基于高光谱的设施黄瓜蚜虫虫害检测及其预测模型

为构建基于高光谱参数的设施黄瓜蚜虫数量预测模型,使用手持光谱仪ASD Field Spec Hand Held检测不同数量黄瓜蚜虫为害下黄瓜叶片高光谱反射率,并分析了400~900 nm波段内的光谱反射率参数与黄瓜蚜虫数量的相关和回归关系。结果表明,随着蚜虫数量的增加,设施黄瓜光波反射率均持续下降,400~720 nm,790~900 nm 2个波段光谱反射率与蚜虫数量达到极显著相关(P0.01);选择可见光波段相关系数最大的528 nm处光谱反射率、近红外波段相关系数最大的837 nm处最大的光谱反射率,分别构建黄瓜蚜虫数量的预测模型。两个预测模型均达到极显著水平(P0.01)。因此,可以利用高光谱信息数据来预测设施黄瓜蚜虫数量。     

麦长管蚜胁迫下不同小麦品种冠层光谱特征及其预测模型

[目的]构建不同小麦品种基于冠层光谱参数的麦长管蚜百株蚜量预测模型。[方法]采用便携式野外光谱仪测定不同百株蚜量下3个小麦品种‘1376’‘Amigo’和‘小偃-22’的冠层高光谱反射率,并对冠层反射率与百株蚜量进行了相关和回归分析。[结果]在400~900nm波段内,随着百株蚜量的增加,3个小麦品种冠层光波反射率下降,且部分波段内达到极显著水平(P<0.01);选择可见光波段的405nm、近红外波段的835nm作为3个小麦品种共有的特征波长点,构建出的3个小麦品种的百株蚜量预测模型的显著性均达到极显著水平(P<0.01),且3个小麦品种405nm波长点模型均优于835nm波长点。[结论]利用高光谱信息同时预测不同小麦品种麦长管蚜百株蚜量是完全可行的。     

花生叶鲜生物量的高光谱估算模型

利用花生生物物理参数和冠层高光谱数据,基于光谱一阶微分技术,选取对生物量敏感的波段组成高光谱植被指数,建立花生叶鲜生物量的高光谱遥感估算模型。结果表明,花生叶鲜生物量在绿峰525~556 nm、红谷645~689 nm和近红外710~900 nm波段范围反射光谱与花生叶鲜生物量有极显著相关关系。高光谱反射率与叶鲜生物量在大部分可见光区和近红外波段呈显著相关,并且在可见光红光波段呈负相关,在近红外波段呈极显著正相关。花生光谱反射率与花生叶鲜生物量相关的近红外、红光波段的敏感波段分别为770、673 nm,用这2个波段构建植被指数,组成高光谱归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、差值植被指数(DVI)和再次归一化植被指数(RDVI),并构建生物量反演模型;相对于NDVI、DVI、RDVI建立的简单线性函数估测模型,RVI所构建的花生叶鲜生物量估测模型的预测精度较高。     

干旱区基于高光谱的棉花遥感估产研究

【目的】揭示棉花产量与冠层光谱植被指数相关关系,建立棉花高光谱估算模型,促进高光谱技术在棉花长势监测和估产中应用。【方法】结合棉花生长发育规律,对棉花各时期冠层进行高光谱反射率测定,根据光谱曲线特征构建高光谱植被指数,基于棉花盛蕾期至吐絮后期7次地面光谱和产量测定,对光谱反射率与产量进行统计分析。【结果】各生育期可见光波段、近红外波段及短波红外波段光谱反射率与产量间分别达显著负相关、显著正相关与显著负相关水平。根据棉花冠层光谱波形特征,利用植被红边波段560 nm反射峰、670 nm吸收谷、近红外波段890 nm反射峰、980 nm和1 210 nm两个弱水汽吸收谷、短波红外1 650 nm和2 200 nm反射峰,设计归一化差值光谱指数,并与棉花产量进行相关分析,利用上述波段组合定义的归一化差值光谱指数与产量在各生育期均达显著或极显著相关,而VARI_700抗大气植被指数在各生育期均达极显著相关。【结论】以VARI_700抗大气植被指数建立各生育期的产量预报模型,为实现棉花营养生长期长势监测与产量预报提供依据。     

