[發(fā)明專利]一種基于貝葉斯最大熵的土壤水分融合方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811316588.6
• 申請(qǐng)日: 2018-11-07
• 公開（公告）號(hào): CN109460789B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳智芳;王景雷;孫景生;宋妮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62;G06Q50/02
• 代理公司: 鄭州慧廣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 41160
• 代理人: 朱廣存

1.一種基于貝葉斯最大熵的土壤水分融合方法，其特征在于，包括以下具體步驟：

步驟一：在冬小麥生育期內(nèi)，每7天用土鉆采集一次土壤水分信息，獲得土壤水分含量，采樣深度分別為0-20cm、20cm-40cm、40cm-60cm、60cm-80cm、80cm-100cm；

步驟二：采用地統(tǒng)計(jì)分析方法布設(shè)土壤水分傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測土壤水分變化情況，布設(shè)深度分別為0-20cm、20cm-40cm、40cm-60cm、60cm-80cm、80cm-100cm；

步驟三：利用地物光譜儀采集冬小麥拔節(jié)期至乳熟期的冠層高光譜數(shù)據(jù)，以植被指數(shù)為自變量，土壤水分為因變量，構(gòu)建基于高光譜的土壤水分反演模型；

步驟四：采用貝葉斯最大熵理論，對(duì)步驟一、步驟二和步驟三獲取的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行融合，對(duì)融合結(jié)果進(jìn)行不確定性評(píng)價(jià)；

所述的步驟四包括：

1)貝葉斯最大熵是以實(shí)測硬數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，融入具有一定誤差和不確定性的軟數(shù)據(jù)和其它先驗(yàn)信息等多種來源的數(shù)據(jù)，來分析土壤水分的變異趨勢(shì)，所述的軟數(shù)據(jù)包含三種形式，

一是傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測的土壤水分ET-5；

二是將高光譜反演得到的土壤水分轉(zhuǎn)換為間隔軟數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換過程是，依據(jù)建立的高光譜植被指數(shù)土壤水分反演模型，計(jì)算得到模擬的土壤水分值，以實(shí)測土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)為因變量，反演的土壤水分為自變量，建立兩者之間的線性關(guān)系，計(jì)算線性擬合方程殘差的標(biāo)準(zhǔn)方差通過線性回歸計(jì)算土壤水分?jǐn)M合值，將反演的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為間隔數(shù)據(jù)，然后采用公式(9)和公式(10)分別計(jì)算間隔數(shù)據(jù)的上下限值SM_u和SM_L，

SM_u＝SM_estimation-σ_ε (9)

SM_L＝SM_estimation+σ_ε (10)

公式(9)和(10)中，SM_u和SM_L分別為間隔數(shù)據(jù)的上下限值，SM_estimation為估算的土壤水分值，σ_ε為殘差的標(biāo)準(zhǔn)方差的平方根；

三是將高光譜反演的土壤水分轉(zhuǎn)換為高斯分布軟數(shù)據(jù)，即轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的均值和方差；

2)利用貝葉斯最大熵的基本原理進(jìn)行融合，構(gòu)建協(xié)方差模型，采用公式(11)和公式(12)進(jìn)行計(jì)算；

公式(11)和(12)中，C(r)為協(xié)方差，N為協(xié)方差結(jié)構(gòu)的個(gè)數(shù)，c_0i為第i個(gè)協(xié)方差結(jié)構(gòu)的方差貢獻(xiàn)率，c_ri(r)代表空間函數(shù)，融合過程選用指數(shù)函數(shù)，a_ri為空間范圍；

3)采用三種不同組合形式進(jìn)行融合，

一是將實(shí)測的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)作為硬數(shù)據(jù)，EC-5傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)作為軟數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，記為BME1，取土+EC-5；

二是將實(shí)測的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)作為硬數(shù)據(jù)，EC-5傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)作為軟數(shù)據(jù)，植被指數(shù)反演的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為間隔軟數(shù)據(jù)，記為BME2，取土+EC-5 +反演的土壤水分轉(zhuǎn)換成的間隔軟數(shù)據(jù)；

三是將實(shí)測的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)作為硬數(shù)據(jù)，EC-5傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)作為軟數(shù)據(jù)，植被指數(shù)反演的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)作為高斯分布的概率軟數(shù)據(jù)，記為BME3，取土+EC-5+反演的土壤水分轉(zhuǎn)換成的高斯分布概率軟數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貝葉斯最大熵的土壤水分融合方法，其特征在于：所述的步驟二包括：采用地統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行土壤墑情監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)化布設(shè)，該方法以半方差函數(shù)和插值法為基礎(chǔ)，確定合理的測墑點(diǎn)空間分布位置，依據(jù)確定的位置，布設(shè)土壤水分傳感器。