一種用于水稻表土氮肥施用等級評定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及土壤屬性高光譜預(yù)測方法，具體涉及一種用于水稻表土氮肥施用等級 評定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 土壤氮肥是土壤肥力三要素的重要組成部分，是影響作物生長發(fā)育的重要營養(yǎng)元 素，其濃度含量將影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。在農(nóng)田中科學(xué)管理氮肥施用能夠使作物有效 利用肥料，減少因過量施肥引起的環(huán)境污染、土壤質(zhì)量下降等問題，其關(guān)鍵技術(shù)問題是在施 肥前提前測定該農(nóng)田土壤中已有氮肥含量，確定氮肥施用等級。
[0003] 傳統(tǒng)測土配方施肥技術(shù)測定表層土壤氮肥施用量存在費(fèi)用高、耗時久等不足。利 用可見-近紅外光譜分析技術(shù)快速檢測土壤屬性信息已經(jīng)成為一種可靠有效的技術(shù)手段， 并且具有環(huán)保、不破壞、田間實地分析、多種屬性同時檢測等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。而目前光 譜技術(shù)大都用于土壤氮的定量估計，尚未有研宄進(jìn)行過氮肥施用等級的判定。因此，十分 有必要建立一種快速評定水稻表土氮肥施用等級的方法，彌補(bǔ)傳統(tǒng)測土配方施肥技術(shù)的不 足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述【背景技術(shù)】的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于水稻表土氮肥施用等 級評定方法，利用已經(jīng)訓(xùn)練好的支持向量模型機(jī)判別類比，將采集到的待檢測水稻表土土 樣可見-近紅外光譜數(shù)據(jù)輸入，可以快速得出氮肥施用等級，指導(dǎo)水稻田合理施用氮肥。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟如下：
[0006] 步驟1)采用光纖式高光譜儀測定多個水稻表土可見-近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù)，同 時采集多個水稻表土進(jìn)行土壤全氮含量的化學(xué)測試；
[0007] 步驟2)根據(jù)每個水稻表土土樣的全氮含量計算該樣本的氮肥施用等級；
[0008] 步驟3)確定支持向量機(jī)的核函數(shù)與訓(xùn)練方式，將每個水稻表土土樣的光譜數(shù)據(jù) 及對應(yīng)的氮肥施用等級數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，即訓(xùn)練數(shù)據(jù)，輸入支持向量機(jī)模型中；
[0009] 步驟4)根據(jù)步驟1)再采集多個待測水稻表土土樣可見-近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù) 并進(jìn)行預(yù)處理，輸入已經(jīng)訓(xùn)練好的支持向量機(jī)模型判別類比，通過支持向量機(jī)模型判定后， 計算并輸出每個待測樣本的氮肥施用等級。
[0010] 所述步驟1)的具體過程為：
[0011] 步驟（I. 1)采集多個水稻表土土樣的光譜數(shù)據(jù)；
[0012] 步驟（1. 2)用化學(xué)方法分析所采集多個水稻表土土樣的全氮含量；
[0013] 步驟（1. 3)對所述光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。
[0014] 所述步驟（1. 2)中，所述用化學(xué)方法分析是用半微量開氏法測定。
[0015] 步驟（1. 3)中，所述光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的方法為基于最小二乘的Savitzky-Go lay經(jīng)典平滑濾波與一階微分變換相結(jié)合的方法。
[0016] 所述步驟3)的具體過程為：
[0017] 步驟（3. 1)設(shè)已知訓(xùn)練集 T = Kx1J1),…，（xn，yn)} e (χχγ)η，其中 Xie X = Rn，R為實數(shù)，η為參與模型訓(xùn)練的樣本數(shù)，yie Y = {1，2, 3, 4, 5, 6}，i = 1，…，η ;X為可 見-近紅外光譜矩陣，xi為第i個土樣的可見-近紅外光譜數(shù)據(jù)，Y為步驟2)中計算得到 的氮肥施用等級矩陣，yi為第i個土樣的具體氮肥施用等級；
[0018] 步驟（3. 2)選擇核函數(shù)K(Xi, Xj)和懲罰參數(shù)為常數(shù)C，a為系數(shù)參數(shù)，ap 分別 為第i、j個土樣的系數(shù)參數(shù)，構(gòu)造并求解最優(yōu)化問題
【主權(quán)項】