高光谱遥感数据估算蓖麻初级生产力主要参数研究

以蓖麻在不同氮、磷施用水平下的大田实验为基础,研究了高光谱遥感在估测蓖麻初级生产力主要参数中的应用。结果表明,随着施肥水平的提高,蓖麻叶面积指数（LAI）和生物量增大,导致冠层光谱特征发生相应变化,近红外波段（700~900 nm）的反射率显著增大。350~900 nm波段特别是700~900 nm波段的蓖麻冠层光谱反射率值在花果盛期最大,种子成熟期次之,苗期最低,与蓖麻LAI变化一致,可以用来监测蓖麻的长势和营养状态。构建的高光谱植被指数NDVI、RVI与LAI和ABM回归模型确定系数均较高,分别达到了0.6115、0.6363、0.7102和0.6148,可以用来估测不同物候期蓖麻的叶面积指数和地上部分生物量。     

不同密度冬小麦叶绿素含量的冠层光谱响应研究

为了研究不同密度条件下冠层光谱对冬小麦叶绿素含量的响应,对不同密度条件下的冬小麦冠层光谱反射率进行了测定,分析了光谱植被指数与叶绿素含量间的相关性及其定量关系.结果表明,在可见光波段范围内,光谱反射率与叶绿素含量的相关性以密度5(900万苗·hm-2)最大,呈极显著负相关,且在波段670 nm时相关系数最大,达--0.85.在近红外波段范围内,光谱反射率与叶绿素含量的相关性以密度1(300万苗·hm-2)最大,均呈极显著正相关,且在波段800 nm时相关系数最大,达0.71.各植被指数与叶绿素含量的相关性均以密度1(300万苗·hm-2)最好.另外,种植密度的不同,监测叶绿素含量的最佳自变量也不一样.该研究结果可为大田实践提供一定的理论基础和实践参考.     

拔节期淹水玉米冠层光谱变化特征分析

本研究采用小区模拟试验,以拔节期玉米为研究对象,利用连续灌水模拟洪涝灾害时的淹水条件,调查分析了不同淹水时间对玉米冠层光谱反射率和植被指数的影响。结果表明,随着淹水时间的延长,玉米冠层反射率在565~707 nm红光波段明显增大,在400~480 nm蓝光波段、513~564 nm绿光波段及近红外波段均逐渐降低,尤其在近红外波段,淹水时间与光谱反射率值呈极显著负相关关系;同时,构建比值植被指数、归一化植被指数和差值植被指数对淹水不同时间玉米的长势进行监测,结果显示,淹水初期三种植被指数均迅速升高,后期则呈现明显的水分胁迫状态,均不同程度降低,以差值植被指数表现最明显,可以作为评估玉米洪涝灾害程度的指标。     

建立大田晚稻农学光谱估产模式研究初报

晚稻大田试验结果表明,不同氮肥水平的水稻冠层光谱反射率存在着极显著差异630～690nm,760～900nm和520～600nm等3个波段可作为检测晚稻氮的敏感波段。RVI与LAI,LN,Chl等农学参数之间存在着显著或极显著的相关性。单期RVI与晚稻产量之间存在着显著相关性,但用几个生育期的RVI复合建立的光谱估产模式的精度提高,相关性达到极显著水平。LAI-RVI多元复合估产模式的精度最高,为最佳单产农学光谱估产模式。文中还就单产农学光谱模式的认识及应用问题作了较深入地讨论。     

