基于近紅外光譜技術(shù)的凍土未凍水含量研究.pdf

1、自凍土未凍水含量課題提出以后，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者開(kāi)展了許多的測(cè)試和研究。研究手段由最初的量熱法，逐步發(fā)展到核磁共振(NMR)法，中子自旋回聲(NSE)法，時(shí)域反射儀(TDR)法和介電特性法等。這些方法主要存在的問(wèn)題是設(shè)備昂貴，需要專業(yè)測(cè)試人員，且測(cè)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。因此，需要開(kāi)發(fā)和研究出一種能夠使普通研究人員和一般實(shí)驗(yàn)室都能測(cè)試的新方法。
　　本文在以下幾個(gè)方面開(kāi)展了研究和探索:
　　本文將近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用到凍土未凍水含量的測(cè)量中，以

2、期達(dá)到快速、無(wú)損的檢測(cè)目的。搭建了近紅外光譜檢測(cè)未凍水含量的試驗(yàn)平臺(tái)，使用土壤水分傳感器SM2801B測(cè)量?jī)鐾恋奈磧鏊浚瑴囟葌鞲衅鱀S18B20測(cè)量?jī)鐾恋膶?shí)時(shí)溫度并使用近紅外光譜儀采集到的功率值標(biāo)定凍土中的未凍水含量。采集每個(gè)溫度下所對(duì)應(yīng)時(shí)間的未凍水含量和近紅外光譜儀采集到的功率值，從而將近紅外光譜儀采集到的功率值與土壤水分傳感器采集到的未凍水含量建立起聯(lián)系。并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，用于未凍水含量預(yù)測(cè)模型的建立。
　　針對(duì)凍

3、土未凍水含量及含冰量的變化規(guī)律復(fù)雜，受環(huán)境影響的非線性程度高以及凍土含冰量無(wú)法直接測(cè)量的問(wèn)題，提出一種基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的凍土未凍水含量和含冰量預(yù)測(cè)模型。共選取五組不同初始含水率下的凍土樣本作為訓(xùn)練和輸出樣本。采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（近紅外光譜儀采集到的功率值）作為輸入及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（未凍水含量）作為輸出，采用單、雙隱含層分別建立網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練得到凍土未凍水含量的預(yù)測(cè)模型并對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證及測(cè)試。含冰量預(yù)測(cè)模型是以初始含水率為18％的五組凍土試件作為

4、研究對(duì)象，將功率值作為輸入，初始含水率減去未凍水含量得到的計(jì)算含冰量作為輸出，得到辨識(shí)效果良好，估計(jì)結(jié)果準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型。
　　本文將近紅外光譜技術(shù)引入到凍土未凍水含量及含冰量的預(yù)測(cè)中，能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)凍土未凍水含量及含冰量的變化趨勢(shì)并且方法簡(jiǎn)潔，為凍土未凍水含量及含冰量的預(yù)測(cè)提供了一種有效的研究方法，為我國(guó)的科研人員在接下來(lái)的工程施工及室內(nèi)試驗(yàn)的各種指數(shù)的估計(jì)和預(yù)測(cè)提供參考依據(jù)同時(shí)也為其他區(qū)域凍土未凍水含量及含冰量的研究提供借鑒，對(duì)于