基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法技术

本发明专利技术实施例公开了基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法，包括：获取目标区域的土壤表观电导率数据；获取所述目标区域的多个土壤样品并进行处理，得到所述多个土壤样品的水分数据；根据所述土壤表观电导率数据和所述多个土壤样品的水分数据建立土壤表观电导率反演土壤水分模型和评价指标；根据所述土壤表观电导率反演土壤水分模型、所述计算评价指标和目标棉田土壤得到所述目标棉田土壤的剖面水分数据。本发明专利技术通过电磁感应技术建立表观电导率与土壤水分模型，快速、无损的获取不同深度土壤剖面含水量数据，为定额灌溉提供有效的计算依据。

【技术实现步骤摘要】
基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法
本专利技术实施例涉及土壤水分处理领域，具体涉及基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法。
技术介绍
土壤水分是盐分和养分运输的载体，它作为土壤中不可或缺的部分，亦是影响作物生长发育的关键因素。土壤水分时间动态变化研究对于实时预测和评估田间尺度土壤水分情况至关重要，特别是在提高灌溉效和作物对水分利用效率[2]等方面。近年来，随着学者们深入研究电磁感应技术传感器，大地电导率仪快速、高效和无损测定各种土壤属性的优点成为关键，现已广泛参与土壤盐分、土壤水分、土壤质地和土壤粘粒含量等领域研究。一些干旱区域，高效灌溉是增加农业生产效率不可缺少的技术。传统春冬灌溉方式多为经验漫灌，虽能在一定程度上缓解盐渍化问题，但由于土壤水分含量在时间上随降雨、地表径流、地下暗流、土壤水分渗滤、蒸发和根部水分吸收而变化，在空间上，因土壤异质性、地形、植被和气候而异，土壤水分在垂直方向上具有高度的空间变异性，特别在干旱区尤为突出，表层土壤水分状况难以表征根层或深层土壤水分含量，不同土层土壤水分差异大，加上无法在四个时期实时有效对土壤深层含水率的连续监测，易于造成土壤水资源的浪费。加之水肥一体化的广泛应用，新的灌溉方法得到了推广，但人们依赖农田土壤水分的经验预测，很难对深层土壤水分含量进行实时有效评估，致使多余的水肥流入地下，容易引发地下水污染等一系列问题，因此持续监测剖面土壤水分含量可提供有关蓄水状况及其时间动态信息，避免了过度灌溉或灌溉不足。鉴于传统土壤样品的采集多以侵入式方法为主，具有费时费力、样本数少、破坏性强和代表性差等方面的不足，难以满足高频率获取作物根层土壤水分含量数据并据此进行合理灌溉的需求。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法，用以解决现有侵入式方法进行土壤样品的采集费时费力、样本数少、破坏性强和代表性差的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例主要提供如下技术方案：本专利技术实施例提供了一种基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法，包括：获取目标区域的土壤表观电导率数据；获取所述目标区域的多个土壤样品并进行处理，得到所述多个土壤样品的水分数据；根据所述土壤表观电导率数据和所述多个土壤样品的水分数据建立土壤表观电导率反演土壤水分模型和评价指标；根据所述土壤表观电导率反演土壤水分模型、所述计算评价指标和目标棉田土壤得到所述目标棉田土壤的剖面水分数据。根据本专利技术的一个实施例，获取目标区域的土壤表观电导率数据，包括：采用大地电导率仪通过非接触直读的方式在所述目标区域的地表进行测量，得到所述土壤表观电导率数据。根据本专利技术的一个实施例，通过以下公式得到所述土壤表观电导率数据：ECa＝4(Hs/Hp)/ωμ0S2其中，ECa是表观电导率值，Hs和Hp分别是初级磁场强度和次级磁场强度，S是发射端和接收端距离，μ0是空间磁场传到系数。根据本专利技术的一个实施例，所述大地电导率仪的型号为EM38-MK2。根据本专利技术的一个实施例，在获取目标区域的土壤表观电导率数据之前，还包括：对所述大地电导率仪进行归零校验。根据本专利技术的一个实施例，获取所述目标区域的多个土壤样品并进行处理，得到所述多个土壤样品的水分数据，包括：在所述目标区域的样区内，以所述大地电导率仪的中心为样点位，在原位用土钻法分别采集0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm和80～100cm的土壤，得到18个土壤样品；在所述目标区域的样区内，由环刀法采集30个土壤样品；对所述18个土壤样品和所述30个土壤样品进行测量，得到所述多个土壤样品的水分数据。