陳 麗

（三和數(shù)碼測繪地理信息技術(shù)有限公司，甘肅 天水 741000）

遙感技術(shù)為土壤檢測工作的開展提供了保障，尤其是在多光譜方面的研究，開展實踐工作主要就是針對土壤中鹽、水及重金屬的含量進行分析，準(zhǔn)確探究土壤的特性，充分了解并掌握土壤肥力，以便在后續(xù)研究工作中加強創(chuàng)新。然而，盡管學(xué)者已經(jīng)從多角度展開研究工作，并構(gòu)建了土壤養(yǎng)分估測模型，但仍然受到了一些因素的影響，無法保證各項數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為此，本文根據(jù)現(xiàn)階段土壤主要養(yǎng)分含量的估測工作進行深入探討分析，通過整合地面高光譜和無人機多光譜遙感技術(shù)對土壤主要養(yǎng)分含量進行準(zhǔn)確測定，篩選養(yǎng)分特征，并實施對比分析，建立了擬合模型，以期為后期農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作提供數(shù)據(jù)支持與保障。

1 研究背景與意義

土壤是植物生長的基質(zhì)，其可以為不同類型的植物提供各種養(yǎng)分，是植物養(yǎng)分的重要來源。對土壤進行養(yǎng)分分析，可以更加準(zhǔn)確地了解土壤的肥力，提升土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，更好地保證植物在生產(chǎn)過程中所需的養(yǎng)分。同時，土壤有機質(zhì)通過分類處理可以更好地進行規(guī)范，并促進生物和土壤微生物活動，提高土壤的整體性能。其中，針對土壤養(yǎng)分估測工作，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)階段工作情況做好規(guī)范工作，以便于更加科學(xué)地進行研究，以鉀元素、氮元素及磷元素作為基礎(chǔ)，在研究與應(yīng)用階段，科學(xué)合理的研究方案發(fā)揮著不可替代的作用，需要予以廣泛重視，以此保證作物的健康生長[1]。

現(xiàn)階段，土壤養(yǎng)分估測工作方法較多，在優(yōu)化處理階段，傳統(tǒng)實驗室測試方案需要運用化學(xué)試劑，為保證檢測的準(zhǔn)確性，應(yīng)制定科學(xué)的研究模式，利用光譜法進行優(yōu)化控制，可以提升數(shù)據(jù)檢測的效果。而且在科學(xué)技術(shù)水平不斷提升的背景下，應(yīng)圍繞地面多光譜與無人機高光譜測定方法，建立符合當(dāng)前趨勢的運行方案，并準(zhǔn)確把控各項數(shù)據(jù)參數(shù)，充分了解土壤中復(fù)雜養(yǎng)分的對應(yīng)關(guān)系，進而實施更好的研究處理。

2 土壤養(yǎng)分的光譜特征與遙感估測

在對比分析與研究階段，土壤中有效磷元素、速效鉀含量與光譜關(guān)系分析較少，缺乏光譜機理分析，無法保證后續(xù)估測工作的順利進行。因此，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在優(yōu)化研究階段，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有估測情況對數(shù)據(jù)獲取與處理制定更加可靠的措施，減少影響及問題的產(chǎn)生，真正體現(xiàn)實踐工作的價值。然而，在實踐分析工作中，受多樣化因素影響，分析效果不夠明顯，預(yù)測土壤有效磷元素與速效鉀含量的可行性有待分析。如果分別運用多光譜與高光譜展開研究工作，則可以更好地對估算工作進行優(yōu)化處理。但仍然需要注意的是，養(yǎng)分含量估測技術(shù)的應(yīng)用所包含的工作較多，在優(yōu)化分析工作中，估算過程一致，但受多種因素限制，所以光譜預(yù)處理與特征波段選擇會存在問題。估算模型建立所包含的工作也較多，必須嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)展開，以提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并展現(xiàn)數(shù)據(jù)信息處理的價值。此外，為推進后續(xù)研究工作穩(wěn)步運行，應(yīng)圍繞土壤養(yǎng)分分析標(biāo)準(zhǔn)來展開，優(yōu)化遙感技術(shù)，充分發(fā)揮技術(shù)的作用及價值[2]。

