基于高光谱的阿克苏市枣叶面积指数估算模型

[目的]通过将原始光谱数据经过不同的数据变换方式,分析其与枣冠层LAI的相关关系,建立基于高光谱的阿克苏市枣冠层LAI的估测模型,为快速、精确、无损伤、大范围的适时、动态监测植被LAI提供有效途径.[方法]基于原始光谱数据的不同数据变换方式,采用相关性分析和逐步回归分析方法.[结果]不同数据变换后的冠层光谱反射率与枣LAI具有较好的相关性,微分变换后的相关性较原始相关性有所提升.所建模型经过精度评价发现,原始光谱数据经倒数一阶微分变换后估测模型拟合度和预测精度都最高,一阶微分、对数一阶微分、归一化一阶微分次之.[结论]不同数据变换方式后的光谱数据与塔里木盆地枣LAI有显著的相关性,可以用微分、对数微分、归一化微分、倒数微分变换后的数据建立较理想的塔里木盆地枣LAI的估测模型.     

基于高光谱的橡胶单叶叶绿素含量研究

采用高光谱分析和线性回归技术分析了3个橡胶树品种单叶片的室内光谱反射数据和叶绿素含量,确定了橡胶单叶高光谱特征参数(三边面积、反射率和一阶微分值)与3个品种综合的不同物候期和物候期综合下的叶绿素含量的敏感波段。结果表明:三边面积均与叶绿素含量的相关达到1%的极显著检验水平;基于反射率和一阶微分值的变量与叶绿素主要呈负相关,敏感波段主要在蓝边范围;利用一阶微分值构建的线性回归模型对叶绿素含量估算较好。     

水稻叶面积指数和叶片生化成分的光谱法研究

利用光谱仪通过大田试验和室内测量不同氮素水平及不同时期水稻叶片的光谱反射率，测算叶面积指数LAI；利用生化方法测量相应叶片的叶绿素含量，蛋白质含量和纤维素含量；在此基础上分析了水稻叶面积指数与光谱变量，叶片生化成分与光谱变量及叶面积指数之间的相关性。结果表明；水稻叶面积指数与比值植被拽数RVI及归一化差值植被指数NDVI呈显著相关，不同氮素水平的水稻叶片的叶绿素，蛋白质及纤维素含量与LAI之间的R^2在抽穗期均达到0.75以上，其中叶绿素，纤维素含量与光谱变量的相关达显著水平，不同时期纤维素与光谱变量及LAI之间相关达显著水平，从而证明通过光谱法可以推算水稻叶片的叶绿素含量，蛋白质含量和纤维素含量。     

高CO2浓度下冬小麦的高光谱特征及其与叶面积指数和SPAD值的反演

以冬小麦为研究对象,利用开顶式气室试验,开展以环境CO2浓度为对照(CK)和比CK处理的CO2浓度高200μmol·mol-1(T)处理的试验,测定冬小麦主要生育期冠层光谱反射率、叶面积指数(LAI)和SPAD值,分析LAI、SPAD值与原始光谱反射率、光谱特征参数的相关性,并探究最优回归反演模型.结果表明,高CO2浓...     

苹果叶片高光谱特性与叶绿素含量和SPAD值的关系

以礼富一号和嘎啦苹果为材料,分别测量了叶片的光谱反射率、SPAD值和叶绿素含量,分析了叶片的SPAD值和叶绿素含量与微分光谱之间的相关性。结果表明,苹果叶片的叶绿素含量与SPAD值呈线性相关,品种间的SPAD值和光谱反射率都存在差异。苹果叶片叶绿素含量的敏感波段位于694 nm。基于敏感波段的微分数值,建立了一阶微分光谱值与苹果叶片SPAD值和叶绿素含量的回归模型,确定系数分别达到0.781 8和0.589 9,为利用高光谱遥感技术反映苹果生长状况的叶绿素信息提供了依据。     

不同施肥条件下水稻冠层光谱特征与叶绿素含量的相关性

通过田间小区试验,分析不同施肥条件下水稻不同生育期冠层反射光谱和叶绿素含量(SPAD)的变化特征,利用数学统计方法分析高光谱植被指数与叶绿素含量的相关性。结果表明,水稻冠层光谱反射率,从拔节期到抽穗期,在可见光波段很低且差异不明显,在近红外波段逐渐提高;从抽穗期到乳熟期,在可见光波段逐渐提高,在近红外波段逐渐降低。不同施肥条件下水稻冠层光谱差异明显,尤其在近红外波段表现特别明显,随施肥水平的提高,光谱反射率明显提高。水稻叶绿素含量随施氮水平的提高而逐渐增加。随生物质炭水平的提高,水稻叶绿素含量逐渐增加,当生物质炭超过一定值时,叶绿素含量反而降低。整个生育期,除乳熟期施氮肥0kg/hm2(N0)处理外,其他处理的PSSRa、PSSRb与叶绿素含量呈显著相关。拔节期,施生物质炭为9 000kg/hm2(C3)处理的mSR705和mND705与叶绿素含量呈显著负相关,其他处理为显著正相关。     

