农业机械学报

作者：张东兴，刘江，杨丽，崔涛，和贤桃，张天亮

单位：中国农业大学；农业农村部土壤-机器-植物系统技术重点实验室,中国农业大学；农业农村部土壤-机器-植物系统技术重点实验室,中国农业大学；农业农村部土壤-机器-植物系统技术重点实验室,中国农业大学；农业农村部土壤-机器-植物系统技术重点实验室,中国农业大学；农业农村部土壤-机器-植物系统技术重点实验室,中国农业大学；农业农村部土壤-机器-植物系统技术重点实验室,

关键词：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

基金：国家自然科学基金项目（32071915）和国家玉米产业技术体系建设项目（CARS-02)

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R 2 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R 2 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R 2 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。

来源：2021年第2期

《农业机械学报》期刊编辑部

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