[發(fā)明專利]一種土壤鎘元素含量的高光譜遙感定量反演方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210024419.5
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN114357891A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃照強;王明威;倪斌;張亞龍;朱富曉;江淼
• 申請（專利權(quán)）人: 中國冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/00;G06N3/04;G06N3/08;G01N27/626;G06F111/06
• 代理公司: 北京八月瓜知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11543
• 代理人: 張志良

1.一種土壤鎘元素含量的高光譜遙感定量反演方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）采集研究區(qū)土壤樣品；

（2）采用電感耦合等離子質(zhì)譜儀測試樣品的土壤鎘元素含量；

（3）使用地物光譜儀獲取樣品反射光譜；

（4）對反射光譜進行平滑處理，使用一階微分技術(shù)進行光譜變換控制基線效應(yīng)；

（5）使用影像光譜的波長范圍，通過隨機變異和Kennard-Stone算法挑選訓(xùn)練和測試樣本；

（6）采用灰狼優(yōu)化算法進行波段選擇獲取最優(yōu)波長組合，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建土壤鎘元素定量反演模型；

（7）運于CASI/SASI航空高光譜遙感影像，對研究區(qū)土壤鎘元素含量進行定量反演。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤鎘元素含量的高光譜遙感定量反演方法，其特征在于，步驟（1）中采集研究區(qū)土壤樣品為：每個研究區(qū)采樣點50 m范圍內(nèi)采用梅花形布設(shè)5處子采樣點，去除樣品中石塊、雜草、樹根雜質(zhì)后采用四分法合成一個混合樣，每個樣品重量大于1kg；將樣品風(fēng)干、研磨和過200目篩，分成兩個子樣品，其中一個子樣品用于步驟（3）反射光譜測量，另一個子樣品用于步驟（2）土壤鎘元素含量分析。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤鎘元素含量的高光譜遙感定量反演方法，其特征在于，步驟（2）中電感耦合等離子質(zhì)譜儀采用NexIoN 350x型/CSY-066。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤鎘元素含量的高光譜遙感定量反演方法，其特征在于，步驟（3）中地物光譜儀采用SVC HR1024地物光譜儀。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的土壤鎘元素含量的高光譜遙感定量反演方法，其特征在于，步驟（3）為：將樣品放于盛樣器皿內(nèi)，將表面刮平；使用鹵素?zé)糇鳛楣庾V測量光源，測量前用白色參考板輻射定標，使用地物光譜儀獲取樣品光譜，波長范圍為350nm~2500nm，地物光譜儀的光纖與樣品距離為5~10cm，光纖視場角為25°。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤鎘元素含量的高光譜遙感定量反演方法，其特征在于，步驟（4）中，使用一階微分技術(shù)用于校正光譜中的基線效應(yīng)，以消除非化學(xué)效應(yīng)并建立穩(wěn)健的校正模型；一階微分公式表示如下：

其中，指處的一階微分，為下一個采樣波段的反射率，是上一個采樣波段的反射率，是采樣間隔。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤鎘元素含量的高光譜遙感定量反演方法，其特征在于，步驟（6）為：

步驟a：初始化種群和算法所需要參數(shù)，設(shè)置各項參數(shù)：

包括灰狼個體數(shù)量、最大迭代次數(shù)、收斂因子和系數(shù)向量、；其中在迭代過程中由初始值2線性減少至0，和是0和1之間的隨機數(shù)，與正相關(guān)，種群中每個灰狼個體代表一種波段組合，隨機初始化各個體位置；

步驟b：測試樣品鎘元素含量預(yù)測：

以各灰狼個體位置作為輸入，所述各灰狼個體位置為候選波長組合，通過反向傳播不斷調(diào)整權(quán)值和閾值最小化目標函數(shù)，最終輸出鎘元素含量的預(yù)測值；通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不斷迭代獲取鎘元素預(yù)測值；

步驟c：計算個體適應(yīng)度值：

獲取灰狼優(yōu)化算法中個體初始位置，計算個體適應(yīng)度，確定適應(yīng)度最優(yōu)值、次優(yōu)值和次次優(yōu)值，保存對應(yīng)個體位置；

步驟d：更新個體位置和參數(shù)、、，位置更新公式如下：

其中，、、分別表示步驟c中、和所對應(yīng)的個體位置；

步驟e：解碼個體位置，對鎘元素吸收波長位置進行加權(quán)；

對所有個體適應(yīng)度值降序排序，保留最優(yōu)值、次優(yōu)值和次次優(yōu)值所對應(yīng)個體位置；

步驟f：重新計算個體適應(yīng)度，更新、和所對應(yīng)個體位置；

步驟g：終止條件判斷；

判斷當前迭代次數(shù)是否達到最大迭代次數(shù)，若已達到，則將解碼所得作為最優(yōu)波段組合，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建土壤鎘元素定量反演模型，否則重復(fù)步驟c-f。