Možnosti využití spektroskopie ve viditelné a infračervené oblasti pro predikci vlastností lesních půd

Ing. Josef Kratina

Doctoral thesis

Possibility of using VIS - NIR spectroscopy for predicting the properties of forest soils

Anotácia:

Cílem doktorské dizertační práce bylo objektivní zhodnocení použitelnosti VNIR spektroskopie pro predikci vlastností lesních půd. Pro každou půdní vlastnost byly hledány nejvhodnější kombinace metod statistického předzpracování (bez předzpracování, continuum removal, 1. a 2. derivace) a zpracování (PLSR, PCR, SVM) v určitých spektrálních pásmech. Jako všeobecně nejúspěšnější se ukazuje kombinace metod 1. derivace a support vector machine v celém VNIR spektrálním pásmu (400 -- 2500 nm). V některých případech se však osvědčily modely jiné. Mezi nejlépe predikovatelné vlastnosti (R2 > 0,6) patří pH, obsah oxidovatelného uhlíku, obsahy hliníku, železa, křemíku, nebo vápníku (ve vyšších koncentracích). Nepříliš vysoká úspěšnost predikce (R2 < 0,3) byla zjištěna u ukazatelů, které nabývají nízkých hodnot (obsah sodíku, manganu, nebo dvojmocné komplexy hliníku). Výsledky ukazují, že VNIR spektroskopie je použitelnou metodou pro predikci vlastností lesních půd. Nemůže zcela nahradit klasickou analýzu, ale může ji velice dobře doplňovat a to především v praxi. Například při půdním mapování může pomoci zahustit síť údajů a zpřesnit informace lépe, než při použití jiných metod prostorového odhadu. Je použitelná v případech, kdy je zapotřebí velké množství údajů v krátkém časovém horizontu a s minimálními náklady. Je vhodná pro sledování trendů v čase, nebo pro rychlý průzkum určité oblasti.

Abstract:

The aim of this PhD thesis was an objective assessment of application of VNIR spectroscopy for predicting properties of forest soils. For each soil property were found the most appropriate combination of statistical methods for pre-processing (continuum removal, 1. derivation, 2. derivation) and processing (PLSR, PCR, SVM) of certain spectral bands. As generally successful shows a combination of methods 1. derivation and support vector machine throughout the VNIR spectral range (400-2500 nm). In some cases, however, they proved to other models. Among the best predictable features include pH, content of oxidizable carbon, aluminum, iron, silicon, or calcium (at higher concentrations). Not very high success rate prediction was found in indicators that take low values (sodium, manganese, aluminum or ferrous complexes). The results show that VNIR spectroscopy method is applicable for predicting properties of forest soils. It can not completely replace traditional analysis, but it can very well complement, especially in practice. For example, when the soil mapping can help thicken network data and refine the information better than other methods of spatial estimation. It is applicable in cases where it is required large amounts of data in a short timeframe and at minimal cost. It is suitable for monitoring trends over time, or for a quick survey of an area.

Kľúčové slová

Lesní půdy, Predikce půdních vlastností, VNIR spektroskopie

Keywords

Forest soil, Prediction of soil properties, VNIR spectroscopy

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 1. 10. 2015

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: prof. Dr. Ing. Luboš Borůvka
• Oponent: Vít Šrámek, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Doctoral programme / odbor:
Agricultural Specialization / Exploitation and Conservation of Natural Resources