一种土壤全氮和有机质的检测方法及装置

本发明涉及土壤检测，尤其涉及一种土壤全氮和有机质的检测方法及装置。

背景技术：

1、土壤是植物生长发育的基础，土壤中的营养元素直接影响作物生长及产量和品质的形成。其中，土壤全氮主要是促进植物根、茎和叶的个体生长，是形成一定品质产品的首要营养元素。土壤有机质也同是土壤最重要的组成部分之一。

2、土壤全氮和有机质作为重要的土壤参数指标，迫切需要快速测定。与传统分析技术相比，光谱分析技术能在较短时间之内测定样品中多种成份的浓度或性质参数；可见光及近红外光对物质具有一定的穿透能力，无需对样品作任何预处理，可实现无损测量；同时，无需化学试剂，对样品和环境不会造成污染；能量较低(近红外能量比可见光能量还低)，不会对人体造成危害。因此，光谱分析技术作为一种快速、非破坏性、无污染的分析测试技术，对于土壤参数检测表现出非凡的发展潜力。

3、目前，现有的基于卤钨灯光源和多路光纤的便携式土壤全氮含量检测仪，该仪器选用高功率卤钨灯作为光源以提高信号强度，该设备在使用时，需要将光源插入土壤30cm深的地下，以避免太阳光进入探测器对测量的准确性造成的巨大影响，制约了仪器应对不同使用场景的能力。此外，卤钨光源的功耗高和体重大，需要较大功率的电源对它们进行驱动，发热影响也不能忽略，仪器的整体功耗较大。大功率的光源，其寿命也受到一定限制，应用一段时间后，光源的损耗导致有用光功率的下降，检测仪器的灵敏度也会受到影响。

技术实现思路

1、本发明提供一种土壤全氮和有机质的检测方法及装置，用以解决现有技术中对土壤全氮和有机质进行检测时，受到日光干扰且设备庞大，检测不便，检测准确率低的问题。

2、本发明提供一种土壤全氮和有机质的检测方法，包括：

3、向待检测土壤发射不同波段的调制光信号；

4、解调待检测土壤的反射光信号，得到反射率；

5、利用预设的土壤全氮和有机质预测模型，对所述反射率进行检测，得出待检测土壤中全氮和有机质的含量；

6、其中，所述预设的土壤全氮和有机质预测模型以样本土壤的不同波段的反射率作为输入，以反射率对应的土壤全氮含量和有机质含量作为标签，基于深度神经网络训练得到。

7、根据本发明提供的一种土壤全氮和有机质的检测方法，所述向待检测土壤发射调制后不同波段的光信号的步骤中，所述不同波段包括：800nm至1700nm近红外波段中的土壤全氮和有机质敏感波段。

8、根据本发明提供的一种土壤全氮和有机质的检测方法，所述获取待检测土壤反射的解调反射信号的反射率，包括：

9、采集待检测土壤反射的不同波段的反射信号；

10、对所述反射信号进行相敏检波、滤波和放大处理，得到解调后的反射信号；

11、利用所述解调后的反射信号与预设的解调后的标准白板反射信号的比例关系，得到不同波段光源的反射率。

12、根据本发明提供的一种土壤全氮和有机质的检测方法，所述深度神经网络包括四个全连接层，所述四个全连接层的前三层均采用relu激活函数，四个全连接层的最后一层采用sigmoid激活函数；

13、其中，所述四个全连接层的第一层设有256个神经元，四个全连接层的第二层设有128个神经元，四个全连接层的第三层设有64个神经元。

14、本发明还提供一种土壤全氮和有机质的检测装置，包括：

15、信号发射模块，用于向待检测土壤发射不同波段的调制光信号；

16、采集模块，用于解调待检测土壤的反射光信号，得到反射率；

17、检测模块，用于利用预设的土壤全氮和有机质预测模型，对所述反射率进行检测，得出待检测土壤中全氮和有机质的含量；

18、其中，所述预设的土壤全氮和有机质预测模型以样本土壤的不同波段的反射率作为输入，以反射率对应的土壤全氮含量和有机质含量作为标签，基于深度神经网络训练得到。

19、根据本发明提供的一种土壤全氮和有机质的检测装置，所述信号发射模块包括信号驱动电路；

20、所述信号驱动电路用于向待检测土壤发射不同波段的调制光信号。

21、根据本发明提供的一种土壤全氮和有机质的检测装置，所述采集模块包括光电探测电路和锁相放大电路；

22、所述光电探测电路用于采集待检测土壤反射的不同波段的反射信号；

23、所述锁相放大电路用于对所述反射信号进行相敏检波、滤波和放大处理，得到解调后的反射信号。

24、根据本发明提供的一种土壤全氮和有机质的检测装置，所述采集模块还包括反射率处理模块；

25、所述反射率处理模块用于利用所述解调后的反射信号与预设的解调后的标准白板反射信号的比例关系，得到不同波段光源的反射率。

26、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述土壤全氮和有机质的检测方法。

27、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述土壤全氮和有机质的检测方法。

28、本发明提供的一种土壤全氮和有机质的检测方法及装置，本发明中的方法通过调制解调光信号以剔除日光的干扰。通过利用待检测土壤中含有不同微量元素的物质对不同波长的光信号会产生吸收和散射，经过待检测土壤的吸收和散射后包含的土壤全氮和有机质的信息的反射信号，得到不同波段的反射率，再利用土壤全氮和有机质预测模型对不同波段的反射率进行检测，实现对待检测土壤全氮和有机质的含量的快速检测，从而提高对待检测土壤中全氮的含量和有机质的含量的检测准确率。

技术特征：

1.一种土壤全氮和有机质的检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的土壤全氮和有机质的检测方法，其特征在于，所述向待检测土壤发射调制后不同波段的光信号的步骤中，所述不同波段包括：800nm至1700nm近红外波段中的土壤全氮和有机质敏感波段。

3.根据权利要求1所述的土壤全氮和有机质的检测方法，其特征在于，所述解调待检测土壤的反射光信号，得到反射率，包括：

4.根据权利要求1至3中任一项的土壤全氮和有机质的检测方法，其特征在于，所述深度神经网络包括四个全连接层，所述四个全连接层的前三层均采用relu激活函数，四个全连接层的最后一层采用sigmoid激活函数；

5.一种土壤全氮和有机质的检测装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的土壤全氮和有机质的检测装置，其特征在于：所述信号发射模块包括信号驱动电路；

7.根据权利要求6所述的土壤全氮和有机质的检测装置，其特征在于：所述采集模块包括光电探测电路和锁相放大电路；

8.根据权利要求7所述的土壤全氮和有机质的检测装置，其特征在于：所述采集模块还包括反射率处理模块；

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4中任一项所述土壤全氮和有机质的检测方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述土壤全氮和有机质的检测方法。

技术总结
本发明涉及土壤检测技术领域，尤其涉及一种土壤全氮和有机质的检测方法及装置。其方法包括：向待检测土壤发射不同波段的调制光信号；解调待检测土壤的反射光信号，得到反射率；利用预设的土壤全氮和有机质预测模型，对所述反射率进行检测，得出待检测土壤中全氮和有机质的含量；其中，所述预设的土壤全氮和有机质预测模型以样本土壤的不同波段的反射率作为输入，以反射率对应的土壤全氮含量和有机质含量作为标签，基于深度神经网络训练得到。本发明的目的是解决现有技术中对土壤全氮和有机质进行检测时，受到日光干扰且设备庞大，导致检测不便，检测准确率低的问题。

技术研发人员：张瑶,刘凯迪,惠健,李民赞,高庭耀
受保护的技术使用者：中国农业大学烟台研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13