北碚447锦橙叶片农学参数与其反射光谱的相关性研究

以锦橙叶片为材料,采用野外光谱辐射仪测量叶片的光谱反射率,并对叶片进行水分、氮、钾、磷、叶绿素的含量测定,计算光谱反射率一阶微分、二阶微分．采用统计学相关分析法,分析叶片农学参数与反射光谱之间的相关关系．结果表明：农学参数中只有磷含量与叶片原始光谱反射率有显著性相关,且与反射率一阶微分、二阶微分的相关系数大于与原始光谱反射率的相关系数．所有测定的农学参数都与叶片光谱反射率一阶微分、二阶微分之间均有显著性相关,其中氮含量与反射率一阶微分、二阶微分相关性最强,相关系数绝对值达到0.9以上．这说明利用微分技术可以增强叶片农学参数与光谱信息的相关性,并为高光谱遥感定量估算锦橙农学参数提供理论依据．     

棉花叶面积指数冠层反射率光谱响应及其反演

【目的】研究棉花冠层光谱对不同叶面积指数（LAI）的响应，建立棉花LAI光谱反演模型。【方法】利用2003～2004年采集的棉花光谱与LAI的246组数据，分析LAI与冠层反射率光谱和反射率一阶微分光谱间的定量关系。【结果】当LAI大于2.5后不同LAI棉花群体光谱反射率在可见光波段趋于饱和；LAI与可见光波段和短波红外波段（水分吸收带除外）光谱反射率呈显著负相关，与近红外波段高光谱反射率呈显著正相关；LAI与棉花反射率一阶微分光谱主要在蓝边（523～531 nm）、黄边（570～576 nm）、红边（700～755 nm）形成3个相关系数高台区，均达极显著水平，其中红边区的相关性最高。棉花红边位置固定，分别在718 nm和723 nm，且以 723 nm处对LAI更敏感。在反演棉花LAI的高光谱参数中VI (660、800)、VI (550、800)、VI (500、800)、VI (670、800)、Sdy (570～573 nm)、SDr (714～755 nm)、D723、Dr 估算LAI相对误差低于30%，RSME小于0.6，其中VI (600、800)、VI(550、800)两个参数估算水平最高，相对误差分别为21.7%与21.0%，RMSE分别为0.416与0.419；利用SDr与SDr/SDb分别对LAI大于1.0 与小于1.0 的棉花群体反演，能显著提高LAI的估算水平。【结论】应用高光谱分析方法能够提取棉花冠层特征光谱信息，构建LAI高光谱反演参数，建立估算模型，并且利用包含不同光谱参数的分段模型可以进一步提高LAI反演精度。     

西鄂尔多斯保护区沙冬青高光谱特征分析

沙冬青是亚洲荒漠唯一的常绿阔叶灌木,由于分布范围狭小、人为调查困难、资源分布不清,加上人类活动的破坏,其数量正在不断减少。快速、准确识别其生长状况、种群动态对进一步研究沙冬青种群分布及生长监测具有重要意义。采用便携式地物光谱仪测定不同龄级沙冬青反射光谱,利用马氏距离法对其原始光谱、一二阶微分谱特征差异波段选取分析;将冠层原始及其微分光谱与叶片叶绿素含量进行分析。通过其相关性的大小理解沙冬青的生长状况与叶绿素含量间的关系。结果表明:1)不同龄级沙冬青原始光谱曲线趋势较接近,符合植被光谱特征的规律性,幼龄沙冬青反射率差异较明显;不同龄级微分光谱曲线基本一致,幼龄峰值起伏变化显著,极大峰值位于719 nm处,主要受幼龄沙冬青长势的影响;2)通过分析得出马氏距离法对不同龄级沙冬青光谱差异显著波段的选择具有显著性,且所选择波段均为光谱特征波段;3)冠层光谱与叶绿素相关性分析得出不同龄级与叶绿素的敏感波长均为<740 nm的可见光波长范围内,说明可见光波段属于沙冬青叶绿素光谱反应的敏感波;与原始光谱相比,经过导数处理的微分光谱与叶片叶绿素的相关性更高,且相关性大的波段数明显增加。     

北疆棉花叶绿素密度的高光谱估算研究

利用非成像高光谱仪,对4水平种植密度下的2个北疆棉花品种在5个关键生育时期进行冠层光谱测定,分析棉花反射光谱及微分光谱生育期的变化规律,并对棉花冠层叶绿素密度(CH.D)与光谱数据进行回归分析,结果表明,近红外729 nm波段处一阶微分光谱数值与CH.D高度相关(r=0.937 2**,n=20),用此波段建立的CH.D估算模型,精度达84.3;,标准差为0.234g/m2,RMSE=0.156 9.研究表明,可以用高光谱数据对新疆棉花冠层CH.D进行遥感估算.     

