[发明专利]一种基于光谱曲面匹配的土壤类型识别方法

说明书

本发明公开了一种基于光谱曲面匹配的土壤类型识别方法，首先，针对待识别土壤剖面各发生层的光谱反射率进行剖面深度插值处理和一阶求导处理，生成待识别土壤剖面的光谱曲面；然后，分别针对土壤样本库中的各个土壤剖面，针对土壤剖面各发生层的光谱反射率，进行剖面深度插值处理和一阶求导处理，生成各个土壤剖面的光谱曲面；最后进行光谱曲面匹配，识别出待识别土壤剖面的土壤类型。如此，基于土壤剖面的光谱反射率进行深度插值处理、求导处理、光谱曲面生成，以及光谱曲面相似性判别，整合利用土壤剖面中不同深度土壤光谱数据进行匹配，实现最终土壤类型的识别。

技术领域

本发明涉及一种土壤类型识别方法，具体说是一种基于光谱曲面匹配的土壤类型识别方法，属于土壤地理和模式识别技术领域。

背景技术

土壤分类是依据土壤实体性状的综合差异，划分出不同级别的土壤类型，以便因地制宜的推广农业技术和改良土壤。对于土壤类型的识别需要获取大量的土体形态、物理、化学乃至生物等诊断信息，其中部分信息(如形态、容重等)可以通过肉眼观察或简单测量得到，但大多数物理、化学信息在传统上需要经过实验室测试分析方可获得。所以，对土壤类型的识别和鉴定通常成本较高，而且需要土壤分类专家的参与。

目前，为了满足快速发展的大量高精度土壤信息需求，快速获取和持续更新土壤信息是土壤资源研究领域的核心研究内容之一。传统方法由于其成本高、效率低，通常存在采样尺度偏大、采样密度偏稀疏、调查频率偏低等问题，难于满足对土壤信息进行动态、快速、低成本获取和更新的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出了一种基于光谱曲面匹配的土壤类型识别方法，弥补了现有技术空白，利用土壤剖面中不同深度土壤光谱数据进行匹配，实现土壤类型的识别。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于光谱曲面匹配的土壤类型识别方法，包括如下步骤：

步骤一.针对待识别土壤剖面各发生层的光谱反射率，分别进行剖面深度插值处理和一阶求导处理，获得待识别土壤剖面的光谱曲面；

步骤二.分别针对土壤样本库中的各个土壤剖面，针对土壤剖面各发生层的光谱反射率，进行剖面深度插值处理和一阶求导处理，分别获得各个土壤剖面的光谱曲面；

步骤三.根据各个土壤剖面的光谱曲面，针对待识别土壤剖面的光谱曲面进行光谱曲面匹配，识别出待识别土壤剖面的土壤类型。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤一中和步骤二中，针对土壤剖面各发生层的光谱反射率，按如下步骤，进行剖面深度插值处理和一阶求导处理，获得土壤剖面的光谱曲面；

步骤1.针对土壤剖面，获得各发生层的光谱反射率的集合P＝{p_ij|i＝1,…,n；j＝1,…,m}，其中，n为光谱波段数，m为土壤剖面所对应发生层的数量,p_ij表示土壤剖面第j个发生层在波段i处的反射率值；

步骤2.采用等积二次样条插值方法，针对土壤剖面各发生层的反射率值p_ij，进行深度插值处理，获得预设距离间隔、不同深度处的土壤光谱反射率P'＝{pa'_ij'|i＝1,…,n；j'＝1,…,m'}，其中，m'表示插值后的土壤光谱曲线数量，pa_i'_j'表示插值所生成的第j'条光谱曲线在波段i处的反射率值；

步骤3.针对经深度插值处理所获得的土壤光谱反射率，首先进行11点移动平均平滑处理，然后采用Savitzky-Golay卷积求导法计算21点二次多项式平滑的光谱反射率一阶导数；

步骤4.针对光谱反射率一阶导数，以波段为横坐标，以剖面深度为纵坐标，生成光谱曲面。