基于铁氧化物特征光谱和改进遗传算法反演土壤Pb含量
TP97; 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(Partia...
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| Published in | 农业工程学报 Vol. 36; no. 16; pp. 103 - 109 |
|---|---|
| Main Authors | , , , , |
| Format | Journal Article |
| Language | Chinese |
| Published |
中国科学院大学,北京 100049
15.08.2020
中国科学院空天信息创新研究院,北京 100101%中国科学院空天信息创新研究院,北京 100101 |
| Subjects | |
| Online Access | Get full text |
| ISSN | 1002-6819 |
| DOI | 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.16.013 |
Cover
| Abstract | TP97; 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. |
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| AbstractList | TP97; 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. |
| Author | 张霞 王一博 孙伟超 黄长平 张茂 |
| AuthorAffiliation | 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100101%中国科学院空天信息创新研究院,北京 100101;中国科学院大学,北京 100049 |
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| Author_FL | Huang Changping Zhang Mao Zhang Xia Wang Yibo Sun Weichao |
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| DOI | 10.11975/j.issn.1002-6819.2020.16.013 |
| DatabaseName | Wanfang Data Journals - Hong Kong WANFANG Data Centre Wanfang Data Journals 万方数据期刊 - 香港版 China Online Journals (COJ) China Online Journals (COJ) |
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| Discipline | Agriculture |
| DocumentTitle_FL | Inversion of Pb content in soil based on iron oxide characteristic spectrum and improved genetic algorithm |
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| Issue | 16 |
| Keywords | 特征选择 光谱分析 反演 土壤 高光谱 重金属 |
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| PublicationDecade | 2020 |
| PublicationTitle | 农业工程学报 |
| PublicationTitle_FL | Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering |
| PublicationYear | 2020 |
| Publisher | 中国科学院大学,北京 100049 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100101%中国科学院空天信息创新研究院,北京 100101 |
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| Title | 基于铁氧化物特征光谱和改进遗传算法反演土壤Pb含量 |
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