棉花主要栽培生理参数的高光谱估测研究

 应用地物光谱仪获取近地高光谱遥感数据 ,用高光谱技术提取和估计棉花主要栽培生理参数。结果表明 ,棉花叶片具有绿色植物典型的反射光谱曲线特征 ;早衰的棉花反射光谱红谷区谷低变浅 ,最小波段光谱反射率Ro及数值积分面积SRo增大 ,与叶片光合速率呈显著负相关。经逐步回归分析 ,确定的一阶微分光谱值与棉叶叶绿素浓度的最大相关系数是 0 .734 4 (n =2 1) ,发生在 75 0nm波段处 ;群体叶面积指数 (LAI)与归一化差值植被指数 (ND VI)呈很好的对数相关关系 ;红边、蓝边、黄边每边的积分面积积累了多波段信息 ,在估测棉花冠层叶片全氮含量中有较大的应用潜力。研究建立了棉花主要栽培生理参数叶绿素含量、LAI和冠层叶片全氮含量等的遥感估测统计模型。     

A comparison of three methods for estimating leaf area index of paddy rice from optimal hyperspectral bands

This paper follows previous research that identified 15 hyperspectral wavebands that were suitable to estimate paddy rice leaf area index (LAI). The objectives of the study were to: (1) test the efficiency of the wavebands selected in the previous study, (2) to evaluate the potential of least squares support vector machines (LS-SVM) to estimate paddy rice LAI from canopy hyperspectral reflectance and (3) to compare multiple linear regression-MLR, partial least squares-PLS regression and LS-SVM to determine paddy rice LAI using the selected wavebands. In the study, measurements of hyperspectral reflectance (350–2500 nm) and corresponding LAI were made for a paddy rice canopy throughout the growing seasons. On the basis of the wavebands selected previously, models based on MLR, PLS and LS-SVM to estimate rice LAI were compared using the data from 123 observations, which were split randomly for model calibration (2/3) and validation (1/3). Root mean square errors (RMSEs) and the correlation coefficients (r) between measured and predicted LAI values from model calibration and validation were calculated to evaluate the quality of the models. The results showed that the LS-SVM model using the 15 selected wavebands produced more accurate estimates of paddy rice LAI than the PLS and MLR models. We concluded that the LS-SVM approach may provide a useful exploratory and predictive tool for estimating paddy rice LAI when applied to reflectance data using the 15 selected wavebands.     

对水稻微分光谱和植被指数的探讨

通过不同供氮水平的田间试验，分析了微分光谱对消除水稻冠层光谱的背景影响和植被指数在农学参数测定中的作用。结果表明：由微分光谱所得的红边位置、红边斜率与盖度、叶面积指数及供氮水平之间有一定的相关性；水稻多光谱植被指数RVI、NDVI与叶面积指数LAI及其地上部生物量之间有极显著相关性；高光谱植被指数及其变量与植被盖度、供氮水平之间存在相关性。这些表明，用微分光谱技术与植被指数方法监测水稻的田间供氮水平和长势似乎是可行的。     

杂交水稻叶片叶绿素含量与光谱吸收率的关系

通过大田小区试验,测定了5个供氮水平处理下,两个品种水稻完全展开的倒一叶和倒三叶在不同发育时期的高光谱吸收率及对应叶片的叶绿素含量,分析了叶片光谱吸收率及其与叶绿素含量的相关性并建立了回归模型。结果表明:水稻叶片在红外区域有弱吸收,从紫光到橙光区域有强吸收。叶绿素a与吸收光谱间不具显著相关性,叶绿素b与吸收光谱有显著的相关性,这说明可以用合适的高光谱吸收率来估算杂交水稻叶片的叶绿素含量。     

加工番茄叶绿素密度与高光谱数据的相关分析

[目的]分析加工番茄高光谱数据与叶绿素密度的相关关系,为加工番茄生育期生长状况的实时、无损、快速的遥感监测提供理论依据.[方法]通过非成像ASD地物光谱仪获取加工番茄两个品种四个氮素水平冠层关键生育时期的反射光谱,与其相应的冠层叶绿素密度(CH.D)进行逐步回归相关分析.加工番茄冠层CH.D分别在其近红外反射光谱757 nm波段处和红光677 nm波段处的相关系数达最大值(rp757 -CH.D=0.7521**,rp677 -CH.D=-0.8437**,n=44,α=1;);采用这两个波段的反射率分别组成了归一化植被指数(NDVI)和比值植被指数(RVI),建立与加工番茄CH.D的5种线性和非线性的相关模型.[结果]NDⅥ和RVI所构建的加工番茄CH.D的双曲线函数模型的相关性和精度最高,再采用这两个植被指数的双曲线函数模型分别对加工番茄CH.D进行估算,它们的实测CH.D与估测CH.D的相关性均达到极显著检验水平(r实测CH.D-NDVI估测的CH.D -NDVI=0.8041**,r实测CH.D-RVI估测CH.D- RVI=0.8094**,n=44,α=1;),估算精度均为86.6;.[结论]利用高光谱植被指数可以精确提取加工番茄冠层叶绿素密度信息并对其进行遥感估算研究.     

