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粮食主产区耕地土壤重金属高光谱综合反演模型 被引量:41
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作者 张秋霞 张合兵 +2 位作者 张会娟 王新生 刘文锴 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期148-155,共8页
粮食主产区的耕地土壤重金属污染已成为影响粮食安全和人居环境安全的突出问题。高光谱遥感技术为快速高效获取土壤重金属含量提供了新的途径,也为土壤总金属污染的监测和防治提供了技术保障。以河南省粮食主产区新郑市为研究对象,共采... 粮食主产区的耕地土壤重金属污染已成为影响粮食安全和人居环境安全的突出问题。高光谱遥感技术为快速高效获取土壤重金属含量提供了新的途径,也为土壤总金属污染的监测和防治提供了技术保障。以河南省粮食主产区新郑市为研究对象,共采集191个耕地土壤样品,利用Rank-KS法划分为144个建模集样本和47个验证集样本;在室内利用ASD Field Spec 3型地物光谱仪获取土壤高光谱数据,对耕地土壤样品在400~2 400 nm的光谱反射率与Cr、Cd、Zn、Cu、Pb 5种重金属元素进行相关性分析,筛选出5种重金属均通过P=0.01显著性检验的共用高光谱特征波段作为反演模型的自变量;采用基于OLS的固定影响变系数面板数据模型,对新郑市144个建模集样本的5种土壤重金属面板数据构建高光谱综合反演模型。结果表明:面板数据模型整体显著,拟合优度较高(R^2=0.993 7,F统计量为1 365.94)。模型精度检验Cu的相对分析误差为2.046,Pb的相对分析误差为3.432,都具有较好的预测精度;Cr、Cd、Zn的相对分析误差在1.4~1.8之间,具有一般的定量预测能力。面板数据模型通过一次建模综合反演多种土壤重金属,计算简便、速度快,可以用于新郑市耕地土壤重金属的高光谱快速监测。 展开更多
关键词 耕地 土壤重金属 粮食主产区 高光谱 综合反演模型 面板数据模型
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河套灌区土壤水溶性盐基离子高光谱综合反演模型 被引量:27
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作者 孙亚楠 李仙岳 +2 位作者 史海滨 崔佳琪 王维刚 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期344-355,共12页
为了提高野外高光谱反演土壤水溶性盐基离子的精度,以河套灌区永济灌域盐渍化土壤为研究对象,构建了基于光谱变换、特征波段、特征光谱指数筛选以及支持向量机(SVM)的机器学习相结合的高光谱综合反演模型。结果表明,经预处理的原始光谱... 为了提高野外高光谱反演土壤水溶性盐基离子的精度,以河套灌区永济灌域盐渍化土壤为研究对象,构建了基于光谱变换、特征波段、特征光谱指数筛选以及支持向量机(SVM)的机器学习相结合的高光谱综合反演模型。结果表明,经预处理的原始光谱反射率与土壤离子相关性总体较低,最大相关系数仅为0.18,原始光谱反射率与土壤离子的相关系数由大到小依次为Ca^(2+)、SO_4^(2-)、Mg^(2+)、全盐量、Na^++K^+、Cl^-。全盐量、Na^++K^+、Cl^-、SO_4^(2-)、Ca^(2+)、Mg^(2+)的光谱最优变换形式分别为(1/R)″、(1/R)″、(lnR)'、(lnR)″、R'、(lnR)″,敏感波段(P<0.01)数分别为41、7、9、65、76、28个,利用逐步回归法在敏感波段中筛选出特征波段,基于特征波段建立的回归模型中各离子的决定系数R^2平均值为0.35,均方根误差RMSE平均值为0.87 g/kg,其中SO_4^(2-)拟合精度最高,R^2为0.52,Ca^(2+)拟合精度最低,R^2仅为0.20。将特征波段代入光谱指数中,结合逐步回归法确定了Mg^(2+)特征光谱指数为3个,全盐量特征光谱指数为2个,Na^++K^+、SO_4^(2-)、Ca^(2+)特征光谱指数分别为1个,与仅考虑特征波段的回归模型相比,特征波段+特征光谱指数结合后各离子回归模型的R^2平均提高了58.67%,RMSE降低了24.60%,其中SO_4^(2-)拟合精度最高,R^2为0.74,RMSE为0.47 g/kg。考虑了特征波段+特征光谱指数的SVM模型相比仅考虑特征波段的SVM模型,其预测能力有了明显提高,各离子相对分析误差(RPD)平均提高了110.27%,训练集R^2平均提高了37.54%,RMSE平均降低了40.12%,验证集R^2平均提高了56.04%,RMSE平均降低了39.39%。SO_4^(2-)的RPD达到3.000,模拟效果最优,具备很好的预测能力;全盐量模型具有很好的定量预测能力,Mg^(2+)模型可用于评估或相关性方面的预测,Na^++K^+、Ca^(2+)的模型具有区别高低值的能力。 展开更多
关键词 水溶性盐基离子 光谱变换 特征波段 特征光谱指数 支持向量机 综合反演模型
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