根据本专利技术的一个实施例，根据所述土壤表观电导率数据和所述多个土壤样品的水分数据建立土壤表观电导率反演土壤水分模型和计算评价指标，包括：获取在指定的四个月内，通过土钻法得到的72个土壤样品的样点数据，其中，每个月通过土钻法得到18个土壤样品，每个样点以20cm为1个土层，一共5个土层；每月含18个样点数据按2:1划分建模集和实测集，针对不同时期的土样建立单独的反演模型；对所述72个样点数据按2:1的比例划分为建模集和实测集，采用交叉验证的方法；提供评价指标，所述评价指标包括相对分析误差，其中，所述相对分析误差为判断模型预测能力的指标，是样本标准差与均方根误差的比值；获取由环刀法获得的30个土壤样品，前18个包含土壤容重和田间持水量数据，结合土钻样获取质量含水量得出体积含水量，12个用于建模，6个用于验证，建立表观电导率反演土壤含水率模型；所述30个土壤样品中，20个用于建模，10个用于验证，建立表观电导率反演田间持水量模型。根据本专利技术的一个实施例，相对分析误差的值为RPD：当RPD>2.5时，表明模型具有极强的预测能力；当2.0≤RPD＜2.5时，表明模型具有很好的预测能力；当1.5≤RPD＜2.0时，表明模型预测能力一般；当RPD＜1.5时，表明模型只能对样品土壤含水率的最大值和最小值进行粗略估计。本专利技术实施例提供的技术方案至少具有如下优点：本专利技术实施例提供的基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法，通过电磁感应技术建立表观电导率与土壤水分模型，快速、无损的获取不同深度土壤剖面含水量数据，为定额灌溉提供有效的计算依据。结合四个时期土壤水分状况，分别建立单一时期局部模型和四个时期统一的全局模型。利用田间持水量和土壤容重数据，反演并获得农田土壤灌水定额，为农田土壤水分灌溉高效化和最大化提供一种新的参考方法。附图说明图1为本专利技术实施例的基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法的流程图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。图1为本专利技术实施例的基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法的流程图。如图1所示，本专利技术实施例的基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法，包括：S1：获取目标区域的土壤表观电导率数据。具体地，EM38-MK2是单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法，其特征在于，包括：/n获取目标区域的土壤表观电导率数据；/n获取所述目标区域的多个土壤样品并进行处理，得到所述多个土壤样品的水分数据；/n根据所述土壤表观电导率数据和所述多个土壤样品的水分数据建立土壤表观电导率反演土壤水分模型和评价指标；/n根据所述土壤表观电导率反演土壤水分模型、所述计算评价指标和目标棉田土壤得到所述目标棉田土壤的剖面水分数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法，其特征在于，包括：
获取目标区域的土壤表观电导率数据；
获取所述目标区域的多个土壤样品并进行处理，得到所述多个土壤样品的水分数据；
根据所述土壤表观电导率数据和所述多个土壤样品的水分数据建立土壤表观电导率反演土壤水分模型和评价指标；
根据所述土壤表观电导率反演土壤水分模型、所述计算评价指标和目标棉田土壤得到所述目标棉田土壤的剖面水分数据。


2.根据权利要求1所述的基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法，其特征在于，获取目标区域的土壤表观电导率数据，包括：
采用大地电导率仪通过非接触直读的方式在所述目标区域的地表进行测量，得到所述土壤表观电导率数据。


3.根据权利要求2所述的基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法，其特征在于，通过以下公式得到所述土壤表观电导率数据：
ECa＝4(Hs/Hp)/ωμ0S2
其中，ECa是表观电导率值，Hs和Hp分别是初级磁场强度和次级磁场强度，S是发射端和接收端距离，μ0是空间磁场传到系数。


4.根据权利要求2所述的基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法，其特征在于，所述大地电导率仪的型号为EM38-MK2。


5.根据权利要求2所述的基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法，其特征在于，在获取目标区域的土壤表观电导率数据之前，还包括：
对所述大地电导率仪进行归零校验。


6.根据权利要求2所述的基于电磁感应数据的棉田土壤剖面水分数据处理方法，其特征在于，获取所述目标区域的多个土壤样品并进行处理，得到所述多个土壤样品的水分数据，包括：
在所述目标区域的样区内，以所述大地电导率仪的中心为样点位，在原位用土钻法分别采集0～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭杰，王家强，柳维扬，蒋青松，
申请(专利权)人：塔里木大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65