不同氮素营养水平的水稻冠层光谱红边参数及其应用研究

通过对不同氮素营养水平水稻冠层光谱特性的田间试验研究，发现红边位移现象：在孕穗期之前，红边随施氮量增加向长波方向“红移”；孕穗期后“红移”现象基本消失，而发生“蓝移”。红边参数(红边、红边振幅、红边振幅与最小振幅的比值、红边峰值面积)与上层叶片的叶绿素含量、LAI、累积施氮量有着密切的关系，而与叶片中的叶绿素b、类胡萝卜素、蛋白氮和非蛋白氮之间的相关性不明显。一些红边参数可作为水稻叶绿素含量、LAI测定的简便方法。     

基于机器学习的粳稻叶片叶绿素含量高光谱反演建模

叶绿素含量是表征粳稻生长状态的重要指标,高光谱遥感技术能够无损、快速的获取粳稻叶片叶绿素含量。本研究利用2015—2017年沈阳农业大学辽中水稻实验站粳稻叶片高光谱数据,并利用主成分分析法(PCA)、典型相关分析法(CCA)、核典型关联分析法(KCCA)3种方法对粳稻叶片高光谱信息降维,选出较优光谱参数作为叶绿素含量反演模型的输入变量。采用支持向量机回归(SVR)、神经网络(NN)、随机森林(RF)、偏最小二乘法(PLSR)四种机器学习算法建立粳稻叶片叶绿素含量反演模型。结果表明,KCCA降维方法对粳稻叶片高光谱降维效果要优于PCA和CCA两种方法。采用KCCA-SVR方法建立的粳稻叶片叶绿素含量反演模型的模型决定系数R²=0.801,RMSE=1.610,建立的粳稻叶绿素含量反演模型精度最高。该模型良好的预测能力为粳稻叶片叶绿素含量反演研究和养分诊断提供了数据支撑和模型参考。     

基于主动光谱仪的水稻叶面积指数监测

叶面积指数(LAI)是描述作物长势的重要参数,LAI的实时动态监测对水稻生长诊断和管理调控具有重要意义.为分析水稻LAI与光谱参数的定量关系,设置了不同年份、不同氮肥水平的田间试验,于移栽后定期测试水稻冠层光谱参数,并同步定株测量LAI.结果表明,LAI可以基于主动光谱仪构建的植被指数(NDVI和RVI)进行模拟,NDVI(770,660)、RVI(770,660)均能较好地模拟LAI,预测精度分别为0.97、0.92,RMSE分别为0.41、1.32,RE分别为0.16、0.28,利用主动光谱仪可以实现水稻LAI的快速无损监测,为指导水稻精确管理提供了技术支持.     

基于穗光谱指数的水稻产量预测

为探索运用水稻穗光谱植被指数预测水稻产量的可行性,以2个水稻品种为材料,设置3个氮素水平,测定了3个时期水稻叶片和穗的高光谱反射(350~2 500 nm)和色素含量,并测定了水稻的产量构成组分和籽粒产量。结果表明:与典型的植物反射光谱相比,水稻穗的反射光谱具有“绿峰消失”的特征;与叶片光谱指数[归一化差值指数(normalized vegetation index,NDVI)和光化学反射指数(photochemical reflectance index,PRI)]相比,穗光谱指数对叶绿素更敏感,而且能更准确地区分氮素水平。水稻叶片NDVI和PRI预测产量的均方根误差(RSME)分别为873.4~1 125.0、723.3~889.4 kg·hm^-2,而穗NDVI和PRI预测产量的RSME分别为681.7~743.1、515.0~637.8 kg·hm^-2,表明水稻穗光谱指数比叶片光谱指数更适合于水稻产量预测。     

水稻叶绿素与反射光谱的研究进展

水稻是中国的主要粮食作物之一,水稻收成的好坏直接影响到人们的生存问题,如何提高水稻的质量和产量,如何监测水稻的生长状况和营养状况成为人们关注的热点问题。笔者主要探讨了水稻叶绿素与反射光谱之间关系并针对近年来国内外专家对水稻叶绿素与反射光谱之间关系的研究进行总结和概括,最后做出展望,为能更好的通过叶绿素和光谱变化关系监测水稻营养状况提供理论依据。