[發明專利]基于地表圖像的鹽漬土含鹽量估算方法

有效

• 申請號: 201910333666.1
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110110771B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 李曉潔
• 申請（專利權）人: 中國科學院東北地理與農業生態研究所
• 主分類號: G06V10/774
• 分類號: G06V10/774;G06V10/764;G06V10/82;G06T7/40;G06T7/90;G06N3/04
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

基于地表圖像的鹽漬土含鹽量估算方法，本發明涉及一種基于地表圖像的鹽漬土含鹽量估算方法，本發明的目的是為了現有含鹽量測定方法復雜以及測量結果不準確的問題，本發明首先基于卷積神經網絡算法針對地表圖像充分的提取其顏色、紋理、亮度等二維信息，最后通過支持向量機回歸方法建立圖像特征與含鹽量的關系模型。該算法識別復雜度低，速度快，穩定性好，實現了簡單、精確、高效的鹽漬土鹽分估算方法。本發明應用于遙感與農業等領域。

技術領域

本發明涉及一種基于地表圖像的鹽漬土含鹽量估算方法。

背景技術

鹽漬土是在各種自然環境因素和人為活動因素綜合作用下形成的一系列受鹽、堿作用的土壤統稱。由于土壤中含有大量可溶鹽類，從而抑制了作物在土壤中的正常生長。鹽漬土按照鹽堿化程度可分為輕度鹽堿土(土壤含鹽量0.1～0.2％)、中度鹽堿土(土壤含鹽量0.2～0.4％)和重度鹽堿土(土壤含鹽量0.4～0.6％)。從表面狀態來看，輕度與中度鹽堿土表面可以生長植被，而重度鹽堿土表面為裸土，沒有植被生長。

由于氣候干旱及不合理的人類活動影響，土壤鹽漬化和次生鹽漬化日趨嚴重，全球大約有9.32億hm²的土壤受到鹽漬化的威脅。而次生鹽漬化的面積大約為7700萬hm²，其中58％發生在灌溉農業區，接近20％的灌溉土壤受到鹽漬化的威脅，而且這個比例還在增加。土壤鹽漬化對社會經濟、自然環境和生態系統帶來的破壞越來越受到關注。

傳統鹽漬土的含鹽量測量采用野外定點采樣、實驗室內分析測試的方式，不僅費時、費力，而且破壞性強，測點少。目前國內外用于土壤含鹽量測量較為成熟的儀器有EM-38大地電導儀和Veris系列設備。EM-38是電導率非接觸在線測量最具代表性的儀器，它通過測量原生磁場和誘導出的次生磁場的相對關系來快速獲取土壤電導率，建立土壤電導率與土壤鹽漬化程度之間的定量關系實現對土壤鹽分含量的在線快速測量，被廣泛的用于土壤質地的測量、土壤鹽分含量及分布的調查等領域。然而，在實際應用中，由于EM38儀器敏感度較高，其測量結果往往容易受到土壤水分、質地、空氣溫度、土壤溫度等土壤物理特性及外界測量環境的影響。此外，EM38反映的是土壤剖面內一定深度的土壤總體含鹽量狀況，而對于主要影響植被生長的0-20cm土壤表層的含鹽量測量的敏感性較差。Veris系列土壤鹽分測定系統是基于電磁感應原理開發的，為田間接觸式設備，配備相應動力牽引，可以實測田間土壤表觀電導率、pH值等鹽漬化參數，可以直觀反映土壤鹽漬化的空間分布情況。然而，對于接觸式測量的Veris系列儀器，當被測地表起伏較大時，會造成接觸點無法完全碰觸到地面，導致測量結果不準確。

同時，也有一些人致力于鹽漬土的分類算法研究。常用的分類算法是基于圖像的紋理特征或顏色特征。多年來，除了通過圖像統計模式、結構模式、光譜性質反映圖像紋理的局部特征。基于信號處理的傅立葉變換、小波變換、Gabor變換等多種紋理特征提取算法被廣泛應用到圖像分析中。但是由于紋理微觀異構的復雜性，紋理研究依然是圖像識別領域的熱點難點。以上這些自然圖像的識別分類多是通過轉為灰度圖像提取紋理信息進行，忽略了圖像自身的顏色信息，而在某些情況下，顏色會明顯增加判別信息。

發明內容

本發明的目的是為了現有含鹽量測定方法復雜以及測量結果不準確的問題，提供了基于地表圖像的鹽漬土含鹽量估算方法。

本發明基于地表圖像的鹽漬土含鹽量估算方法包括以下步驟：

步驟一、拍攝地表圖像，采集土樣，測試拍攝地表圖像的土樣的含鹽量數據：將地表圖像剪裁為統一像素的圖像，并與含鹽量數據一一對應，建立地表圖像和含鹽量的數據庫，得到訓練數據數據庫；

步驟二、根據訓練數據數據庫，基于CNN建立地表圖像的特征提取算法,建立模型；

步驟三、設損失函數為所有圖像訓練誤差的絕對值之和；

步驟四、將步驟二得到地表圖像的特征與步驟一測定的含鹽量代入步驟二的模型中訓練，計算訓練誤差，直至訓練誤差穩定；