【摘要】：在田間利用高光譜技術(shù)監(jiān)測(cè)土壤含水率(Soil Moisture Content,SMC)成為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究的熱點(diǎn)之一,但農(nóng)田原狀光譜受到土壤表層屬性如表面粗糙度、質(zhì)地、微聚體和其它環(huán)境因素的影響,且小尺度區(qū)域SMC空間差異較小,增加了SMC光譜信息的提取難度,導(dǎo)致SMC的估算精度較低;基于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)經(jīng)過(guò)篩制備的土壤樣品的光譜數(shù)據(jù)建模,雖然模型精度較高,但人為改變土壤結(jié)構(gòu)和緊實(shí)度的預(yù)處理方式無(wú)法表征農(nóng)田SMC的實(shí)際狀況.因此,該文嘗試提出一種耦合土樣原狀光譜數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)估算農(nóng)田SMC的新方法.通過(guò)獲取江漢平原潮土土樣的原狀光譜反射率(Rund)和烘干光譜反射率(Rdry);基于Rdry確定研究區(qū)同一土壤類型在烘干狀態(tài)下(SMC為0)的標(biāo)準(zhǔn)光譜(Std-R);采用差值、比值、歸一化的方法耦合Rund和Std-R,得到耦合光譜(Cpl-RS、CplRD、Cpl-RN);提取耦合光譜中水分敏感波段的光譜(Moe-RS、Moe-RD、Moe-RN),基于偏最小二乘回歸方法(PLSR)建立SMC的估算模型.結(jié)果表明,標(biāo)準(zhǔn)光譜具有良好的代表性,能夠?yàn)楣庾V耦合提供統(tǒng)一且穩(wěn)定的背景值;耦合土樣的原狀光譜和標(biāo)準(zhǔn)光譜可以有效地削減土壤水分以外其它因素對(duì)土壤高光譜觀測(cè)的影響;利用耦合光譜的水分敏感波段建立的SMC估算模型相較基于Rund建立的模型,有效降低了模型的復(fù)雜度,精度有較大程度地提升,建模集R2c從0.46最高上升至0.61,驗(yàn)證集R2p從0.49最高上升至0.71,RPD值從1.39最高上升至1.72,模型的穩(wěn)定性、擬合度和預(yù)測(cè)能力都得到提升.該方法簡(jiǎn)單、易推廣,為快速準(zhǔn)確評(píng)估農(nóng)田墑情提供了新途徑.
[Abstract]:Using hyperspectral technique to monitor soil moisture content (Soil Moisture) has become one of the hotspots in precision agriculture, but the field undisturbed spectrum is affected by soil surface properties such as surface roughness, texture, micropolymer and other environmental factors. The spatial difference of SMC in small scale region is small, which increases the difficulty of extracting SMC spectral information, which leads to the low estimation accuracy of SMC, which is based on the spectral data of soil samples prepared by sieve in laboratory, although the model accuracy is high. However, the artificial change of soil structure and compactness could not represent the actual condition of farmland SMC. Therefore, this paper attempts to propose a new method for estimating farmland SMC by coupling soil sample undisturbed spectral data and standard spectral data. The standard spectral reflectance (Std-R) of the same soil type (SMC = 0) in the study area was determined by obtaining the undisturbed spectral reflectance (Rund) and stoving spectral reflectance (Rdry);) of the fluvo-soil samples in Jianghan Plain based on Rdry. The normalized method coupled Rund and Std-RN to obtain the coupled spectrum (Cpl-RSn CplRDX Cpl-RN), and to extract the water sensitive band spectrum (Moe-RS) of the coupled spectrum (Moe-RS). The estimation model of SMC was established based on the partial least square regression method (PLSR). The results show that the standard spectrum is representative and can provide a uniform and stable background value for spectral coupling. The effects of other factors other than soil moisture on soil hyperspectral observation can be effectively reduced by the undisturbed spectra and standard spectra of coupled soil samples, and the SMC estimation model based on the water sensitive band of coupled spectra is more effective than that based on Rund. The complexity of the model is reduced and the precision is improved greatly. The model set R2c rises from 0.46 to 0.61and the verification set R2p from 0.49 to 0.71 RPD from 1.39 to 1.72. The stability, fitness and prediction ability of the model are improved. The method is simple and easy to be popularized, which provides a new way for rapid and accurate evaluation of farmland moisture.
【作者單位】： 華中師范大學(xué)地理過(guò)程分析與模擬湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;華中師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院;南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41401232,41271534) 中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(CCNU15A05006)
【分類號(hào)】：S152.7

