与精度为融合算法有效性的判别指标。结果表明,光谱数据串联融合后所建模型的准确性与精度高于单独使用Vis-SWIR、NIR光谱数据所建模型的准确性与精度。与基于其余波段串联融合的光谱数据相比,在基于互信息计算得出的959.89nm处串联融合后光谱数据所建模型的准确性与精度最高,R2为0.88,RPD为2.97,RMSE为4.464,MAE为3.32。该研究针对多传感器光谱融合提出了一种新思路,对成像光谱技术应用于铁矿品位反演具有现实指导意义。 展开更多

关键词 鞍山式铁矿 光谱融合 互信息 可见光-近红外光谱 径向基函数

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优化稀疏表示的迷彩伪装目标高光谱识别方法研究

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作者 徐景余 包妮沙 +3 位作者 郎洁双 刘善军 毛亚纯 贺黎明 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3534-3542,共9页

目前利用稀疏表示算法提取高光谱影像中伪装目标时,背景字典的选择受到伪装目标“异物同谱”的影响,导致无法准确检测伪装目标。为探索解决这一问题,以草地伪装网、荒漠伪装网为研究对象,分别采集伪装网可见光-近红外反射率光谱和机载... 目前利用稀疏表示算法提取高光谱影像中伪装目标时,背景字典的选择受到伪装目标“异物同谱”的影响,导致无法准确检测伪装目标。为探索解决这一问题,以草地伪装网、荒漠伪装网为研究对象,分别采集伪装网可见光-近红外反射率光谱和机载高光谱影像,分析室外测得的伪装网、机载影像中背景像元与伪装目标像元的光谱特征。利用室外测得的伪装网与机载影像中的背景光谱具有差异性、相邻像元属于同一地物可能性大的特点,提出基于欧式距离和影像同质性特征约束的背景字典选择方法,进一步利用背景字典稀疏表示方法识别目标。结果表明:(1)对于草地伪装:在750~1000 nm波长范围内,影像中背景像元光谱的反射率高于伪装网光谱的反射率。对于荒漠伪装:在550~700 nm范围内,影像中背景像元光谱反射率高于伪装网光谱的反射率。(2)通过建立与目标像元光谱欧式距离最大,且与邻域像元同质性最高的空谱特征约束条件,选取了草地伪装影像413个背景像元和荒漠伪装影像507个背景像元作为背景字典。(3)基于改进的背景字典选择方法,利用稀疏表示算法对伪装目标进行识别,结果可以精确判别伪装目标的位置与数量。对草地伪装目标与荒漠伪装目标检测的接受者操作特征的曲线下面积(AUC)分别达到了0.96和0.98,表明该算法针对草地伪装目标、荒漠伪装目标均具有良好的检测性能。 展开更多

关键词 机载高光谱 可见光-近红外光谱 伪装网 背景字典 稀疏表示

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基于可见光波段的燃烧与未燃烧矸石分类方法研究 被引量：3

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作者 宋亮 刘善军 +2 位作者 毛亚纯 王东 虞茉莉 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1148-1153,共6页

