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基于特征变量筛选的无人机多光谱遥感土壤含水量反演 被引量:1
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作者 张成才 王蕊 +2 位作者 侯佳彤 姜明梁 祝星星 《中国农村水利水电》 北大核心 2024年第5期147-154,共8页
土壤含水量是影响农作物生长的重要因素之一,对作物估产和旱情监测具有重要作用。在土壤含水量反演时,一般是提取多个光谱变量进行反演,但变量之间包含的光谱信息可能存在冗余重叠,为提取有效特征变量,使其相互独立,论文选取特征变量筛... 土壤含水量是影响农作物生长的重要因素之一,对作物估产和旱情监测具有重要作用。在土壤含水量反演时,一般是提取多个光谱变量进行反演,但变量之间包含的光谱信息可能存在冗余重叠,为提取有效特征变量,使其相互独立,论文选取特征变量筛选方法,并验证其在土壤含水量反演中的适用性。研究基于无人机多光谱影像计算归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)等12种植被指数,结合无人机热红外数据计算地表温度(Land Surface Temperature,LST)和对应温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI),以及miniSAR数据处理得到的4种后向散射系数,采用XGBoost特征变量和最优子集选择算法(Best Subset Selection,BSS)筛选最优变量组合,然后利用偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)和随机森林回归(Random Forest Regression,RFR)算法反演实验区冬小麦抽穗期的土壤含水量。研究结果表明:①0~20 cm深度的反演结果均优于0~10 cm深度;②对比XGBoost-PLSR、XGBoost-RFR、BSS-PLSR以及BSS-RFR四种土壤含水量反演模型,BSS-RFR模型不同深度下的反演精度最高;③0~10 cm土壤深度下XGBoost-PLSR模型的反演精度优于XGBoost-RFR,0~20 cm深度下则两者相反,0~20 cm深度下,BSS-RFR模型的反演精度均高于BSS-PLSR。研究成果可为无人机多光谱遥感反演土壤含水量提供理论和技术支撑,为卫星遥感大范围土壤水分监测提供检验依据。 展开更多
关键词 土壤含水量 无人机 XGBoost特征筛选 最优子集选择 偏最小二乘回归 随机森林回归
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Application of swarm intelligence algorithms to the characteristic wavelength selection of soil moisture content 被引量:2
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作者 Dongxing Zhang Jiang Liu +4 位作者 Li Yang Tao Cui Xiantao He Tiancheng Yu Abdalla N.O.Kheiry 《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》 SCIE EI CAS 2021年第6期153-161,共9页
Swarm intelligence algorithms own superior performance in solving high-dimensional and multi-objective optimization problems.The application of the swarm intelligence algorithms to visible and near-infrared(VIS-NIR)sp... Swarm intelligence algorithms own superior performance in solving high-dimensional and multi-objective optimization problems.The application of the swarm intelligence algorithms to visible and near-infrared(VIS-NIR)spectral analysis of soil moisture can contribute to the optimization of the soil moisture prediction model and the development of the real-time soil moisture sensor.In this study,a high-resolution spectrometer was used to obtain spectral data of different levels of soil moisture which were manually configured.Isolation Forest algorithm(iForest)was used to eliminate outliers from the data.Based on the root mean square error of prediction RMSEP of Back Propagation Neural Network(BPNN)model results,a series of new swarm intelligence algorithms,including Manta Ray Foraging Optimization(MRFO),Slime Mould Algorithm(SMA),etc.,were used to select the characteristic wavelengths of soil moisture.The analysis results showed that MRFO owned the best performance if only from the predictive capability perspective