基于可见近红外光谱的土壤有机质快速检测方法和仪器研究

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1、全日制学术型硕士学位论文论文题目：基于可见近红外光谱的土壤有机质快速检测方法和仪器研究作者姓名祝旻指导教师杨海清副教授学科专业控制科学与工程所在学院信息工程学院提交日期2015年4月21日浙江工业大学硕士学位论文基于可见近红外光谱的土壤有机质快速检测方法和仪器研究作者姓名：祝旻指导教师：杨海清副教授浙江工业大学信息工程学院2015年4月浙江王业大学学位论文原创性声明本人郑重声明；所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作巧取得的研究成果。除文中己经加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，

2、也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中明满方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：奴隻日期：＞八年ｒ月＞日３学位论文版巧使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密□，在年解密后

3、适用本授权书。２、不保密材。＂＂（请在［＾上相应方框内打Ｖ）作者签名＇：ｉＶ曼日期；＞。咬年月＞日１多导师签名；寸如告常日期：Ｗ畔ｒ月２＾日＾DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterRapidDetectionandInstrumentationofSoilOrganicMatterBasedonVisibleandNearInfraredSpectroscopyCandidate:ZhuMinAdvisor:A/Pr

4、of.YangHaiqingCollegeofInformationEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyApr2015浙江工业大学硕士学位论文基于可见近红外光谱的土壤有机质快速检测方法和仪器研究摘要土壤有机质是土壤重要的组成部分，对土壤肥力的发展和植物的生长起着重要作用。我国传统农业生产中注重精耕细作、大量施用有机肥料，导致劳动生产率较低、对土地环境的影响较大。因此快速获取土壤中有机质含量信息，对于农业生产的科学管理、定量施肥的推广和精细农业的发展具有基础性的作用和实际意义。传统的土壤有机质含量测定主要是

5、依靠实验室化学方法测定，尽管该方法测量精度较好，然而其具有对操作人员的要求较高、耗费时间较长以及测量成本较高的缺点。由于土壤有机质含量是农田养分分级的重要指标，因此亟需一种快速简便、精度较高的方法和仪器对农田土壤有机质含量进行分级评估。本研究基于可见近红外光谱技术针对浙江省的土壤特点对有机质含量进行了光谱建模研究和仪器研制的探索，其中实验土壤样本采集自浙江省内十个不同地区共104个；采用美国海洋公司的USB4000光纤光谱仪获取土壤光谱，范围为350～1050nm。本文的主要工作和研究内容如下：（1）采用可见近红外光谱技术建立了基于全谱的土壤有机质光

6、谱检测模型，对土壤有机质含量进行定量检测。根据采集的土壤光谱特点，分析了异常样本及其对建模的影响。针对土壤光谱中噪声较大的问题，采用平滑滤波、多元散射校正、基线校正和小波阈值消噪等预处理方法对光谱进行预处理并进行对比，其中小波阈值消噪法在sym6小波函数7层分解下除噪效果最佳，PLS模型的预测结果相比原始光谱决定系数（R2）由0.74提高到P了0.76，相对分析误差（RPD）由2.00提高到了2.07。结果表明适当的预处理方法可以提高土壤有机质检测模型精度。（2）研究了适用于仪器设计的光谱计算模型简化方法。由于土壤光谱数据量大、包含了大量冗余信息，导

7、致基于全谱方式建立的检测模型复杂度高、计算量大，因此通过提取光谱中的特征波长简化土壤有机质定量分析模型。提出了采用间隔偏最小二乘法、无信息变量消除、连续投影算法、竞争自适应重加权采样、遗传算法、蚁群优化算法和粒子群优化算法等方法提取光谱中的特征波长建模，结果显示粒子群优化算法提取的26个波长i浙江工业大学硕士学位论文PLS建模预测效果最佳，其R2为0.81、RPD为2.31，通过选择特征波长有效的简化了检P测模型并缩短了计算时间。（3）研制了基于光谱特征波长的便携式土壤有机质检测仪器样机。采用模块化的硬件设备设计并制作了仪器原型，并根据设计的光谱仪硬

8、件特点使用Java编程语言开发了基于ARM-Linux嵌入式系统的土壤有机质快速检测软件，该软件具有良好的交