我国煤矿数量众多,分布广泛,大量堆积的煤矸石对矿区环境造成严重影响,其中部分煤矸石处理不当可能引发自燃和爆炸,对矿区安全构成直接威胁。根据煤矸石的燃烧状态可以分为燃烧矸石和未燃烧矸石两类,其存在的安全隐患和对环境的危害性... 我国煤矿数量众多,分布广泛,大量堆积的煤矸石对矿区环境造成严重影响,其中部分煤矸石处理不当可能引发自燃和爆炸,对矿区安全构成直接威胁。根据煤矸石的燃烧状态可以分为燃烧矸石和未燃烧矸石两类,其存在的安全隐患和对环境的危害性有所不同,同时其综合利用的途径亦不相同。因此,对煤矸石进行燃烧矸石和未燃烧矸石的分类识别与监测就显得尤为重要。目前的监测方法主要为实地勘查调研,其效率低、成本高,难以满足煤矸石监测的实际需求。选择辽宁省铁法矿区作为研究区,首先从矿区矸石山现场采集典型的煤矸石样本106个;然后,利用SVC HR1024光谱仪测试其可见光-近红外光谱,分析燃烧和未燃烧矸石的光谱特征,并基于可见光波段构建光谱指数NDGI,用于识别燃烧矸石和未燃烧矸石。选择实验室测试的光谱数据和实际卫星遥感数据对该指数进行了验证,并与随机森林法进行对比。结果显示:在350～760 nm燃烧矸石光谱曲线斜率整体较高,在550～630 nm反射率存在陡升现象,而未燃烧矸石在整个可见光波段光谱曲线斜率较低;以0.25作为NDGI指数阈值,可以很好地将燃烧矸石和未燃烧矸石区分开来,实验室样本验证结果显示, NDGI指数的分类精度可达99.1%,高于随机森林分类法的95.2%;现场的验证结果表明,使用铁法矿区的landsat8 OLI数据,并基于NDGI指数对矿区内的矸石山进行燃烧和未燃烧区域识别划分,所提取的燃烧和未燃烧矸石在形态和大小上与Google Earth具有很好地一致性,表明该指数对于矸石的燃烧状态具有很好识别效果。在上述研究基础上,分别取燃烧和未燃烧矸石进行矿物鉴定,通过对比矸石燃烧前后矿物种类的变化,分析造成燃烧和未燃烧矸石的光谱特征差异的原因。结果表明:燃烧使矸石中的Fe^(2+)被氧化为Fe^(3+)。Fe^(3+)的大量增加造成光谱曲线在550nm处形成明显的波谷特征,在整个燃烧过程中生成的玻璃质在750nm处形成高反射率,二者综合造成燃烧和未燃烧矸石的NDGI指数差异。研究结果为煤矿区燃烧和未燃烧矸石的区分识别提供了一种快速、高效、较为准确的实用方法。 展开更多

关键词 遥感 可见光-近红外光谱 矸石 分类

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不同含水量尾砂的光谱特征与遥感模型 被引量：3

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作者 虞茉莉 刘善军 +3 位作者 宋亮 黄建伟 李天子 王东 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期3096-3101,共6页

我国尾矿库数量众多,分布广泛,在低含水量条件下,风力作用引起的尾砂扬尘会对周边环境造成污染。而尾矿库表面积大,含水量变化快,传统的含水量监测方法效率低、安全性差、成本高,难以实现尾矿库含水量的大面积、实时、快速的监测。目前... 我国尾矿库数量众多,分布广泛,在低含水量条件下,风力作用引起的尾砂扬尘会对周边环境造成污染。而尾矿库表面积大,含水量变化快,传统的含水量监测方法效率低、安全性差、成本高,难以实现尾矿库含水量的大面积、实时、快速的监测。目前,基于光谱特征的遥感模型虽可以较为准确地预测土壤含水量,但矿区尾砂与常规土壤在成分上存在差异性,使得土壤含水量的光谱预测遥感模型可能无法适用于尾矿库含水量的预测。为此,选择辽宁省风水沟尾矿库作为研究区,采集尾砂配置成不同含水量的样品,测试其可见光-近红外光谱,分析不同含水量样品的光谱特征以及含水量与光谱特征之间的关系,建立针对尾砂的含水量遥感预测模型,并应用于辽宁省风水沟尾矿库表面含水量的预测。结果表明:(1)含水量对尾砂的光谱特征有显著影响,二者存在高度的相关性,光谱反射率随含水量增加而下降,且波长越长,含水量对光谱的影响越显著;(2)构建了基于尾砂光谱特征的含水量遥感预测模型,选择Landsat8-OLI传感器的B6和B7波段,定义了比值指数(RTI)、归一化差异指数(NDTI)和差值指数(DTI)3种尾砂光谱指数,并将这3种指数作为输入自变量,使用随机森林方法进行训练以及含水量的建模预测,并与B7波段建立的对数反射率预测模型进行比较。结果表明,光谱指数+随机森林的预测模型效果优于基于B7波段建立的对数反射率模型。(3)使用光谱指数+随机森林的预测模型,通过Landsat8-OLI数据对实地尾矿库提取了含水量的空间分布图,结果表明模型预测的含水量与实测结果之间的决定系数R2达0.798,均方根误差RMSE为0.077,相对分析误差RPD为1.970,平均相对精度ARE为20.1%,在现有技术条件下,达到了较好的预测效果。该研究为变质型铁矿尾矿库含水量的预测提供一种大面积、实时、快速的实用方法。 展开更多

