基于随机森林的土壤重金属高光谱遥感反演研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woaipsjz
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着煤矿资源的开采,土壤重金属污染问题也逐渐加剧。研究煤矿区土壤重金属污染,对人类的健康以及社会资源可持续发展至关重要。传统的土壤重金属含量检测方法耗时耗力;高光谱成像仪波段众多、光谱分辨率高、信息量大,它的出现为矿区土壤重金属的反演研究提供了新的思路。传统的线性或非线性反演方法存在模型泛化能力不足、运行效率低等问题,由于随机森林融合了多棵决策树进行训练,预测性能有很大提高,成为近些年研究的热点。论文以江苏徐州铜山柳新矿区为研究区,采用ASD FieldSpec 3 Hi-Res地物光谱仪和Hyspex成像光谱仪对该区的土壤重金属含量进行估计,主要结论如下:(1)在基于实验室高光谱数据的土壤重金属定量估算研究中,采用局部相关最大去噪方法以及多种变量选择和建模方法进行。预处理结果表明,局部相关最大方法在最大化去噪的同时又能留存与重金属元素相关的光谱信息,可以得到更高的相关性和更多的相关性波段。对偏最小二乘模型、支持向量机模型、基于递归特征去除的支持向量机模型、The Least Absolute Shrinkage and Selection Operator、岭回归、弹性网络、岭回归系数筛选法以及随机森林、正则化随机森林、引导随机森林、引导正则化随机森林模型进行比较研究。反演结果表明基于随机森林的正则化变量选择方法可以提取出最优的波段,效率较高。对Cr的预测中,正则化随机森林最优,Rp2、RMSEp、MREp分别为0.8708,3.0687,0.0467;对Cu的预测中,正则化随机森林最优,Rp2、RMSEp、MREp分别为0.8215,3.7583,0.1657;对Pb的预测中,引导正则化随机森林最优,Rp2、RMSEp、MREp分别为0.8363,2.4325,0.1191。(2)采用ASD获取的原始光谱对大气校正后的Hyspex影像光谱进行重金属预测研究。室内反演结果表明,随机森林模型是最优的模型,对Cr的预测中,引导随机森林最优,Rp2、RMSEp、MREp分别为0.7179,15.8920,0.2530;对Cu的预测中,正则化随机森林最优,Rp2、RMSEp、MREp分别为0.6388,11.7921,0.8174;对Pb的预测中,引导随机森林最优,Rp2、RMSEp、MREp分别为0.3661,5.3969,0.3617;野外反演结果整体优于室内反演结果,并且随机森林模型表现最优,对Cr的预测中,正则化随机森林最优,Rp2、RMSEp、MREp分别为0.4113,15.0728,0.2473;对Cu的预测中,正则化随机森林最优,Rp2、RMSEp、MREp分别为0.4146,13.1818,0.9933;对Pb的预测中,正则化随机森林最优,Rp2、RMSEp、MREp分别为0.5710,4.9364,0.2719。(3)通过研究航空高光谱的混合像元分解问题,构建了基于混合像元分解的航空高光谱影像数据的重金属含量反演。解混光谱与原始光谱反演结果表明,前述的方法的反演精度均得到了提高,验证了混合像元分解在光谱反演中的有效性。在解混光谱反演中,对比分析各模型,随机森林能获取较好的反演精度,其中,对Cr的预测最优模型为正则化随机森林,Rp2、RMSEp、MREp分别为0.7358,6.0063,0.0965;对Cu预测中,引导正则化随机森林最优,Rp2、RMSEp、MREp分别为0.7017,7.2088,0.3734;对Pb预测中,引导正则化随机森林最优,Rp2、RMSEp、MREp分别为0.7424,2.8030,0.1385。将各个航空光谱预测模型提取的特征波段应用于航空影像重金属预测,实现重金属含量制图。结果表明,随机森林模型最稳定,预测的重金属含量值分布集中,均值与实测值接近,进一步验证了该方法的有效性。
其他文献
期刊
<正> 作者于1984年1月~1987年4月用八珍汤加减治疗慢性萎缩性胃炎(下称 CAG)54例,对照组用猴头菌片治疗 CAG27例,半年为一疗程,全部病例参照1987年全国胃癌协作会议及1982年慢
高校学生&#39;三下乡&#39;社会实践育人功能主要包括:激发社会责任感、形成良好品格,完善知识体系、增强学习主动性以及提升实践能力等。然而在具体实践育人过程中,依旧存在
在世界日益全球化、信息化、网络化的时代潮流中,对民族性和地域性的关注显得尤为重要和必要.中国书法作为一种独特的民族文化符号和艺术形式,应主动地融入当代艺术创作中.
刘&#215;,男,45岁,干部,1979年6月10日诊。患者七日前,因晚间饮酒过度,次日早晨即感胃脘胀满不适,阵发疼痛,继而呃逆频作不止,先后用药物、针灸治疗罔效,后纳食困难,食则呕吐
蔗渣(髓)是丰富而廉价的可再生生物质资源,利用蔗渣(髓)代替传统的玉米等粮食作物为原料生产生物乙醇已成为研究热点。蔗渣(髓)转化为生物乙醇主要包括3个步骤:预处理脱去木质素、蔗
目的:研究服用二甲双胍治疗2型糖尿病(T2DM)的临床疗效。方法:选取符合T2DM标准的患者75例,采用随机、平行、开放、多中心的前瞻性观察,测量治疗前后三酰甘油(TG)、糖化血红蛋白Alc
根据北京市1986—2006年森林火灾统计数据,运用统计分析方法和地理信息系统空间分析方法,对北京市森林火灾的时空分布规律进行研究。结果表明:1986—2006年,北京市森林火灾年
2000年12月11日,面对一直被拖延的项目和实施商无法克服的技术缺陷,北京市三露厂向北京市崇文区法院经济庭对其软件实施商提出诉讼。共计开庭7次,历时15个月。2002年春节前,
<正> 1 《内经》辨证形式示范作用的渐进性把证、病作为两种并列病理概念的观点者认为,在中医病理学史上证与病的体系是各自发展的,主要体现在证、病有各自的发展时期。《内