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李國(guó)芳,夏自強(qiáng),郝振純,蔣洪庚,陳海芳;田間土壤含水率的統(tǒng)計(jì)特性分析[J];河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年01期

2 雷少剛;卞正富;;探地雷達(dá)測(cè)定土壤含水率研究綜述[J];土壤通報(bào);2008年05期

3 曾慶欣;李曉東;李光林;;基于太陽(yáng)能的土壤含水率遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀研制[J];農(nóng)機(jī)化研究;2012年08期

4 殷哲;雷廷武;晏清洪;陳展鵬;董月群;莊曉暉;;土壤含水率對(duì)近紅外傳感器標(biāo)定模型的響應(yīng)研究[J];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2013年06期

5 王作華 ,鄭會(huì)君;保護(hù)性耕作農(nóng)田地溫及土壤含水率測(cè)試分析[J];農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化;2003年04期

6 徐效軍;張鷹;;土壤含水率與光譜反射率的灰色關(guān)聯(lián)分析[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2006年07期

7 鮑一丹;何勇;方慧;Annia Garcia Pereira;;土壤的光譜特征及氮含量的預(yù)測(cè)研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2007年01期

8 張榮標(biāo);何加祥;吳濤;馮友兵;;基于圖像處理的土壤表層含水率在線檢測(cè)方法研究[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2007年10期

9 楊紹輝;王一鳴;孫凱;;基于土壤含水率垂向變化規(guī)律的水分傳感器布設(shè)[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2008年05期

10 張智韜;李援農(nóng);楊江濤;常慶瑞;;遙感監(jiān)測(cè)土壤含水率模型及精度分析[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2008年08期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 陳海波;冶林茂;范玉蘭;;三種土壤含水率測(cè)量方法的綜合對(duì)比分析[A];中國(guó)氣象學(xué)會(huì)2007年年會(huì)氣象綜合探測(cè)技術(shù)分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2007年

2 洪昌紅;黃本勝;邱靜;王珍;楊靜學(xué);徐敬華;;幼生桉表層土壤含水率變化研究[A];中國(guó)水利學(xué)會(huì)2013學(xué)術(shù)年會(huì)論文集——S1水資源與水生態(tài)[C];2013年

3 于海燕;康紹忠;;西北旱區(qū)葡萄園土壤含水率空間變異性研究[A];現(xiàn)代節(jié)水高效農(nóng)業(yè)與生態(tài)灌區(qū)建設(shè)（下）[C];2010年

4 許秀英;甘龍輝;陶冶;黃操軍;;基于遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的土壤含水率預(yù)測(cè)[A];中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

5 周瑞平;王靜;海春興;;毛烏素沙地采煤塌陷程度對(duì)土壤含水率的影響研究[A];黃河流域資源環(huán)境與生態(tài)文明建設(shè)學(xué)術(shù)研討會(huì)交流材料[C];2011年

6 程星;於芳;;喀斯特土壤水分變化研究[A];中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)工程地質(zhì)專業(yè)委員會(huì)、貴州省巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)2005年學(xué)術(shù)年會(huì)暨“巖溶·工程·環(huán)境”學(xué)術(shù)論壇論文集[C];2005年

7 韓奎學(xué);吳景峰;;土壤凝結(jié)水變化規(guī)律的初步探討[A];中國(guó)水利學(xué)會(huì)第四屆青年科技論壇論文集[C];2008年