基于冠层反射光谱的大豆生物量预测模型研究

生物量与产量密切相关,建立生物量无损预测模型对于大豆产量预测及栽培管理均有重要意义。通过分析大豆生物量积累量与冠层光谱反射率及其衍生的比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)及差值植被指数(DVI)之间的关系,确立大豆生物量积累量的敏感波段及预测模型。结果表明:冠层光谱反射率在560nm时与大豆地上生物量相关系数最大(R=-0.91,P0.05),三个可见光波段(485、560和660nm)和两个近红外波段(830和1 650nm)组成的比值植被指数RVI(830和560nm)与大豆生物量积累量的相关系数显著。通过逐步回归分析确立大豆生物量的预测模型,560nm反射率与大豆地上生物量相关关系的决定指数R2高达0.85,RVI 830_560与大豆地上生物量相关关系的决定指数R2为0.77。     

基于高光谱的柑橘叶片氮素营养监测模型

以温柑为试材进行4个施氮水平的野外试验,于不同物候期取样测定叶片光谱反射率、叶片氮含量和叶片氮积累量,筛选叶片氮含量和叶片氮积累量的敏感光谱波段与最佳植被指数。结果表明,柑橘叶片氮素营养监测敏感光谱分别为514、630、633、690、814、868 nm。基于波长690、868 nm的双波段植被指数能够建立最佳的温柑叶片氮含量预测模型并具有良好的预测效果;基于波长514、868 nm的双波段植被指数能够建立最佳的温柑叶片氮积累量预测模型,且预测效果优于叶片氮含量的模型。     

辣椒茶黄螨危害的冠层光谱特性与危害级别反演

为了辣椒茶黄螨大面积的遥感监测提供理论依据,测定了辣椒茶黄螨危害期间的冠层高光谱数据,并对冠层反射光谱与茶黄螨危害级别进行了相关分析.结果表明:近红外波段758、1569 nm及可见光波段537 nm为茶黄螨螨害的3个敏感波段;并基于敏感波段及由其组成的比值植被指数(RVI)和归一化植被指数(NDVI),建立了检测茶黄螨危害级别的5种单变量线性函数模型;3个敏感波段构建的模型方程在P=0.01条件下极显著相关,且758nm处的光谱反射率建立的模型为最优,预测相关系数达0.965.     

水稻穗颈瘟严重度的高光谱反演模型研究

通过人工诱发不同等级水稻穗颈瘟,测定染病稻穗光谱及其病情指数(DI).分析了病穗反射光谱和一阶微分在绿光区、黄光区和近红外区反射特征差异,将病情指教及光谱数据进行相关分析,建立水稻穗颈瘟严重度的估测模型并进行可靠性检验.结果表明:750-850 nm反射光谱及720-760nm 一阶微分为水稻穗颈瘟的敏感波段;在400-700nm光谱范围内病情指数与光谱反射率的相关性达到了极显著正相关,对于微分光谱,在520-540nm和710-760nm光谱范围内病情指数与光谱反射率的相关性达到了极显著负相关,在570-610nm光谱范围内病情指数与光谱反射率的相关性达到了极显著正相关,并在此基础上建立了水稻穗颈瘟病情指数的高光谱反演模型,该研究为今后通过航空、航天遥感大面积监测水稻穗颈瘟提供了理论依据.     

棉花冠层反射光谱与叶片氮含量定量关系研究

对可见光波段至短波红外波段(350～2 500 nm)棉花田间冠层光谱反射率与叶片含氮量间的关系进行了相关分析.结果表明,350～732、733～940和1 970～2 477 nm波段的光谱反射率与叶片含氮量极显著相关;940～1 176 nm波段的光谱反射率与叶片含氮量显著相关,以上波段为叶片全氮敏感波段.通过分析叶片含氮量与高光谱特征参数关系,得出吸收谷特征参数Depth1154和PRI(570,530 nm)可以用来预测盛花期叶片含氮量,其中Depth1154的复相关系数最高达到0.747 3,为运用遥感技术大面积、迅速、无破坏地来预测棉花生长状况以提供可能.     

