[发明专利]基于成像光谱的土壤有机碳含量连续深度分布提取方法

权利要求书

1.基于成像光谱的土壤有机碳含量连续深度分布提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、分别在目标区域的各个采样点内采集完整土壤剖面样品，在完整剖面土壤样品的采集深度内采集预设数量的土壤剖面条带样品；

步骤B、分别针对每个采样点采集的各个土壤剖面条带样品，对采集的各个土壤剖面条带样品进行预处理，清除土壤剖面条带样品中的杂物，并将样品自然风干后研磨过筛，测量预处理后的各个土壤剖面条带样品中的土壤有机碳含量，进一步得到目标区域内土壤剖面条带样品的有机碳含量的范围；

步骤C、分别针对每个采样点，采集完整土壤剖面样品的成像光谱数据，形成完整剖面成像，进一步得到完整剖面成像的光谱数据，对完整剖面成像的光谱数据进行预处理，提取完整剖面成像光谱数据的行平均值作为完整剖面成像的行平均光谱数据，随后按照各个土壤剖面条带样品采样的深度，利用行平均光谱数据，得到不同深度土壤剖面条带样品的光谱数据，进一步得到目标区域内的所有完整剖面土壤样品的行平均光谱数据、以及所有土壤剖面条带样品的光谱数据；

步骤D、基于步骤C中获得的目标区域内土壤剖面条带样品的光谱数据，得到土壤有机碳含量预测模型；

所述步骤D中，将目标区域内所有土壤剖面条带样品随机分为建模样本集和验证样本集，以建模样本集中的光谱数据为输入，以土壤剖面条带样品有机碳含量的预测值为输出，通过偏最小二乘回归分析方法构建土壤有机碳含量预测模型，使用验证样本集中的光谱数据，结合步骤B得到的目标区域内土壤剖面条带样品的有机碳含量的范围对土壤有机碳含量预测模型的精度进行检验；

检验土壤有机碳含量预测模型的精度，根据公式：

计算土壤有机碳含量预测模型的决定系数R²、以及均方根误差RMSE，其中，y_i为目标区域内n个土壤剖面条带样品中第i个土壤剖面条带样品中土壤有机碳含量的实测值，为第i个土壤剖面条带样品中土壤有机碳含量的预测值，为土壤有机碳含量的样本平均值；

其中，R²的计算数值越大，并且RMSE的计算数值越小，说明土壤有机碳含量预测模型的精度越高；

步骤E、基于步骤D中获得的土壤有机碳含量预测模型，结合步骤C中获得的行平均光谱数据，反演土壤完整剖面内不同深度的有机碳含量，得到土壤完整剖面成像中有机碳含量连续深度分布曲线，得到土壤有机碳含量的分布、以及变化规律。

2.根据权利要求1所述的基于成像光谱的土壤有机碳含量连续深度分布提取方法，其特征在于，所述步骤B中还包括，采用重铬酸钾氧化-外加热法测定土壤剖面条带样品中的土壤有机碳含量，得到土壤剖面条带样品中有机碳含量的范围以及平均值。

3.根据权利要求1所述的基于成像光谱的土壤有机碳含量连续深度分布提取方法，其特征在于，所述步骤C中，将得到的完整土壤剖面样品于室温下风干，并在暗室下使用INFINITY V10E高光谱成像仪采集成像光谱数据，光谱范围为383.53nm～1050.26nm，波段数为256个。

4.根据权利要求3所述的基于成像光谱的土壤有机碳含量连续深度分布提取方法，其特征在于，采集到的成像光谱数据剔除光谱数据中的植被根系、剖面表面裂隙以及阴影像元后，保留411.64nm～999.15nm光谱范围内的波段数据，完成对土壤完整剖面成像的光谱数据的预处理。

5.根据权利要求1所述的基于成像光谱的土壤有机碳含量连续深度分布提取方法，其特征在于，所述步骤E中，使用行平均光谱数据反演完整土壤剖面中不同深度的有机碳含量，提取预设单位深度的有机碳含量，构成土壤完整剖面成像中有机碳含量连续深度分布曲线。