1. 一種用于水稻表土氮肥施用等級評定方法，其特征在于，該方法的步驟如下： 步驟1)采用光纖式高光譜儀測定多個水稻表土可見-近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù)，同時采 集多個水稻表土進(jìn)行土壤全氮含量的化學(xué)測試； 步驟2)根據(jù)每個水稻表土土樣的全氮含量計算該樣本的氮肥施用等級； 步驟3)確定支持向量機(jī)的核函數(shù)與訓(xùn)練方式，將每個水稻表土土樣的光譜數(shù)據(jù)及對 應(yīng)的氮肥施用等級數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，即訓(xùn)練數(shù)據(jù)，輸入支持向量機(jī)模型中； 步驟4)根據(jù)步驟1)再采集多個待測水稻表土土樣可見-近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù)并進(jìn) 行預(yù)處理，輸入已經(jīng)訓(xùn)練好的支持向量機(jī)模型判別類比，通過支持向量機(jī)模型判定后，計算 并輸出每個待測樣本的氮肥施用等級。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于水稻表土氮肥施用等級評定方法，其特征在于，所 述步驟1)的具體過程為： 步驟（1. 1)采集多個水稻表土土樣的光譜數(shù)據(jù)； 步驟（1. 2)用化學(xué)方法分析所采集多個水稻表土土樣的全氮含量； 步驟（1. 3)對所述光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于水稻表土氮肥施用等級評定方法，其特征在于，所 述步驟（1.2)中，所述用化學(xué)方法分析是用半微量開氏法測定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于水稻表土氮肥施用等級評定方法，其特征在于，步 驟（1. 3)中，所述光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的方法為基于最小二乘的Savitzky_G〇lay經(jīng)典平滑 濾波與一階微分變換相結(jié)合的方法。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于水稻表土氮肥施用等級評定方法，其特征在于，所 述步驟3)確定支持向量機(jī)的核函數(shù)與訓(xùn)練方式的具體過程為： 步驟（3. 1)設(shè)已知訓(xùn)練集T= {(Xl，yi)，…，（xn，yn)}G(XXY)n，其中XiGX=Rn，R為實數(shù)，n為參與模型訓(xùn)練的樣本數(shù)；yiGY= {1，2,3,4,5,6}，i= 1，…，n;X為可見-近 紅外光譜矩陣，Xi為第i個土樣的可見-近紅外光譜數(shù)據(jù)，Y為步驟2)中計算得到的氮肥 施用等級矩陣，yi為第i個土樣的具體氮肥施用等級； 步驟（3.2)選擇核函數(shù)K(Xi，Xp和懲罰參數(shù)為常數(shù)C，a為系數(shù)參數(shù)，ai、別為第i、j個土樣的系數(shù)參數(shù)，構(gòu)造并求解最優(yōu)化問題
得最優(yōu)解Y 步驟（3. 3)選擇a#的一個小于C的正分量 <，并據(jù)此計算
核函數(shù)取徑向基函數(shù)：
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種用于水稻表土氮肥施用等級評定方法，其特征在于， 所述步驟4)的具體過程為： 將采集到的多個待測水稻表土土樣的可見-近紅外光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理方法 如步驟（1.3)，然后輸入到?jīng)Q策函數(shù)中，決策函數(shù).
計算得到 待測土樣氮肥施用等級。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于水稻表土氮肥施用等級評定方法。采用光纖式高光譜儀測定多個水稻表土可見-近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù)，同時采集多個表土進(jìn)行土壤全氮含量的化學(xué)測試；根據(jù)每個水稻表土土樣的全氮含量計算該樣本的氮肥施用等級；確定支持向量機(jī)的核函數(shù)與訓(xùn)練方式，將每個土樣的光譜數(shù)據(jù)及對應(yīng)的氮肥施用等級數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，輸入支持向量機(jī)模型中；再采集多個待測水稻表土土樣可見-近紅外漫反射光譜數(shù)據(jù)，輸入已經(jīng)訓(xùn)練好的支持向量機(jī)模型判別類比，通過支持向量機(jī)模型判定后，計算并輸出每個待測樣本的氮肥施用等級。本發(fā)明指導(dǎo)水稻田合理施用氮肥，不僅體現(xiàn)在氮肥的合理施用，還對水稻田生態(tài)環(huán)境以及整體自然環(huán)境生態(tài)體系的有效保護(hù)。
【IPC分類】G06F19-00, G01N21-31
【公開號】CN104778349
【申請?zhí)枴緾N201510135919
【發(fā)明人】李碩, 史舟, 王乾龍, 周銀
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月26日