油茶籽脂肪酸成分含量与高光谱反射率的相关性

测定来自不同产地的30个油茶籽样品的油酸、亚油酸、棕榈酸含量和高光谱反射率，分析油茶籽高光谱反射率与脂肪酸含量间的相关关系。结果显示，与油茶籽脂肪酸成分含量相关性比较好的高光谱波段主要分布在400~500、600~630 nm以及900 nm左右，且敏感波段区高光谱反射率与脂肪酸成分含量的相关系数均在0. 4 以上。     

棉花黄萎病叶片氮素含量与高光谱数据相关性分析

[目的]探讨棉花黄萎病叶片全氮含量(LTNC)与高光谱数据间相关性,为遥感监测黄萎病冠层全氮含量提供理论依据.[方法]在棉花黄萎病发生的不同时期,获取黄萎病叶片光谱及氮素含量数据,对其光谱反射率进行一阶微分处理和光谱特征参数提取,并与氮素含量进行相关分析.[结果](1)棉花黄萎病LTNC与反射光谱在404～728 nm,880 ～2 500 nm呈极显著负相关(平均r=-0.71,-0.68),748 ～ 768 nm呈极显著正相关(平均r=0.31),且在694、758、2 247 nm处的相关系数最大,|r(=0.87,0.32,0.73;(2)黄萎病LTNC与一阶微分光谱在700 ～753 nm处呈极显著正相关(平均r=0.89),在452 ～ 632 nm处呈极显著负相关(平均r=-0.64),与单波段554 nm处相关系最大(|r(=0.90);(3)黄萎病LINC与24个光谱特征参数均达极显著相关,组合波段参数相关性最好,植被指数和吸收参数的相关性较好,单波段相关性一般,与PVI[FD554,FD731]的相关性最好,r值最大,为0.91;与PPR[550,450]的相关性最差,|r(仅为0.48.[结论]黄萎病棉叶LTNC与高光谱数据间有高的相关性,可利用高光谱数据对黄萎病LTNC进行遥感监测.     

水淹胁迫下枫杨(Pterocarya stenoptera C.DC.)幼苗叶片高光谱特征的研究

测量了3个水淹深度(对照、根部水淹、全淹)条件下枫杨叶片的高光谱反射率、红边参数及对应的叶绿素总含量,对归一化植被指数与叶绿素总含量进行了相关分析.结果表明:①在水淹胁迫下,枫杨叶片的高光谱反射率呈现下降的趋势,且在蓝光波段(400~500 nm)和近红外波段(760~950 nm)表现为极显著差异;②随着水淹程度的加深,枫杨叶片叶绿素含量显著下降(p<0.05);③红边特征的分析显示,随着水淹程度的加深,叶片光谱出现了蓝移的现象,红边斜率呈现下降的趋势;④叶绿素总含量与归一化植被指数(R705/R750)呈正相关,相关系数为0.86(p<0.01).经回归分析,叶绿素总含量与归一化植被指数呈线性关系(R2=0.80,n=42).认为枫杨叶片高光谱特征及归一化植被指数可较好地反映枫杨的叶绿素含量和水淹胁迫的程度.     

塔里木河流域上游天然胡杨叶片叶绿素与可见光-近红外光谱反射率的相关性研究

采用ISI921VF-512野外地物光谱辐射计实地测量了塔里木河上游天然胡杨5月至10月叶片可见光-近红外波段光谱反射率以及叶绿素含量,比较了不同月份间叶绿素含量的差异,并对叶绿素含量与光谱反射率进行了相关分析.研究结果表明:不同月份之间胡杨叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量差异极显著(p＜0.01),叶绿素含量最高的月份是8月,最低的月份是10月;胡杨叶片的可见光-近红外波段反射光谱与绿色植物的反射光谱曲线是一致的,不同波长位置的光谱反射率与叶绿素含量的相关性因波长不同而存在明显差异.在510 ～ 710 nm,胡杨光谱反射率与叶绿素含量之间呈极显著负相关,其中645nm处的相关系数最低(r在-0.45～-0.35之间);在415 ～510 nm和710～920 nm,胡杨光谱反射率与叶绿素含量之间呈极显著正相关,其中769 nm处相关系数最高(r在0.34～0.41之间).645nm和769 nm是两个具有特殊意义的波长位置,用于指示胡杨叶片叶绿素与反射率的相关性.     

