[发明专利]一种基于非接触式电导信号的土壤养分离子含量检测方法

权利要求书

1.一种基于非接触式电导信号的土壤养分离子含量检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)将采集的土壤样品分为训练样本和测试样本，获取各土壤样品的非接触式电导信号谱图，并对各土壤样品的非接触式电导信号谱图进行峰谱识别，得到各土壤样品的非接触式电导信号峰谱；

(2)对各土壤样品的非接触式电导信号峰谱进行峰值过滤，消除其中的伪峰；

(3)对完成峰值过滤后的各土壤样品的非接触式电导信号峰谱进行高斯拟合优化，得到更接近原始数据峰谱的各土壤样品的非接触式电导信号的高斯峰参数；

(4)根据土壤样品中训练样本和测试样本的非接触式电导信号的高斯峰参数，采用加标法计算出训练样本和测试样本的土壤养分离子含量；

(5)根据土壤样品中训练样本的非接触式电导信号的高斯峰参数和土壤养分离子含量，构建土壤养分离子含量预测模型；

(6)将土壤样品中测试样本的高斯峰参数输入土壤养分离子含量预测模型，完成对测试样本土壤养分离子含量的分析预测；

(7)将待测土壤样品采用与训练样本相同的处理方法得到待测土壤样本的高斯峰参数，将待测土壤样品的高斯峰参数输入构建好的土壤养分离子含量预测模型，得到待测土壤样品的土壤养分离子含量；

步骤(1)中所述的“对各土壤样品的非接触式电导信号谱图进行峰谱识别，得到各土壤样品的非接触式电导信号峰谱”，其采用导数-高斯曲线拟合法进行峰谱识别，具体包括以下步骤：

(11)设原始的土壤样品的非接触式电导信号为f，δ为一阶导数f的标准差，对一阶导数取sign(d(t))值记为D；设置土壤样品的非接触式电导信号的斜率变化阈值、幅值阈值、平滑宽度、平滑类型和峰顶部测量点数；

(12)对土壤样品的非接触式电导信号f求两点中心差一阶导数d和二阶导数s；

(13)根据给定参数，按平滑宽度数值对所有数据进行指定类型平滑；

(14)对土壤样品的非接触式电导信号的谱图进行峰顶点判别：当sign(d(t))sign(d(t+1))，且f(t)f(t-1)，f(t)f(t+1)，d(t)-d(t+1)3δ²，f(t)3δ²时，判定为峰顶点；

(15)以峰顶点处为中心，按给定峰顶部测量点数值取点，并进行高斯拟合，初步确定峰位、峰值和半峰宽，并得到预设边界；

(16)对土壤样品的非接触式电导信号的谱图进行峰起始点判别：以峰顶点为中心，在预设边界范围内向负方向移动，当f(t)f(t-1)，d(t)3δ²，d(t-1)3δ²，且s(t)3δ²，s(t-1)3δ²时，判定为峰起点；

(17)对土壤样品的非接触式电导信号的谱图进行峰谷点判别：以峰顶点为中心，在预设边界范围内向正方向移动，当sign(d(t))sign(d(t+1))，且s(t)3δ²时，判定为峰谷点；

(18)对土壤样品的非接触式电导信号的谱图进行峰终止点判别：以峰顶点为中心，在预设边界范围内向正方向移动，当f(t)f(t+1)，d(t)3δ²，d(t+1)3δ²，且s(t)3δ²，s(t+1)3δ²时，判定为峰终止点；

(19)根据判别出的峰顶点、预设边界、峰起始点和峰终止点，得到土壤样品的非接触式电导信号的峰谱。

2.根据权利要求1所述的一种基于非接触式电导信号的土壤养分离子含量检测方法，其特征在于：步骤(2)中所述的“对各土壤样品的非接触式电导信号峰谱进行峰值过滤，消除其中的伪峰”，其具体包括以下步骤：

(21)计算原始的土壤样品的非接触式电导信号的峰谱与拟合高斯峰信号峰谱的残差error表示，当残差标准差超过2时，则判定该峰为伪峰，将该峰删除；其中error＝原始信号数据点-拟合信号数据点；

(22)计算土壤样品的非接触电导信号峰谱的峰区域内一阶导数绝对值大于阈值T的次数n1和二阶导数越过零线的次数n2，当n1小于5或n2大于8时，则判定该峰为伪峰，将该峰删除；

(23)通过步骤(21)和(22)将土壤样品的非接触式电导信号峰谱中的伪峰删除后，土壤样品的非接触式电导信号峰谱中只包含有效峰。