关键词 可见光-近红外光谱 尾砂 含水量 预测

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应用区域光谱库及分段滤波方法改进矿物识别精度的研究 被引量：3

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作者 王亚军 蔺启忠 +1 位作者 王钦军 李帅 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期2065-2069,共5页

针对当前利用高光谱数据进行矿物识别精度较低的问题,根据研究区地质背景建立区域端元光谱库,提出了对原始光谱进行分段滤波的预处理方法。首先应用连续统快速傅里叶变换方法分别去除2 000～2 200nm,2 250～2 300nm,2 350～2 500nm范围... 针对当前利用高光谱数据进行矿物识别精度较低的问题,根据研究区地质背景建立区域端元光谱库,提出了对原始光谱进行分段滤波的预处理方法。首先应用连续统快速傅里叶变换方法分别去除2 000～2 200nm,2 250～2 300nm,2 350～2 500nm范围内的随机噪声,之后利用加入区域端元库的矿物快速定量提取模型提取预处理后光谱中的矿物类型。本方法识别矿物的最高有效率为80%,正确率最高可达67%。与未滤波的光谱识别结果对比,平均正确率提高了17.7%,平均有效率提高了5.1%;与全波段滤波的光谱识别结果对比,平均正确率提高了5.8%,平均有效率提高了39.8%,可保证在尽量多识别出正确矿物的基础上有效减少结果中的错误组分数,改进了矿物识别的精度,对野外快速提取矿物信息等工作有重要意义。 展开更多

关键词 可见光-近红外光谱 矿物识别 区域端元库 滤波

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典型伪装材料高光谱特征及识别方法研究 被引量：7

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作者 胡怡斌 包妮沙 +2 位作者 刘善军 毛亚纯 宋亮 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期297-302,共6页

针对某些特定环境下,伪装目标和背景目标出现的“异物同谱”现象,传统的可见光及多光谱遥感伪装识别存在局限性,为此,将高光谱应用到典型伪装材料的特征分析与识别。以北方地区常用丛林迷彩伪装网为研究对象,利用SVC HR1024光谱仪获取... 针对某些特定环境下,伪装目标和背景目标出现的“异物同谱”现象,传统的可见光及多光谱遥感伪装识别存在局限性,为此,将高光谱应用到典型伪装材料的特征分析与识别。以北方地区常用丛林迷彩伪装网为研究对象,利用SVC HR1024光谱仪获取其不同浸水时间的可见光-近红外光谱,通过光谱相似性度量和包络线去除处理,分析揭示不同浸水条件下伪装网和北方典型植被光谱特征和敏感波段,并基于近红外波段构建光谱比值指数RCI,用于识别绿色植被环境中的伪装目标,最后通过高光谱成像实验获取仿真伪装环境高光谱图像,并利用高光谱图像对识别效果进行验证。结果显示:(1)不同浸水时间的丛林迷彩伪装网的光谱曲线基本形态相似,且反射率随浸水时间的增加而整体呈下降趋势;1900 nm波段是伪装网反射光谱对含水量响应最为明显的波段,其光谱特征会因浸水处理而相似于植被,相似度从0.895提高到了0.939。(2)丛林迷彩伪装网和植被在可见光波段的相似度较高,光谱波动情况相似,但在近红外波段光谱特征差异明显。通过包络线统去除分析得出970,1190和1440 nm波段附近处是丛林迷彩伪装网识别的敏感波段,且基于迷彩伪装网和各植被在900~1900 nm波段范围内存在的2处明显反射率斜率的差异,构建了伪装网识别特征指数RCI_(1)(R_(1190)/R_(1270))和RCI_(2)(R_(1270)/R_(1440))。(3)基于RCI指数构建决策树分类模型,可以快速有效的将伪装目标从绿色植被背景中提取出来。实验结果表明,基于RCI指数对伪装目标区域进行识别提取,所得结果在形态和大小上与原影像具有较好地一致性,识别精度可达95%,表明该指数对于伪装目标具有较好的识别效果。 展开更多

关键词 高光谱 可见光-近红外光谱 伪装网 光谱指数 分类识别

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