土壤中的氧化鐵來自母質(zhì)風(fēng)化產(chǎn)物的再淀積,按化學(xué)方法可以分為游離氧化鐵(Fed)和無定形氧化鐵(Feo),土壤氧化鐵含量的高低可以作為土壤系統(tǒng)分類中判斷土壤類型的診斷指標(biāo),被認(rèn)為是土壤發(fā)生和發(fā)育的函數(shù)。傳統(tǒng)的土壤氧化鐵測定方法雖然精度較高,但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力,不能及時(shí)獲取土壤理化性質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)。高光譜遙感技術(shù)利用高光譜儀,可快速獲得土壤的波譜信息,將室內(nèi)所測化學(xué)數(shù)據(jù)與物理模型相結(jié)合建立土壤屬性之間的聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)土壤信息的定量推算,具有快速、現(xiàn)勢性強(qiáng)等傳統(tǒng)土壤氧化鐵測量方法無可比擬的優(yōu)點(diǎn),為了解土壤氧化鐵光譜信息及其含量預(yù)測提供廣闊的應(yīng)用前景。本研究采集東北地區(qū)玄武質(zhì)火山碎屑物發(fā)育土壤,進(jìn)行了室內(nèi)土壤高光譜數(shù)據(jù)的測定和氧化鐵含量的化學(xué)分析,選取了Savitzky-Golay卷積平滑、一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換、連續(xù)統(tǒng)去除、多元散射校正等共8種數(shù)據(jù)處理方法,采用主成分回歸、偏最小二乘回歸和支持向量機(jī)共3種建模方法,對其進(jìn)行不同氧化鐵光譜曲線特征的分析、敏感波段的提取以及預(yù)測模型的建立,建立特定區(qū)域的玄武質(zhì)火山碎屑物發(fā)育土壤的氧化鐵含量預(yù)測模型。主要結(jié)論如下:1、玄武質(zhì)火山碎屑物發(fā)育土壤氧化鐵的光譜曲線在可見光波段急劇上升,形狀陡峻,近紅外波段斜率變化不均勻,形成幾個(gè)波折。不同形態(tài)氧化鐵含量的光譜曲線反射率值的具體波段變化范圍也不同,其吸收和反射特征主要集中在400~1100nm波段范圍內(nèi),具體響應(yīng)波段集中在420nm、480nm、910nm附近的反射峰和吸收谷,其反射峰或吸收谷的大小與氧化鐵含量有關(guān)。2、基于原始光譜反射率SG卷積平滑、一階微分、二階微分、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量校正、連續(xù)統(tǒng)去除、多元散射校正處理后分別與玄武質(zhì)火山碎屑物發(fā)育土壤的游離鐵含量和無定形鐵含量進(jìn)行相關(guān)性分析,相關(guān)性均表現(xiàn)為顯著增強(qiáng),相關(guān)性最佳的處理方法是對原始光譜做多元散射校正處理。3、全譜范圍內(nèi),采用主成分回歸、偏最小二乘回歸和支持向量機(jī)3種建模方法分別建立2種形態(tài)氧化鐵含量的預(yù)測模型。在反演土壤氧化鐵含量時(shí)較好的方法是多元散射校正處理和一階導(dǎo)數(shù)處理,支持向量機(jī)模型為土壤氧化鐵含量高光譜的最優(yōu)估測模型,可以用來對土壤氧化鐵含量進(jìn)行估測。
【學(xué)位單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S153
【部分圖文】：

@1400nm8.1nm，@2100nm 0.1nm (平均標(biāo)準(zhǔn)差波長校準(zhǔn) 0.5nm (波長校準(zhǔn)擬合的平均誤差；對任意VNIR——9,000:1 @700nmSWIR1——9,000:1 @1400nSWIR2——9,000:1 @2100n器 512 像元硅陣列器 InGaAs 光電二極管，TE 冷器 InGaAs 光電二極管，TE 冷數(shù)值孔徑—0.22VNIR—11×200μSWIR—9×200μ300MB，約為 6000 個(gè)樣品（不含0 至 40℃入培養(yǎng)皿中，高度超過皿壁，然后用直尺刮平上，將儀器采集窗壓在樣品上，保持樣品和儀。土樣光譜采集完畢之后，將培養(yǎng)皿中土樣再皿清理干凈，重復(fù)進(jìn)行下一土樣的采集工作。

第三章 玄武質(zhì)火山碎屑物發(fā)育土壤的光譜特征及土壤氧化鐵響應(yīng)波段研究三章 玄武質(zhì)火山碎屑物發(fā)育土壤高光譜特征及土壤氧化應(yīng)波段研究.1 玄武質(zhì)火山碎屑物發(fā)育土壤的光譜特征分析1.1 高光譜總體特征圖 3-1 為 96 個(gè)玄武質(zhì)火山碎屑物發(fā)育土壤樣品的原始光譜曲線，總體而言樣的原始光譜特性曲線是有變化的，表現(xiàn)在可見光波段急劇上升；近紅外波段不均勻，形成幾個(gè)波折，其中 1400nm，1900nm 和 2200nm 附近為三個(gè)明顯的谷，主要是因?yàn)樗治樟烁浇碾姶挪��？傮w表現(xiàn)為：反射率在 400~780n隨波長的增加不斷增加；在 780~1330nm 范圍內(nèi)隨波長的增加先緩慢下降然后升；在 1400~1860nm 范圍內(nèi)趨于平緩；在 1920~2450nm 范圍內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)反復(fù)減。

大吸收谷和反射峰，更好的反映光譜吸收特征，突出吸收波段位置和形狀的微小變化，并將其歸一到一個(gè)一致的光譜背景上，便于和其他光譜特征進(jìn)行數(shù)值比較，從而提取出特征波段。由圖3-2和3-3連續(xù)統(tǒng)曲線可知，不同氧化鐵含量土壤的光譜曲線400~1100nm存在較大的差異，其余波段無明顯變，因此只對土壤在 400~1100nm 波段的曲線進(jìn)行特征差異的分析。以氧化鐵含量最低的土樣的光譜曲線為參考曲線，研究隨著土壤氧化鐵含量的增加，不同梯度氧化鐵含量光譜曲線與參考曲線之間的變化趨勢。圖 3-2 不同游離鐵含量土樣的反射光譜曲線（左）與連續(xù)統(tǒng)曲線（右）Fig.3.2 Reflectance and continuum removal spectral of soils with different Fed content圖 3-2 顯示的是不同游離鐵含量土壤的反射光譜曲線和連續(xù)統(tǒng)曲線。由反射光譜曲線（左）可以看出，不同游離鐵含量土樣的反射率值在 400~600nm 波段都較小，且反射率差異不明顯；600nm 以后反射率差異變大，以含量 42.94 g/kg 和 31.00 g/kg 土樣的反射率最高
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2839493