土壤有機質(zhì)高光譜灰色關聯(lián)度估測模型研究.pdf

1、有機質(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)的正常運行均有重要作用。傳統(tǒng)的土壤有機質(zhì)測定方法以采樣--化驗為主要手段，雖然精度較高，但費時耗力，不易實施。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微的反射光譜信息，從而實現(xiàn)對地物的準確識別與反演，對于作物長勢監(jiān)測、土地利用評價以及精準農(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個土樣的有機質(zhì)含量及其室外反射光譜為研究對象，基于土

2、壤有機質(zhì)光譜反演中的灰色特性，利用灰色系統(tǒng)理論，建立了土壤有機質(zhì)高光譜灰色估測模型，對土壤有機質(zhì)含量進行估測，通過與經(jīng)典估測方法進行對比，驗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、包絡線去除等10種光譜變換技術(shù)對光譜進行變換，通過原始及變換光譜與土壤有機質(zhì)含量的相關分析確定了有機質(zhì)敏感波段，并利用極大相關性原則提取

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)能明顯提高有機質(zhì)與反射光譜在可見光與近紅外的相關性，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質(zhì)的相關性；有機質(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三個水分吸收波段附近；選取的5個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，相關性均大于0.55。
　?。?）建立了土壤有機質(zhì)高光譜灰色估測模型
　　基于土壤有機質(zhì)估測中的灰色特性和光譜特征因子的非時間序列特性，借助灰色系統(tǒng)理論，利用特征因子與因變量的相關系數(shù)和特征因子的標準差構(gòu)造權(quán)重，對關聯(lián)度進行改進，得到加權(quán)距離灰色關聯(lián)度和灰色加權(quán)關聯(lián)度；而后利用識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聯(lián)估測模型，并在此基礎上利用修正值殘差的標準差將

5、點值估測拓展為區(qū)間估測；最后與多元線性回歸、BP神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機模型進行了比較。結(jié)果表明，加權(quán)距離灰色關聯(lián)度和灰色加權(quán)關聯(lián)度均可用于土壤有機質(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，反映有機質(zhì)的動態(tài)變化特性；5種模型的點值估測中，具有殘差修正的灰色加權(quán)關聯(lián)度模型和具有殘差修正的加權(quán)距離灰色關聯(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，平均相對誤差為12.9