[發(fā)明專利]一種黑土硒含量高光譜間接提取的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811533066.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN109738370B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張東輝;趙英俊;李璇瓊;秦凱;楊越超;張玉燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院
• 主分類號(hào): G01N21/25
• 分類號(hào): G01N21/25;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 閆兆梅

本發(fā)明屬于微量元素信息提取技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種黑土硒含量高光譜間接提取的方法。本發(fā)明包括如下步驟：步驟1、數(shù)據(jù)預(yù)處理：包括步驟1.1、輻射校正、步驟1.2、幾何校正、步驟1.3、剔除異常波段、步驟1.4、歸一化；步驟2、提取特征波段；步驟3、建立模型。本發(fā)明能夠顯著改進(jìn)硒含量的提取精度，為硒元素大范圍精確制圖提供支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微量元素信息提取技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種黑土硒含量高光譜間接提取的方法。

背景技術(shù)

我國(guó)東北黑土富含養(yǎng)分，隨著土壤數(shù)字制圖、精確農(nóng)業(yè)和土壤資源調(diào)查等研究的深入，引入航空高光譜數(shù)據(jù)并提供科學(xué)的預(yù)測(cè)結(jié)果成為研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，高光譜遙感技術(shù)以其光譜分辨率高、波段連續(xù)性強(qiáng)和空間分辨率高等特點(diǎn)，在土壤成分定量遙感監(jiān)測(cè)中，發(fā)揮越來(lái)越大的作用。硒元素相對(duì)于黑土土壤的主要成分屬于微量元素，但其對(duì)作物的正常生長(zhǎng)的作用與大量元素是同等重要的，亦是人體健康所必要的營(yíng)養(yǎng)元素。

常規(guī)方法是，將土壤采集回實(shí)驗(yàn)室，在室內(nèi)測(cè)量光譜和化驗(yàn)含量數(shù)據(jù)，在多種數(shù)學(xué)模型的支持下，通過(guò)建立土樣光譜與硒含量的相關(guān)關(guān)系，對(duì)全部地區(qū)進(jìn)行插值，定量計(jì)算硒含量。這種方法的弊端是，在硒元素這類微量元素提取中，由于硒的光譜特征極其微弱，直接建模的難度很大，加之硒元素含量也常常較低，導(dǎo)致“光譜-含量”難以建立合理的模型，直接提取模型的反演精度不足。一方面，硒含量的微弱性，導(dǎo)致其光譜特征易被其它主要光譜信息湮沒；另一方面，插值方法的選擇對(duì)于最終提取結(jié)果干擾過(guò)大，容易對(duì)硒含量提取結(jié)果帶來(lái)二次誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種黑土硒含量高光譜間接提取的方法，能夠顯著改進(jìn)硒含量的提取精度，為硒元素大范圍精確制圖提供支撐。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案：

一種黑土硒含量高光譜間接提取的方法，包括如下步驟：步驟1、數(shù)據(jù)預(yù)處理：包括步驟1.1、輻射校正、步驟1.2、幾何校正、步驟 1.3、剔除異常波段、步驟1.4、歸一化；步驟2、提取特征波段；步驟3、建立模型。

所述步驟1.1中，使用基于MODTRAN4+輻射傳輸模型的 FLAASH算法對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，F(xiàn)LAASH是基于太陽(yáng)波譜范圍內(nèi)(不含熱輻射)和平面郎伯體，計(jì)算時(shí)需要元數(shù)據(jù)包括觀測(cè)視場(chǎng)角、太陽(yáng)角度、平均海拔高度、大氣模型、氣溶膠類型和能見度范圍。

計(jì)算公式為：

式中，L為傳感器接收的總輻射亮度；ρ為像元表面反射率；ρ_e為像元周圍平均表面反射率；S為大氣球面反照率；L_α為大氣后向散射輻射率；A、B為大氣和幾何條件的系數(shù)。

所述步驟1.2中，利用機(jī)載POS 510系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，機(jī)上慣導(dǎo)系統(tǒng)和定位系統(tǒng)記錄了每一個(gè)像元的位置參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)，通過(guò)每一幀圖像的GPS時(shí)間，將坐標(biāo)賦值給該象元。

所述步驟1.3中，對(duì)于經(jīng)過(guò)輻射校正和幾何校正的光譜曲線上的噪聲波段，采用加權(quán)移動(dòng)平均法或包絡(luò)線消除法，剔除這些異常波段。

所述步驟1.4中，將所有波段數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理能夠突出光譜信息。

所述步驟2包括如下步驟：將所有黑土樣本按成分含量大小排序，分析其在可見-近紅波段范圍內(nèi)光譜變換規(guī)律；對(duì)采樣點(diǎn)硒、有機(jī)質(zhì)、鐵、pH和氧化鈣含量進(jìn)行逐波段求反射率對(duì)養(yǎng)分的相關(guān)系數(shù)，選取相關(guān)系數(shù)較高的前5個(gè)波段，作為特征波段。

所述步驟3包括如下步驟：

步驟3.1計(jì)算硒含量與其它四種成分含量的相關(guān)系數(shù)，確定硒的正、負(fù)相關(guān)關(guān)系；步驟3.2高光譜數(shù)據(jù)反演有機(jī)質(zhì)、鐵、pH和氧化鈣的含量，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，建立硒元素與這四種成分的回歸模型；步驟3.3通過(guò)四種成分，間接反演硒含量；步驟3.4通過(guò)四種成分，間接反演硒含量。