Combined use of laboratory-based and portable infrared and x-ray fluorescence spectroscopy approaches for the spatial-vertical characterization of samples of selected soil groups

结合使用实验室和便携式红外和 X 射线荧光光谱方法对选定土壤组样品进行空间垂直表征

基本信息

项目摘要

Sensor-based soil monitoring, which uses infrared spectroscopic (IR) approaches (Vis/NIRS, MIRS) and energy dispersive X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), can quantify soil properties that are essential to derive and evaluate soil functions in high spatial and temporal resolutions. However, collection and evaluation in laboratory-based and portable sensor-based methods have not yet been optimised, making it difficult to critically assess possibilities and limitations of these methods.This proposal aims at optimising the IR and XRF data collection for spectrally-active soil properties using laboratory-based and portable methods for representative soil type complexes of selected soil landscapes. The individual methods are optimised with regard to measuring modes (diffuse reflectance infrared Fourier transform vs. attenuated total reflection for MIRS, powder vs. pellets for XRF), sample preparation (in-situ, dried, dried and sieved, dried and ground), measuring conditions and required sample numbers. Specific depth functions for the different soil properties will be defined in the studied sample profiles.A systematic comparison of calibration algorithms for the quantification of spectrally-active soil properties by Vis/NIRS, MIRS and XRF will be performed. Linear and non-linear calibration approaches and spectral deconvolution will be employed as functions of different sample sizes in multiple partitions. Spectral variable selection and spiking using existing databases will be used. The accuracy of soil profile characterisation by portable and laboratory-based spectroscopic methods as well as a potential transferability of calibrated estimation models will be systematically investigated on individual profiles of the studied soil type complexes. The analysis of site-specific relationships between spectrally-active and spectrally-inactive or spectrally poorly-defined soil properties will be performed both chemometrically and by regression analyses using the spectrally-active soil properties as predictors. The synergistic IR and XRF data analysis using the laboratory-based and mobile approaches will be based on low-, mid- and high-level as well as hybrid data fusion approaches with an emphasis on outer-product analysis, low-level fusion with subsequent automatic wavelength range selection, mid-level fusion using the principal components and high-level fusion using the approaches of Bates-Granger and Granger-Ramanathan.This project provides the tools with which to optimize the data collection of sensor-based soil monitoring, to improve the determination accuracy of differently complex soil properties by data fusion approaches, and to evaluate the applicability of a spatial and profile-related sensor-based monitoring for selected soil type complexes.
使用红外光谱(IR)方法(VIS/NIR,MIR)和能量分散X射线荧光光谱(XRF)的基于传感器的土壤监测,可以量化用于衍生和评估高空间和时间分辨率的土壤功能所必需的土壤特性。但是,尚未对基于实验室和便携式传感器的方法进行收集和评估,尚未优化,因此难以评估这些方法的可能性和局限性。该提案旨在使用基于实验室和便携式方法来优化IR和XRF数据收集,以使用实验室和便携式方法来代表代表所选土壤界面的土壤类型的复合物。对测量模式进行了优化的单个方法(弥散反射率傅里叶变换与miR的衰减总反射,粉末与XRF的粉末与颗粒),样品制备(含有现场,干燥,干燥,干燥和筛分,干燥,干燥和地面),测量条件和所需样品数量。将在研究的样品剖面中定义不同土壤特性的特定深度函数。将对VIS/NIR,MIRS和XRF进行校准算法进行校准算法进行系统比较。线性和非线性校准方法和光谱反卷积将被用作多个分区中不同样本量的函数。使用现有数据库的光谱变量选择和峰值。通过便携式和基于实验室的光谱方法以及校准估计模型的潜在可传递性,将对研究的土壤类型复合物的个体概况进行系统研究。将使用频谱活动的土壤特性作为预测指标对频谱活性和频谱活性或频谱不足的土壤特性之间的位点特异性关系进行分析。使用基于实验室和移动方法的协同IR和XRF数据分析将基于低,中和高级和高级和高级以及混合数据融合方法,重点是外部产品分析,低水平融合,使用主要组成部分和高级融合的中级融合,使用后级融合,并使用bate和高级融合效果。项目提供了优化基于传感器的土壤监测数据收集的工具,以通过数据融合方法提高不同复杂土壤性能的确定性,并评估基于空间和基于配置的传感器对所选土壤类型复合物的适用性。

项目成果

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