光谱技术在土壤水分含量检测中的研究进展

摘要

土壤水分是影响农业生产的重要因素之一,对农作物生长发育情况和最终产量起着关键的作用,然而农业用水浪费现象普遍存在,预计至2020年我国灌溉水利用系数仅为0.55,远低于0.7～0.8的世界先进水平,因此准确有效地判断土壤含水量丰缺情况对农业生产实践具有重要意义,光谱技术利用物体特征谱线的不同,能够同时获取目标的图像信息和光谱信息,从而更直观地表达目标的特征,从而精确、快速、无损地对土壤水分的含量进行动态的检测,该技术极大地促进了农业的精准化、智能化和现代化,在土壤水分含量检测中占有重要地位.文章综述了国内外土壤水分含量检测的最新文献,对基于光谱技术的土壤水分含量检测的研究进展进行了系统地讨论,分析了传统方法的不足,并阐述了光谱成像技术的优势:(1)实时性;(2)无损性;(3)精确性;及其在土壤水分含量检测中的局限性:(1)土壤的构造复杂;(2)泛化能力不足;(3)气候条件制约.重点阐述了光谱在土壤水分检测中的三个关键技术:(1)光谱数据预处理技术,重点对比了常见的预处理技术原理及其效果;(2)光谱特征提取技术,对比了常见的特征光谱提取方法,重点分析了土壤水分的敏感波段;(3)光谱建模技术,重点对比了土壤水分含量检测的线性和非线性模型,分析其原理、应用范围及模型精度,得出非线性模型将成为光谱技术在土壤水分含量检测的主流建模方法.最后依据上述分析,对光谱技术在土壤水分检测领域中的应用前景和研究趋势进行了展望:一是要提高该技术的泛化能力和鲁棒性,建立可用于多种土壤类型的水分检测模型;二是要建立大范围区域并动态实时更新的土壤光谱数据库,为提高模型精度做好数据基础.