[发明专利]一种基于优化模型的土壤有机质测定方法在审

专利信息
申请号: 202010271738.7 申请日: 2020-04-07
公开(公告)号: CN111488926A 公开(公告)日: 2020-08-04
发明(设计)人: 杜昌文;徐雪斌;马菲 申请(专利权)人: 中国科学院南京土壤研究所
主分类号: G06K9/62 分类号: G06K9/62;G01N21/71
代理公司: 江苏致邦律师事务所 32230 代理人: 樊文红
地址: 210008 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 优化 模型 土壤有机质 测定 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于优化模型土壤有机质的测定方法,属于农业信息化领域。具体地操作步骤如下:采集土壤样品;采用化学方法测定土壤样本有机质含量;采集压片后的土壤激光诱导击穿光谱信息,连续多次采集;对光谱进行预处理,包括基线校正、降噪、平均、标准化;采集待测样品的激光诱导击穿光谱信息,连续多次采集,并进行光谱预处理;计算待测样本光谱与校正集样本光谱的混合矢量值,并将其从小到大的排序;根据模型对各自子校正集以及留一法交叉验证的预测参数,选择最优的子模型;使用最优子模型对待测土壤样本的有机质含量进行预测。本发明提出的土壤有机质的测定方法对土壤有机质的预测精度高,模型稳健,操作简单,检测过程快速,不产生污染。

技术领域

本发明属于农业信息化领域,具体其涉及一种基于激光诱导击穿光谱混合距离判据优化模型对土壤有机质含量简单、快速、精确、环境友好的测定方法。

背景技术

土壤有机质是土壤肥力和质量的重要指标之一,可以影响土壤中发生的物理和化学反应。土壤有机质也是土壤健康状况的重要指标,其含量与土壤结构、保水能力、养分循环和生物活性等多种土壤性质和过程有关。土壤有机质含量的快速测定对农业现代化具有重要的意义。

目前传统的土壤有机质含量测定方法主要是重铬酸钾氧化-比色法,这种方法需要对土壤样品进行前处理、操作过程繁琐、成本高、测试周期长、且需要大量的化学试剂,容易造成环境污染。

近年来激光诱导击穿光谱开始应用于土壤含量的测定。激光诱导击穿光谱是一种原子光谱,其原理是激光聚焦样品表面,样品的组成成分烧蚀产生等离子体,不同元素的等离子在冷却过程中会发射电磁波形成发射光谱,进而对发射光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。激光诱导击穿光谱具有结构简单、无需样品前处理、快速、环境友好等优点,在土壤组成与结构测定中显示出很好的应用潜力,也将广泛应用于土壤科学领域。

土壤组成成分以及结构复杂,土壤的性质易受土壤采样点位的改变而产生变异,并且由于土壤的基体效应的影响传统的单元回归以及固定校正集的多元回归方法无法提供较高精度的预测结果。建立优化的多元回归方法,降低基体效应,提高土壤中有机质的预测精度是该领域的研究难点。

发明内容

针对以上问题,本发明提供了一种混合矢量判据优化模型,该模型考虑到光谱相似性以及光谱方向性,结合土壤激光诱导击穿光谱可以实现对土壤有机质含量的简单、快速、精确、环境友好的检测。已知校正集中土壤样品的激光诱导击穿光谱信息和土壤有机质含量信息,对于待测土壤样品,通过测定获得土壤的激光诱导击穿光谱信息,综合考虑待测样品光谱与校正集样品光谱的欧氏距离与余弦角度的混合矢量,选择混合结果最小的校正集样品建立偏最小二乘回归(PLSR)模型,预测土壤有机质含量。

本发明的技术方案如下:

一种基于优化模型的土壤有机质测定方法,包含以下步骤:

A.预处理步骤:

A1.采集土壤样品,随机划分N个土壤样品的校正集和M个待测土壤样品;

A2.采用化学方法测定步骤A1的校正集和待测集中土壤样品的有机质含量,并分别对所有土壤样本进行压片;

A3.采用激光诱导击穿光谱仪采集压片后的校正集土壤样本和待测集土壤样本的光谱,连续多次测量;

A4.对步骤A3获得的土壤激光诱导击穿光谱进行预处理,包括基线校正、降噪、平均以及标准化;

B.建立模型步骤:

B1.计算经过预处理后的待测样本与校正集中所有土壤样品光谱的欧氏距离和余弦角度;

B2.计算上述各欧氏距离和对应余弦角度的混合值,并将结果从小到大排列;

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