基于PCA-Attention-LSTM网络的土壤氮含量监测

作者：刘慧敏; 甄佳奇^*; 刘勇; 解洪富; 许文超

来源：中国农机化学报, 2020, 41(09): 190-197.

DOI：10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2020.09.030

• 土壤氮含量监测
• 主成分分析
• Attention机制
• LSTM神经网络

土壤作为农作物生长的主要营养来源,氮是植物生长的重要元素,有效评价土壤氮素含量可以促进配方施肥的发展。提出主成分分析、注意力机制和长短时记忆神经网络相结合的模型(PCA-Attention-LSTM)来监测土壤的氮素含量。采用PCA(主成分分析)对数据进行处理,提取影响土壤氮含量的关键影响因子,降低模型向量输入的维数,利用注意机制突出预测中的关键输入特征。在Keras深度学习框架的基础上搭建PCA-Attention-LSTM的网络模型,实现对未来2 h土壤氮含量的精监测。最后,以黑龙江省依安甜菜养植基地的数据对土壤氮含量进行训练和验证。结果表明,与RNN等其它网络模型相比,该模型的效果更好,基于PCA-Attenlion-LSTM网络模型的平均绝对误差,均方根误差和平均绝对百分误差分别为0.119、0.020、0.156。该模型预测精度高,泛化能力强,可以应用于土壤氮含量的监测。

• 单位
  山东科技大学; 黑龙江大学