3 數(shù)據(jù)的獲取與前期檢測準(zhǔn)備

3.1 數(shù)據(jù)獲取

為保證數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性，應(yīng)圍繞地理位置展開探究，將無人機融入實踐工作當(dāng)中，以影像采集作為基礎(chǔ)，綜合考慮多方面因素，并開展試驗田。例如，將某試驗田作為研究對象，其位置地勢走向為北高南低，同時區(qū)域范圍內(nèi)主要為長方形監(jiān)測區(qū)域，在選取符合土壤特征地塊進行采樣的過程中，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)階段情況建立模型，以化學(xué)分析、光譜測試為主，保證后續(xù)監(jiān)測工作的順利開展。在多光譜數(shù)據(jù)采集階段，應(yīng)科學(xué)選擇無人機鏡頭，并充分考慮氣候影響，控制無人機的飛行高度、速度，拍照時間間隔應(yīng)控制在2 s～5 s。此外，對于高光譜數(shù)據(jù)采集，應(yīng)根據(jù)實際情況對全波段進行土樣采集，并選擇合適的采集模式，以便更加科學(xué)地進行規(guī)范化采集，從而更加準(zhǔn)確地分析各個樣本數(shù)據(jù)，做好檢測工作，并最大程度地體現(xiàn)實踐工作的作用[3]。

3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理準(zhǔn)備

在對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理的工作階段，應(yīng)圍繞影像拼接及土壤測定模式展開，通過篩選無人機采集的照片，利用軟件對照片進行拼接處理，可以獲取更為準(zhǔn)確的影像信息。對于土壤養(yǎng)分測定工作，應(yīng)整合物理與化學(xué)方法，對有機質(zhì)進行全面檢測，以便規(guī)范化操作，實現(xiàn)更準(zhǔn)確的土壤元素測定。同時，光譜曲線優(yōu)化處理階段受多種因素的影響，所以應(yīng)采用不同的傳感器開展工作，避免出現(xiàn)問題，可以通過軟件進行規(guī)范控制，消除斷點問題，以平滑處理的方式消除噪聲影響，可以更加充分地了解土壤光譜曲線的特征。

4 結(jié)果分析

4.1 多光譜反演分析

土壤養(yǎng)分含量分析所包含的工作較多，要想全面保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可以通過測定多光譜反射率系數(shù)，對土壤養(yǎng)分含量進行優(yōu)化控制，以分布檢測作為處理手段，運用Pearson分析[4]，提高不同波段信息檢測的準(zhǔn)確度。土壤養(yǎng)分含量與光譜反射率系數(shù)測定情況，如表1所示。

分析表1可知，除了速效磷和有機質(zhì)以外，土壤養(yǎng)分含量與光譜之間存在顯著的相似性，所以在探究工作中，可以通過建立指標(biāo)模型，提高對養(yǎng)分測試的準(zhǔn)確性。以建立回歸模型為基礎(chǔ)，分別進行單雙變量分析，通過實驗全面檢測土壤養(yǎng)分含量，并改進檢測模式，充分掌握土壤反射率情況，以提高測定的準(zhǔn)確度[5-7]。

表1 土壤養(yǎng)分含量與光譜反射率系數(shù)測定情況

通過研究分析，可以對土壤中鉀元素含量進行測定，選取兩波段變量為基礎(chǔ)，再構(gòu)建養(yǎng)分含量測定模式，同時在合成指數(shù)光譜反演的基礎(chǔ)上，分析建立的擬合模型能否通過土壤反射率反映出土壤中的養(yǎng)分情況[8-9]。通過一維分析后，應(yīng)圍繞多光譜二維合成再進行土壤養(yǎng)分含量的分析，并分別對不同波段信息進行探究，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，經(jīng)過可靠性處理，鉀元素與波段各指數(shù)有關(guān)，利用合成波段分別進行相關(guān)性分析，全面探究不同元素的模型，以提升數(shù)據(jù)監(jiān)測的準(zhǔn)確性，避免受影響過于嚴(yán)重而產(chǎn)生問題。同時，在新模型建立后，應(yīng)設(shè)置擬合方案，測定各項數(shù)據(jù)信息，以更好地反映鉀元素含量。但仍然需要注意的是，不同測定方式測定的指數(shù)有著一定差距，所以在優(yōu)化控制階段，需要對反推演數(shù)據(jù)了解充分，從而減小影響及限制。

4.2 高光譜反演研究

在多光譜遙感分析完成后，應(yīng)以合成植被指數(shù)和各個波段數(shù)據(jù)整合作為基礎(chǔ)，分析鉀元素含量，構(gòu)建多光譜指數(shù)測定模式，并事先對原始數(shù)據(jù)進行分析，以不同形式進行探究，了解所包含的信息，從反射率對數(shù)、平方根及倒數(shù)展開，推導(dǎo)出各項數(shù)據(jù)信息[10]。