8 王杰;劉珂;任紅玲;唐曉玲;李健;;吉林省春季農(nóng)田土壤水分特征及影響因素分析[A];第28屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)——S11氣象與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)[C];2011年

9 申向東;王曉飛;姬寶霖;王麗萍;;干寒區(qū)土壤抗風(fēng)蝕能力的特征初步研究[A];第十三屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅱ冊(cè)）[C];2004年

10 單夢(mèng)穎;楊永剛;高登成;丁洪波;項(xiàng)希希;吳兆錄;;云南省中部三種森林土壤含水率、容重和細(xì)根重及其垂直分布[A];山地環(huán)境與生態(tài)文明建設(shè)——中國(guó)地理學(xué)會(huì)2013年學(xué)術(shù)年會(huì)·西南片區(qū)會(huì)議論文集[C];2013年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前5條

1 劉錕鋒;8月份降水較歷年同期偏少53%[N];青島日?qǐng)?bào);2009年

2 本報(bào)記者 裴興斌;快快行動(dòng)抗旱保苗[N];寶雞日?qǐng)?bào);2010年

3 金泉才邋李學(xué)共 王力;我省大部地區(qū)土壤封凍前期墑情較好[N];青海日?qǐng)?bào);2008年

4 YMG記者 姜曉　通訊員 王廷利 孟令遠(yuǎn);今年土地“口干”人不渴[N];煙臺(tái)日?qǐng)?bào);2012年

5 魯建民;土壤墑情如何？[N];酒泉日?qǐng)?bào);2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 武敏;遼西褐土溝灌侵蝕過(guò)程研究[D];沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

2 馬玉瑩;精確測(cè)量土壤水的體積置換方法研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

3 成劍波;基于C/N調(diào)節(jié)的沼液灌溉土壤氮淋溶控制研究[D];西南大學(xué);2016年

4 孫宇瑞;非飽和土壤介電特性測(cè)量理論與方法的研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué);2000年

5 胡慶榮;含水含鹽土壤介電特性實(shí)驗(yàn)研究及對(duì)雷達(dá)圖像的響應(yīng)分析[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（遙感應(yīng)用研究所）;2003年

6 李濤;西北旱區(qū)葡萄園土壤含水率與土壤屬性空間變異及其對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

7 楊德軍;基于SPAC系統(tǒng)的土壤水動(dòng)力學(xué)模型研究[D];浙江大學(xué);2009年

8 郁曉慶;無(wú)線地下傳感器網(wǎng)絡(luò)電磁波在土壤介質(zhì)中的傳輸研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2013年

9 馮杰;水及溶質(zhì)在有大孔隙的土壤中運(yùn)移機(jī)制研究[D];河海大學(xué);2001年

10 張志宇;土壤墑情預(yù)報(bào)與作物灌溉制度多目標(biāo)優(yōu)化[D];河北農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 孫秀路;施肥條件下波涌灌溉田間水氮分布特性研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2015年

2 張廷強(qiáng);水分在土壤—甘蔗連續(xù)體內(nèi)運(yùn)移特征研究[D];河北工程大學(xué);2015年

3 張軍;番茄根系層分布與土壤水分變化區(qū)域間的關(guān)系研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心）;2015年

4 張陽(yáng);基于無(wú)線地下傳感器的土壤含水率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

5 李占成;基于GPRS的土壤墑情遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

6 曹鼎峰;土壤含水率分布式光纖測(cè)量試驗(yàn)研究[D];南京大學(xué);2014年

7 岳勝如;基于NDVI分區(qū)的內(nèi)蒙古牧區(qū)土壤含水率遙感監(jiān)測(cè)方法分析及應(yīng)用研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

8 盛思遠(yuǎn);遼中棕壤區(qū)不同作物土壤抗剪強(qiáng)度研究[D];沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

9 吳春東;凍融期不同秸稈覆蓋厚度下土壤水熱動(dòng)態(tài)變化規(guī)律研究[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

10 賈瑋;基于支持向量機(jī)的探地雷達(dá)測(cè)定土壤含水率的研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2016年

，

本文編號(hào)：2149351