and SMA had a better performance when considering the proportion of the selecting wavelengths and the results of the model prediction.By comparing and analyzing the modeling results of traditional intelligence algorithms Genetic Algorithm(GA)and Particle Swarm Optimization(PSO),it was found that the new swarm intelligence had a better performance in selecting the characteristic wavelengths of soil moisture.Integrating the results of all intelligence algorithms used,soil moisture sensitive wavelengths were selected as 490 nm,513 nm,543 nm,900 nm and 926 nm,which provide the basis for the design of real-time soil moisture sensor based on VIS-NIR. 展开更多
关键词 soil moisture content swarm intelligence characteristic wavelength selection APPLICATION visible and near-infrared spectroscopy
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基于岭回归的土壤含水率高光谱反演研究 被引量:34
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作者 张智韬 王海峰 +2 位作者 KARNIELI Arnon 陈俊英 韩文霆 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期240-248,共9页
以以色列南部Seder Boker地区采集的粘壤土样品为研究对象。在室内利用ASD Field Spec 3型高光谱仪获取土壤的原始光谱,在进行数据预处理和不同数学变换后,共获取了4种光谱指标:光谱反射率(REF)、倒数之对数(LR)、一阶微分(FDR)和去包络... 以以色列南部Seder Boker地区采集的粘壤土样品为研究对象。在室内利用ASD Field Spec 3型高光谱仪获取土壤的原始光谱,在进行数据预处理和不同数学变换后,共获取了4种光谱指标:光谱反射率(REF)、倒数之对数(LR)、一阶微分(FDR)和去包络线(CR)。采用偏最小二乘回归法(PLSR)、逐步回归法(SR)和岭回归法(RR)构建了基于不同指标的土壤含水率高光谱反演模型,并对反演结果进行精度验证与比较。结果表明:REF-PLSR模型在所有回归模型中的反演与预测效果均为最优(R2c=0.990,R2p=0.987),在逐步回归模型和岭回归模型中,LR-SR(R2c=0.981,R2p=0.971)、LR-RR(R2c=0.975,R2p=0.979)均为最佳模型。对于其他3种指标,虽然逐步回归法和岭回归法的建模效果较偏最小二乘回归法略有下降,但R2c均大于0.9,R2p均大于0.8,RPD均大于2.5,RMSE均小于0.03,模型仍具有较好的反演效果;逐步回归法和岭回归法均实现了模型的简化,但岭回归法采用有偏估计从而提高了模型的稳健性,且实现了波段的优选(用于建模的波段数仅为全光谱的0.3%)。粘壤土土壤含水率LR-RR高光谱反演模型的建立为高光谱模型的优化、土壤含水率的快速测定提供了途径。 展开更多
关键词 土壤含水率 高光谱遥感 回归分析 岭回归 波段选择
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无视异绒螨产卵对不同土壤含水量的选择性观察 被引量:1
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作者 张慧杰 李建社 +1 位作者 竹长青 张惠珺 《蛛形学报》 1994年第2期100-103,共4页
试验结果表明,除含水量为5%和17.5%的土壤外,无视异绒螨在含水量为7.5%~15%的范围内均可产卵,其中以含水量为12.5%的土壤产卵量最高,与其它土样之间存在着显著性差异。根据聚类分析结果,可将供试的土样分为3个类型,即最适产卵型(... 试验结果表明,除含水量为5%和17.5%的土壤外,无视异绒螨在含水量为7.5%~15%的范围内均可产卵,其中以含水量为12.5%的土壤产卵量最高,与其它土样之间存在着显著性差异。根据聚类分析结果,可将供试的土样分为3个类型,即最适产卵型(土壤含水量为12.5%)、适宜产卵型(土壤水量为7.5%~10%)和不宜产卵型(土壤含水量为5%、15%和17.5%)。 展开更多
关键词 无视异绒螨 产卵 土壤含水量 选择性
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土壤湿度对台湾铗蠓Forcipomyia taiwana(Shiraki)产卵与幼虫发育影响 被引量:2
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作者 陈家慧 刘阳 +3 位作者 谢恺琪 龚理 张韶华 贾凤龙 《中山大学学报(自然科学版)(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期12-18,共7页
