基于近红外光谱技术预测森林土壤有机碳含量的研究

发布时间：2020-05-10 14:37

【摘要】：森林土壤有机碳是反映土壤肥力的重要内容,土壤肥力指示着林地土壤的营养状况。因此,快速测定土壤有机碳含量可以实时地估测林区土壤碳储量的动态变化。本文应用近红外光谱技术快速预测森林土壤有机碳含量,充分体现了它测定快捷、简单、无损等优点。文中分别采用偏最小二乘法(PLS)、主成分回归法(PCR)、BP神经网络、支持向量机(SVR)化学计量学算法建立土壤有机碳含量近红外模型,同时在建模过程中分别探讨了多种预处理方法结合、谱区优选、主成分压缩提取、模型参数优选的影响。 (1)应用PLS和PCR两种建模方法比较,采用不同预处理方法结合、谱区优选进行模型寻优。结果表明,当光谱区域为优选谱区(1380-1450nm,1800-1950nm,2050～2300nm),光谱数据采用Savitzky-Golay平滑+多元散射校正+一阶导数预处理,应用PLS的建模方法,主成分数为8时,建立的模型有最佳预测效果。预测均方根误差(RMSE)为0.5143,预测标准差(SEP)为0.5140,预测集中预测值和实测值的相关系数为0.7537,满足精度要求。 (2)利用主成分分析法压缩提取数据的前8个主成分,最终建立BP神经网络模型。结果表明,采用Levengerg-Marquardt优化网络,所得训练集的相关系数R为0.8829,均方根误差为0.4120,校正集的相关系数为0.7800,均方根误差为0.5002,验证集的相关系数为0.8494,‘均方根误差为0.4538,满足精度要求且有一定的提高。 (3)采用支持向量机回归(SVR)方法实现非线性拟合,同时对归一化方式、核函数、最佳参数c和g三种影响参数进行寻优,从而快速测定森林土壤有机碳含量。结果表明,采用[-1,1]归一化方式、径向基核函数、最佳参数c=0.5和g--0.0625时,土壤有机碳含量的预测效果为,相关系数R=0.8903,均方根误差RMSE=0.2739,满足精度要求且有进一步的提高。 (4)PLS、BP及SVR模型均能实现对森林土壤有机碳含量的快速预测,通过比较,PLS可实现粗略预测,BP神经网络较精确,而SVR最精确。本文为森林土壤有机碳含量的测定提供新思路,为施行有效地抚育管理提供理论依据与技术支撑。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S714.2

【参考文献】