[發明專利]基于自適應模糊推理的超寬帶土壤信號含水量識別方法

有效

• 申請號: 201710372471.9
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107064177B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 梁菁;劉曉旭;余蕭峰;張健;段珍珍;張洋
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N22/04
• 分類號: G01N22/04;G01S13/88;G06N5/04
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 徐金瓊;劉東

本發明公開了一種基于自適應模糊推理的超寬帶土壤信號含水量識別方法，屬于精細化農業技術應用方向，具體涉及遙感技術、土壤含水量檢測技術領域，解決現有技術中的土壤含水量的測量方法不能充分利用土壤回波性質，從而造成土壤含水量的測量不精確、測量成本高等問題。本發明收集土壤的超寬帶土壤回波和對應土壤回波的土壤含水量；對土壤回波進行預處理；構建自適應模糊推理系統，對預處理后的土壤回波進行特征向量提取；使用機器學習算法——隨機森林算法構建分類器，得到隨機森林分類器；隨機森林分類器根據不同土壤含水量對提取的預處理后的土壤回波的特征向量進行分類識別，并輸出分類識別結果。本發明用于土壤含水量的測量。

技術領域

一種基于自適應模糊推理的超寬帶土壤信號含水量識別方法，用于土壤含水量的測量，屬于精細化農業技術應用方向，具體涉及遙感技術、土壤含水量檢測技術領域。

背景技術

在精細化農業中，使用雷達(遙感技術)測量土壤含水量已成為一個研究熱點，技術原理為使用雷達探測與收集土壤回波，根據回波特性與土壤性質間的聯系反演出土壤含水量。使用雷達(遙感技術)測量土壤含水量的針對農田土壤含水量測量，該技術對土壤和作物的無接觸、無破壞，同時該技術操作簡單耗時短，可實現對土壤含水量的實時監控。但土壤回波特性與多方面因素有著相互聯系，如與土壤性質(土壤鹽度、土壤結構、土壤表面粗糙度等)，測試環境(溫度、濕度、有無植被等)，雷達發射波性質(中心頻、極化方式、入射角等)相關。考慮多種因素的相互影響，回波特性與土壤含水量之間往往存在強烈的非線性關系，這將使土壤含水量檢測產生較大誤差。

機載SAR雷達測量土壤含水量：使用合成孔徑(SAR)雷達，測量大范圍農田土壤含水量分布。該技術土壤表面粗糙度與植被覆蓋等性質十分敏感，僅適合含水量分布粗略檢測，且精度較低。

使用地面測量、固定式探地雷達(GPR)對小區域土壤含水量的精確檢測。該方法提高了含水量的檢測精度，但現有方法使用物理模型反演，該模型無法描繪土壤回波性質與含水量之間強烈的非線性關系，因此在實際測量中依然存在較大誤差。

檢索到專利號為：201510536304.4的“一種針對超寬帶雷達回波的土壤濕度反演方法”和專利號為：2016107440824.1的“一種基于超寬帶與非單點模糊邏輯的土壤含水量測量方法”。

專利號為：201510536304.4的公開專利中使用二型模糊邏輯系統預測土壤波形，并提取系統中部分參數進行分類識別。該方法使用的識別算法十分簡易，使得最終的識別率不盡理想。同時二型模糊邏輯系統參數繁多，計算成本高。

專利號為：2016107440824.1的公開專利使用非單點一型模糊邏輯系統預測不同土壤含水量，并保留預測結果作為模板用于不同土壤回波的比較識別。該方法使用模糊邏輯系統的預測結果作為模板十分不準確，且在使用模板比較識別土壤回波時，易受到噪聲影響。

綜上所述，現有技術中的土壤含水量的測量方法不能準確測量土壤回波，從而造成土壤含水量的測量不精確、測量成本高等問題。

發明內容

本發明針對上述不足之處提供了一種基于自適應模糊推理的超寬帶土壤信號含水量識別方法，解決現有技術中的土壤含水量的測量方法不能充分利用土壤回波性質，從而造成土壤含水量的測量不精確、測量成本高等問題。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于自適應模糊推理的超寬帶土壤信號含水量識別方法，其特征在于，如下步驟：

(1)收集土壤的超寬帶土壤回波和對應土壤回波的土壤含水量；

(2)對土壤回波進行預處理；

(3)構建自適應模糊推理系統，對預處理后的土壤回波進行特征向量提取；

(4)使用機器學習算法——隨機森林算法構建分類器，得到隨機森林分類器；