基于分数阶微分的土壤含水量高光谱响应特征与估测模型构建

面向滨湖地区土壤含水量信息的高效获取，以洪湖272个土壤样本为例，测定可见-近红外反射光谱，对原始和两种预处理后的光谱进行0～2阶分数阶微分处理（间隔为0.2阶），探究土壤含水量的分数阶微分（fractional-order derivative,FOD）光谱响应特征；以此为基础构建土壤含水量估测模型并进行对比，探究最佳的预处理与微分阶数组合。结果表明：随着微分阶数的增加，土壤光谱在水分特征波段1 450 nm、1 950 nm和2 200 nm附近谷值逐渐突出，1 950 nm处的VIP峰值逐渐增强；分数阶微分在特定波长和阶数下能提高土壤含水量和光谱之间的相关性，使用Savitzky-Golay(SG)平滑+0.6阶微分的光谱数据建立的模型精度最佳，预测决定系数为0.86，相对分析误差值为2.62，且在不同用地类型的交叉验证中都取得了良好效果。