基于土壤水分的播深调整技术,需要对播种沟土壤水分进行测量,以便根据落种点处的土壤水分信息进行播种调节,改变播种策略.本文设计了一种可见光-近红外(Visible and near-infrared,VIS-NIR)式土壤水分传感器.使用高分辨率光谱仪采集不同水分梯度的土壤光谱数据,采用偏最小二乘回归法(Partial least squares regression,PLSR)进行建模分析,并结合多种数据降维方法进行变量筛选,得出不同土壤含水率的敏感波段分别在410、540、780、970 nm附近;通过对这4种波长进行组合建模分析,选择得出预测最优的VIS和NIR波长组合为410 nm和970 nm.采用这两种波长设计传感器,并进行实验室试验,结果表明:当传感器与被测土壤表面距离d较近时(0～3 mm),测量精度和稳定性最好;当d为0～3 mm、土壤质量含水率处于0.69％ ～ 28.45％时,真实值与预测值之间决定系数R2达到0.81,均方根误差(RMSE)为2.90％;当土壤质量含水率处于0.69％ ～22％时,真实值与预测值之间R2提高至0.93,此时均方根误差降低为1.72％.通过析因试验得出,在显著性水平为0.05时,温度与光照强度对传感器正常工作没有明显影响.土槽试验表明,真实值与预测值之间R2为0.82,RMSE为1.23％,满足玉米等作物播种环节土壤水分的测量要求.
可见光-近红外 土壤含水率 传感器 精密播种 偏最小二乘回归