基于高光谱技术公路路基土壤压实度定量反演的研究

路基压实度是影响公路施工质量与使用寿命的重要因素,因此,快速、无损、精准掌握公路路基压实度具有重要的现实需求与意义,然而传统公路路基压实度的检测主要基于少量离散点的精准检测实现,无法满足全面、精准检测路基施工质量的需求。高光谱技术是一种可实现实时、快速、无损、精准监测地表信息的高新技术,这为公路路基压实度的检测提供了新的解决思路。为探寻高光谱技术在检测公路路基土壤压实度方面的可行性,通过土壤击实实验和土壤光谱测定获取土壤压实度及相应光谱数据,并借助土壤光谱响应机理分析构建土壤紧实度系数;然后采用压实前、后土壤光谱构建土壤紧实度系数,并选用离散小波算法处理分析土壤紧实度系数,并结合相关性算法定量分析低频、高频信息与土壤最大干密度进行相关性分析,提取并筛选特征波段,然后基于偏最小二乘算法构建土壤最大干密度的估测模型,研究结果表明:(1)压实后土壤光谱幅度随土壤含水量的增加而降低,光谱降低幅度随土壤含水量的增加而增加,且土壤光谱反射率的变化幅度与土壤含水量差异的关系为非线性;与压实前土壤光谱相比,除20%土壤含水量外,压实后土壤光谱反射率几乎在全波段区间均产生不同程度的增加或降低,而该变化易对土壤成分的检测产生一定影响。(2)基于压实前、后土壤光谱生成的土壤紧实度系数能明显提升光谱对压实后土壤最大干密度的敏感性,其相关系数R最高可达0.811,为高度相关。(3)在离散小波算法下,高频信息能明显提升土壤紧实度对土壤最大干密度的估测能力,其中基于D_(1)构建的模型精度最高,为最优模型,其R^(2)=0.957,RMSE=0.023,土壤紧实度系数的分辨率对估测模型的精度影响较大。该研究成果可为将高光谱技术应用于公路路基压实度、其他工程地基压实度及耕层土壤紧实度的监测提供基础理论与方法支撑。