研究了不同土壤含水率和土壤表面类型对台湾铗蠓Forcipomyia taiwana(Shiraki)成虫产卵及幼虫发育的影响。分析了野外草地土壤含水率与台湾铗蠓日刺叮总数之间的关系;研究了在温度为(25±2)℃,空气相对湿度为(70±10)%,光周期为... 研究了不同土壤含水率和土壤表面类型对台湾铗蠓Forcipomyia taiwana(Shiraki)成虫产卵及幼虫发育的影响。分析了野外草地土壤含水率与台湾铗蠓日刺叮总数之间的关系;研究了在温度为(25±2)℃,空气相对湿度为(70±10)%,光周期为12L∶12D下设置土壤含水率0%~10%、10%~20%、20%~30%、30%~40%、40%~50%、50%~60%和60%~70%共7种土壤环境,土壤含水率对台湾铗蠓的产卵量、孵化率、幼虫成活率和化蛹率的影响;探究了土壤表面类型为裸露土壤、石卵、碎松树皮与加肥料土壤条件下台湾铗蠓的产卵量的差异。结果表明,土壤含水率、土壤表面类型对台湾铗蠓产卵影响极显著。野外10%左右的平均土壤含水率是台湾铗蠓孳生的最低含水率阈值,台湾铗蠓在含水率为30%~40%的裸露土壤上产卵量最高;在土壤表面类型为裸露土壤时产卵量最高。石卵、碎松树皮与加肥料土壤表面对雌蠓产卵具有负面的影响。土壤含水率对幼虫发育和化蛹影响均不显著。 展开更多
关键词 台湾铗蠓Forcipomyia taiwana(Shiraki) 土壤含水率 土壤表面类型 产卵选择
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小波变换耦合CARS算法提高土壤水分含量高光谱反演精度 被引量:21
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作者 蔡亮红 丁建丽 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第16期144-151,共8页
为实现干旱地区土壤水分含量(soil moisture content,SMC)的快速监测,该文以渭干河-库车河绿洲为靶区,采用小波变换(wavelet transform,WT)对反射光谱进行1~8层小波分解,通过相关性分析确定最大分解层数,再通过竞争性自适应重加权(compe... 为实现干旱地区土壤水分含量(soil moisture content,SMC)的快速监测,该文以渭干河-库车河绿洲为靶区,采用小波变换(wavelet transform,WT)对反射光谱进行1~8层小波分解,通过相关性分析确定最大分解层数,再通过竞争性自适应重加权(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)滤除冗余变量,筛选出与SMC相关性较好的波长变量,并叠加各层特征光谱的优选波长变量作为最优变量集,用偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)构建土壤水分含量预测模型并进行分析。结果显示:1)小波分解过程中,土壤反射率与SMC的相关性不断增强,到小波变换第6层分解(L6)处达到最高,因此小波变换最大分解层数为6层分解;2)通过对土样进行WT-CARS耦合算法筛选出变量,得出的最优变量集包括400~500、1 320~1 461、1 851~1 961、2 125~2 268 nm区域之间共131个波长变量;3)相对于全波段预测模型,各层特征光谱的CARS优选变量预测模型的精度均高,并且基于最优变量集的预测模型的精度最高,该模型的建模集均方根误差0.021、建模集决定系数0.721、预测集均方根误差0.028、预测集决定系数0.924、相对分析误差2.607。说明WT-CARS耦合算法使其在建立模型时尽可能少地损失光谱细节、较为彻底的去除噪声,同时还能对无信息变量进行有效去除,为该研究区SMC的预测提供新的思路。 展开更多
关键词 土壤 含水率 光谱分析 小波变换 竞争适应重加权采样算法 变量优选
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基于GF-1卫星遥感的河套灌区土壤含水率反演模型研究 被引量:11
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作者 姚一飞 王爽 +3 位作者 张珺锐 黄小鱼 陈策 张智韬 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期239-251,共13页
为探究植被覆盖条件下GF-1卫星反演农田土壤含水率的可行性,以河套灌区解放闸灌域沙壕渠为研究区,采用GF-1卫星遥感影像作为数据源,通过全子集筛选法确定不同土壤深度下光谱指数的最优自变量组合,并分别采用多元线性回归(MLR)、BP神经网... 为探究植被覆盖条件下GF-1卫星反演农田土壤含水率的可行性,以河套灌区解放闸灌域沙壕渠为研究区,采用GF-1卫星遥感影像作为数据源,通过全子集筛选法确定不同土壤深度下光谱指数的最优自变量组合,并分别采用多元线性回归(MLR)、BP神经网络(BPNN)、支持向量机(SVM)3种算法,构建不同深度下土壤含水率反演模型。结果表明,全子集筛选后模型反演精度有较大提升,且过拟合现象减弱;植被覆盖条件下各深度土壤含水率敏感程度从大到小依次为0~40 cm、0~60 cm、20~40 cm、0~20 cm、40~60 cm;植被覆盖条件下各模型对土壤含水率反演能力由强到弱依次为BPNN、SVM、MLR;筛选后BPNN在深度0~40 cm下的建模集和验证集R~2均能达到0.50以上,RMSE在0.02%以内。研究结果可为植被覆盖条件下利用GF-1卫星监测农田土壤含水率提供参考。 展开更多
关键词 土壤含水率 遥感 反演 GF-1卫星 全子集筛选 光谱指数
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中美路堤压实设计与施工控制标准的比较分析 被引量:1
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作者 胡海英 王钊 杨志强 《公路》 北大核心 2004年第9期152-157,共6页
从填土选择、含水量控制及压实度标准 3个方面对国内与美国 (主要是依阿华州 )的路堤设计与施工控制标准进行了比较 ,并作了详细的分析 ,重点强调了填土选择与含水量控制对提高路堤压实质量的重要性。得出结论 :除了控制压实度 ,有必要... 从填土选择、含水量控制及压实度标准 3个方面对国内与美国 (主要是依阿华州 )的路堤设计与施工控制标准进行了比较 ,并作了详细的分析 ,重点强调了填土选择与含水量控制对提高路堤压实质量的重要性。得出结论 :除了控制压实度 ,有必要对影响路堤压实的其他因素进行深入研究并提出相应的要求 。 展开更多
关键词 高路堤 含水量控制 压实度 压实质量 设计与施工 填土 控制标准 中美 比较分析 国内
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