[發(fā)明專利]基于高光譜成像技術(shù)的農(nóng)田土壤微塑料檢測方法

在審

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• 申請日: 2023-01-18
• 公開（公告）號: CN115931741A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許麗佳;陳彥君;趙永鵬;王玉超;鄒志勇;伍志軍;黃鵬;康志亮;石小仕;唐座亮
• 申請（專利權(quán)）人: 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 成都智涌知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51313
• 代理人: 李莉

本發(fā)明涉及土壤檢測領(lǐng)域，公開了一種基于高光譜成像技術(shù)的農(nóng)田土壤微塑料檢測方法，所述方法包括：獲取目標(biāo)土壤的光譜圖像；提取光譜圖像的特征變量；構(gòu)建檢測模型；將特征變量輸入到檢測模型中，得到檢測結(jié)果。本發(fā)明的檢測方法可以快速、高效的對微塑料進(jìn)行識別分類，其在農(nóng)田土壤微塑料檢測中具有很好的應(yīng)用潛力，為微塑料的快速、無損檢測提供了理論支撐與技術(shù)手段。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土壤檢測領(lǐng)域，具體涉及基于高光譜成像技術(shù)的農(nóng)田土壤微塑料檢測方法。

背景技術(shù)

環(huán)境中小于5毫米的塑料顆粒被定義為微塑料，由于受人類活動(dòng)以及工業(yè)生產(chǎn)的影響，微塑料污染越來越嚴(yán)重。微塑料在海洋、湖泊、河流等水生生態(tài)系統(tǒng)以及土壤等陸地生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在。

土壤作為植物與農(nóng)作物生長的基礎(chǔ)，一旦土壤遭受污染，人類生存將受到極大威脅，糧食生產(chǎn)也將陷入被動(dòng)局面。土壤中的微塑料主要來源包括灌溉水、污泥農(nóng)用、施用有機(jī)肥、地膜覆蓋、大氣沉降等。因此，實(shí)現(xiàn)土壤中的微塑料快速、高效的檢測，對農(nóng)田土壤污染防治具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

對于微塑料，常用的檢測方法主要有視覺識別、掃描電子顯微鏡(SEM)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、拉曼光譜和熱解氣相色譜-質(zhì)譜法(Pyro-GC-MS)等。但是這些方法操作比較繁瑣，視覺識別對于較小的微塑料顆粒無法準(zhǔn)確識別；顯微鏡需要逐個(gè)測量微塑料顆粒物理特性；傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、拉曼光譜和熱解氣相色譜-質(zhì)譜法(Pyro-GC-MS)耗時(shí)長且需要操作員具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

因此，傳統(tǒng)的檢測方法存在著檢測成本高、檢測效率低等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供基于高光譜成像技術(shù)的農(nóng)田土壤微塑料檢測方法，解決傳統(tǒng)的檢測方法存在著檢測成本高、檢測效率低等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于高光譜成像技術(shù)的農(nóng)田土壤微塑料檢測方法，所述方法包括：

獲取目標(biāo)土壤的光譜圖像；

提取光譜圖像的特征變量；

構(gòu)建檢測模型；

將特征變量輸入到檢測模型中，得到檢測結(jié)果。

優(yōu)選地，還包括：在根據(jù)預(yù)設(shè)算法提取光譜圖像的特征變量之前，對光譜圖像進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括SG卷積平滑處理和均值方差歸一化處理。

優(yōu)選地，提取光譜圖像的特征變量，包括：

基于第一預(yù)設(shè)算法對光譜圖像進(jìn)行第一次特征提取，得到初步特征；

基于第二預(yù)設(shè)算法對初步特征進(jìn)行第二次特征提取，得到特征變量。

優(yōu)選地，提取光譜圖像的特征變量為：基于第一預(yù)設(shè)算法對光譜圖像進(jìn)行特征提取，得到特征變量。

優(yōu)選地，所述第一預(yù)設(shè)算法為引導(dǎo)軟閾值方法、模型自適應(yīng)空間縮小法或主成分分析法。

優(yōu)選地，所述第二預(yù)設(shè)算法為等度量映射法。

優(yōu)選地，所述檢測模型為支持向量機(jī)模型、反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或一維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

本發(fā)明還提供一種基于高光譜成像技術(shù)的農(nóng)田土壤微塑料檢測裝置，所述裝置用于實(shí)現(xiàn)上述的基于高光譜成像技術(shù)的農(nóng)田土壤微塑料檢測方法，所述裝置包括：

獲取模塊，獲取目標(biāo)土壤的光譜圖像；

提取模塊，提取光譜圖像的特征變量；

構(gòu)建模塊，構(gòu)建檢測模型；

檢測模塊，將特征變量輸入到檢測模型中，得到檢測結(jié)果。