對土壤速效氮含量與光速指數(shù)的分析，應(yīng)圍繞土壤養(yǎng)分含量相關(guān)性展開，對明顯的系數(shù)差距進行分析，準(zhǔn)確把控指數(shù)情況，經(jīng)過相關(guān)性分析探究養(yǎng)分含量，提取土壤中主要養(yǎng)分，并對各元素含量實施對比分析，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；再分別通過回歸分析，對各項系數(shù)實施優(yōu)化，改進全氮元素擬合模型，了解土壤養(yǎng)分含量改善情況，以綜合性分析作為基礎(chǔ)，計算出養(yǎng)分含量曲線圖，整合不同回歸分析指數(shù)，為研究分析工作的開展提供有力依據(jù)。

利用相關(guān)分析法進行探究，在一定程度上可以提取土壤養(yǎng)分含量系數(shù)，對各波段范圍內(nèi)信息進行全面分析，為回歸分析提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。同時，在實踐探究階段，應(yīng)對相關(guān)系數(shù)極值點敏感段進行擬合處理，體現(xiàn)出相關(guān)影響，避免僅靠數(shù)據(jù)模型無法規(guī)范處理各項信息的情況。對于回歸分析所包含的內(nèi)容，存在一定的片面性，而且建模效果不夠理想，若沒有準(zhǔn)確判定信息，會產(chǎn)生一定的影響，應(yīng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進行規(guī)范化處理，建立機器學(xué)習(xí)，并對土壤有機質(zhì)主要含量進行分析，以便更加準(zhǔn)確地預(yù)算精度，選擇不同預(yù)算評估方法，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實現(xiàn)更加可靠的管理與規(guī)范工作。通過對不同方法的探究，可以發(fā)現(xiàn)土壤養(yǎng)分含量測定所包含的內(nèi)容較多，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)階段情況制定針對性處理方案，以便在產(chǎn)生問題時可以更好地實施規(guī)范處理。

5 多光譜與高光譜整合對土壤養(yǎng)分評估分析

在研究工作開展階段，分別運用多光譜和高光譜對土壤養(yǎng)分含量進行估測研究，可以發(fā)現(xiàn)二者有著明顯的差距。首先，對于多光譜的運用，主要是對土壤紅外波段體現(xiàn)出明顯的敏感現(xiàn)象，而且土壤反射率與其他波段有著一定差距。在工作中應(yīng)做好全面探究與分析，利用合成植被指數(shù)做好對比分析工作，對各項數(shù)學(xué)的差值進行探究，以便更好地了解土壤中養(yǎng)分的主要含量。通過回歸分析法對養(yǎng)分含量相關(guān)性進行分析，探究各項系數(shù)情況，對所造成的影響進行優(yōu)化分析，在避免影響及限制的同時，可以初步估測結(jié)果。在多光譜估測中，通過不同形式對土壤中鉀元素的含量進行分析，以建立的模型為基礎(chǔ)，體現(xiàn)擬合的意義。

受多光譜養(yǎng)分評估效果因素影響，在利用高光譜進行土壤養(yǎng)分分析工作時，應(yīng)充分了解特征波段情況，在注重單向分析的同時，準(zhǔn)確分析土壤中的養(yǎng)分含量，以保證各項工作的科學(xué)性，并通過運用機器學(xué)習(xí)的方法，建立符合當(dāng)前土壤檢測方法的回歸模型，全面分析擬合效果。使用支持向量機的模型，可發(fā)現(xiàn)RMSE（均方根誤差）相對較好，適用于土壤養(yǎng)分含量估測。

對于高光譜多變量土壤養(yǎng)分含量分析工作的開展，需要對變量數(shù)據(jù)進行分析，以便更加科學(xué)地進行優(yōu)化，在機器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化控制，從而獲取更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。但是，對于樣本數(shù)據(jù)提取與檢測應(yīng)圍繞研究情況進行優(yōu)化控制，以獨立樣本測評為基礎(chǔ)，準(zhǔn)確實施驗證與處理。而且，樣本變量較少時，應(yīng)以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與回歸分析為基礎(chǔ)，以便更好地分析擬合效果，并為后續(xù)變量估測提供幫助，保證擬合精準(zhǔn)性，不斷增加樣本數(shù)量，保證檢測結(jié)果，提高檢測的準(zhǔn)確度。

6 結(jié)論

本文通過實例數(shù)據(jù)，對比分析了高光譜與多光譜在土壤主要養(yǎng)分含量估測中的應(yīng)用優(yōu)勢，并將兩者的優(yōu)勢進行整合，建立了擬合模型，有效提升了土壤中主要養(yǎng)分估測的準(zhǔn)確度，并希望可以為土壤養(yǎng)分含量估測工作提供借鑒，從而提升土壤養(yǎng)分含量估測的作業(yè)效率和估測結(jié)果的準(zhǔn)確度，助推土壤養(yǎng)分含量估測工作。