基于铁氧化物特征光谱和改进遗传算法反演土壤Pb含量

• 作者: 孙伟超 张茂 张霞 王一博 黄长平
• 来源期刊: 农业工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 土壤 反演 高光谱 重金属 特征选择 光谱分析
• 年，卷（期）: 2020,（16）
• 所属期刊栏目: 农业水土工程
• 页码范围: 103-109
• 页数: 7页
• 分类号: TP97
• 语种: 中文
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.16.013

摘要

近年来,高光谱的快速发展使野外实时监测土壤重金属含量成为可能.然而高光谱分辨率数据在提高信息量的同时也造成了信息冗余,该研究针对光谱冗余问题,提出一种基于铁氧化物特征光谱和改进遗传(Improved Genetic Algorithm,IGA)特征优选算法的反演方法:依据Pb在土壤中的吸附机理,提取土壤光谱中的铁氧化物特征谱段用于Pb含量反演,减少数据冗余的同时提高方法的机理性.改进遗传算法解决传统遗传算法(Genetic Algorithm,GA)"过早收敛"的问题,增强算法的有效光谱的提取能力.使用雄安新区农田野外土壤样本构建偏最小二乘回归模型(Partial Least Square Regression,PLSR)反演土壤Pb含量,研究表明:相对于全谱段建模,基于铁氧化物特征谱段的IGA-PLSR模型的R2和RPD分别提升了0.397、1.037,RMSE下降了1.958 mg/kg;改进后的IGA-PLSR在运行初期能够跳出局部解区域寻找更加有效的光谱波段组合,平均的R2、RPD分别为0.822、2.377,RMSE为2.221 mg/kg,相对于传统GA-PLSR算法的精度(平均R2、RPD为0.782、2.117,RMSE为2.487 mg/kg)有显著提升.该研究表明,从反演机理和波段选择算法两方面提出的反演方法有利于提高土壤Pb含量的估算精度.该研究为雄安地区农田土壤Pb含量的高光谱估算提供了参考.