[發明專利]基于電阻抗定量檢測土壤氮素的方法

有效

• 申請號: 202110586732.3
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113390925B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 李鑫星;董玉紅;張國祥;鄭永軍;嚴海軍
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02;G06K9/62
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 周志斌

1.一種基于電阻抗定量檢測土壤氮素的方法，其特征在于，所述方法包括：

對所獲取的所述土壤進行預處理，以得到不同氮素含量的土壤樣品，包括：

對待檢測地區的典型土壤進行取樣，并去除雜物；

利用10目土壤篩來篩選所取樣的土壤，以作為基礎土壤樣品；以及

為所述基礎土壤樣品配置不同含量的氮素，以作為多組土壤樣品；

檢測和分析多組所述土壤樣品，得到多組土壤全氮含量、土壤阻抗指標數據和影響土壤中的氮素含量檢測的干擾因素數據中的主導干擾因素數據；

對所述土壤阻抗指標數據和所述主導干擾因素數據進行分類，所述土壤阻抗指標數據包括阻抗模值和相位角，所述主導干擾因素數據包括所述土壤含水率和激勵頻率，所述干擾因素數據分為阻抗儀器檢測參數干擾因素數據和土壤導電環境干擾因素數據，其中所述阻抗儀器檢測條件干擾因素數據包括激勵時長、所述激勵頻率、檢測前端，所述土壤導電條件干擾因素數據包括土壤環境溫度、土壤粒徑、所述土壤含水率、土壤pH值，其中所述激勵時長為0-600s，所述激勵頻率為0.05-200kHz，所述檢測前端包括四端并排式、四端雙排式、四端單針式和四端環繞式的前端，所述土壤粒徑為小于2mm，所述土壤環境溫度為10-25℃，所述土壤pH值為7.0，所述土壤含水率為0-20％；

分別建立針對分類后的每類數據的所述土壤阻抗指標數據、所述主導干擾因素數據和檢測到的土壤氮素含量數據之間的響應函數，包括：

將分類后的k組數據作為訓練樣本；

引入不敏感損失函數，基于所述不敏感損失函數、高斯核函數和所述訓練樣本，得到所述響應函數；以及

基于所述響應函數和最終聚類質心點，檢測土壤中的氮素含量。

2.根據權利要求1所述的基于電阻抗定量檢測土壤氮素的方法，其特征在于，所述對所述土壤阻抗指標數據和所述干擾因素數據進行分類，包括：

將檢測得到的所述土壤阻抗指標數據和所述干擾因素數據歸一化處理后作為初始輸入數據；

隨機選取初始聚類質心點；

分別計算所述初始輸入數據與所述初始聚類質心點的歐氏距離，并將所述初始輸入數據劃分到與所述初始聚類質點的所述歐氏距離最近的類別。

3.根據權利要求2所述的基于電阻抗定量檢測土壤氮素的方法，其特征在于，所述對所述土壤阻抗指標數據和所述干擾因素數據進行分類還包括：

計算每個類別的中心；

利用所述歐氏距離定義畸變函數；

在所述畸變函數達到最小值之后或訓練達到迭代閾值之后，得到分類后的k組數據和最終聚類質心點，其中k為小于n的正整數，n為正整數。

4.根據權利要求3所述的基于電阻抗定量檢測土壤氮素的方法，其特征在于，所述方法還包括：

分別計算k個聚類簇數的聚類結果；

計算聚類簇數k對應的所有樣本與質心點之間的誤差平方和；

將出現數據拐點對應的簇數值k定為最終聚類簇數及最終聚類結果。