论文部分内容阅读
近年来高光谱技术广泛应用于土壤属性(土壤有机质、水分、铁氧化物等)反演预测和土壤盐渍化、土壤侵蚀、土壤污染等评价研究。土壤是农业生产的基础和人类生存环境的重要载体,利用高光谱技术区分土壤类型相对于传统方法更加省时、省力,且对于高光谱土壤制图的研究具有重要理论和实际意义。本文使用荷兰Avantes公司生产的Avaspec-2048×14、Avaspec-NIR256-2.5两种型号地物光谱仪测量了25个土壤剖面发生层的可见光、近红外光谱曲线,结合使用倒数的对数、一阶微分、去除包络线3种光谱数据变换方法提取土壤剖面表层和表下层的光谱特征,并运用主成分分析方法提取主成分实现不同类型土壤的聚类和区分,探讨应用高光谱技术区分土壤类型的可行性。鉴于目前土壤光谱测试中光谱数据采集方法尚不统一,为了更好的进行土壤类型区分探讨,通过方差分析研究了土样表面处理方式和土样粒径对高光谱测试稳定性影响。主要研究结果如下:(1)在室内土壤高光谱测试中,不同的土样表面处理方式和土样粒径大小均会对测试结果产生影响:土样表面压平处理比刮平处理所测得的土壤反射率要大;土壤光谱反射率随着测试土样粒径的减小而增加。(2)土样表面处理方式和土样粒径对土样5次重复高光谱测试结果的稳定性有明显影响:不同土样表面处理方式上,三种土壤类型的刮平处理均好于压平处理;不同测试粒径下,刮平时中等粒径的土样较好且1mm粒径的土样最稳定,压平时小粒径的土样好于大粒径土样。在统一的室内几何测试条件下,从土样表面处理方式和土壤粒径对室内土壤高光谱重复测试稳定性的影响来说,刮平处理、1mm粒径能获取较稳定的土壤高光谱数据。(3)通过对光谱数据变换发现,倒数的对数、一阶微分、去除包络线三种变换方法均能有效提取光谱曲线特征,增强光谱信息。25个土壤剖面光谱曲线特征总体上相似,不同类型土壤的吸收特征带的位置和表现的相对强度不同。总体上,可见光波段吸收特征带较少,吸收特征带主要分布在近红外波段,主要有430nm-550nm、800nm-990nm、1300nm-1500nm、1600nm-1700nm、1800nm-2100nm、2150nm-2300nm6个吸收特征带。(4)基于土壤光谱特征的主成分分析能较好区分25个土壤剖面的土纲级土壤类型,基于表层加表下层光谱区分效果好于基于表层光谱。土壤高光谱数据经不同变换方法处理的区分结果也不同,其中去包络线法区分效果最好,倒数的对数区分效果好于一阶微分。