基于高光谱的土壤有机质含量预测模型的建立与评价

 【目的】土壤有机质含量是反映土壤肥力的重要特征，利用高光谱技术对有机质（OM）含量进行定量化反演为土壤信息化管理和资源评价提供了重要的依据。【方法】利用ASD2500高光谱仪在室内条件下测定了风干土壤样品的可见—近红外光谱，分析了不同区域范围土壤光谱反射率曲线形状变化和土壤有机质含量的变化特点，并针对东北地区以黑土为主的土样光谱反射率不同变换形式与有机质含量进行了相关性分析。【结果】结果表明，有机质含量较高的黑土的光谱曲线与其它土壤类型的光谱曲线在形状上有很大差异，即在600～900 nm附近，以黑龙江土样为代表的东北黑土表现为直缓上升，而河南和山东的潮土则表现为曲陡上升。相关分析结果表明，土壤有机质含量与原始光谱反射率在545～830 nm呈显著负相关，其中在580～738 nm波段范围内达到极显著负相关。与一阶导数光谱相关性进一步增强，在481～598 nm呈现极显著负相关，而在816～932 nm和1 039～1 415 nm波段范围内具有极显著的正相关性。土壤有机质含量与部分波段处的吸收深度和反射峰高度也表现为不同程度的相关性。【结论】利用570～590 nm波段的一阶导数光谱和1 280 nm处反射峰高度P_Depth1280可以较好地预测东北主要土壤类型有机质含量。在此基础上建立了土壤有机质含量的高光谱反演模型并进行了验证。     

基于小波变换的带状套作玉米叶面积指数光谱估测

【目的】为构建带状套作种植下玉米全生育期叶面积指数光谱估测模型。【方法】基于玉米-大豆带状套作种植模式下的大田玉米氮素试验,测定带状套作玉米不同生育时期的冠层光谱反射率及叶面积指数,比较多种植被指数及小波系数与叶面积指数之间的关系,构建并筛选出最佳叶面积指数估测模型。【结果】带状套作玉米叶面积指数随施氮水平增加而增加,且在各生育时期下差异显著;冠层反射光谱曲线的"绿峰"位置(550 nm)及高反射率平台(760～1 000 nm)反射率在不同施氮水平上差异显著。叶面积指数与冠层光谱反射率在波长范围(400～725 nm、742～1 000 nm)内显著相关(P0.05);叶面积指数与植被指数及小波系数相关性均达到极显著水平(P0.01),其中与自由组合比值植被指数RVI(762,747)相关性最好,相关系数为0.900 4。通过估测模型的构建及筛选,构建了基于db3(750,10)下的小波系数作为光谱变量x的带状套作玉米全生育期叶面积指数估测模型y=-5.84x2+8.417 8x+2.231 1(R2=0.85,RMSE=0.49,RE=19.43%)。【结论】不同施氮水平下玉米冠层光谱和叶面积指数存在差异性,利用高光谱遥感技术可以实现带状套作玉米叶面积指数的实时监测。     

封育条件下草地光谱反射特征及地上生物量估测

2005年7月至2006年4月,对云南省马龙县封育草地和过牧草地的光谱反射率、草层高度、覆盖度和地上生物量进行了测定,分析了归一化植被指数(NDVI)及比值植被指数(RVI)与地上生物量之间的相关性。结果表明:过牧草地封育1年之后,其草层高度、覆盖度和地上生物量显著增加,光谱反射特征也相应地发生明显变化。450~850 nm范围内,两种草地不同季相条件下在各波段的光谱反射率差异均达到极显著水平(P<0.01),覆盖度及季节变化对近红外波段的影响明显大于可见光波段。旺盛生长期(7月)和枯黄期(11月),封育草地具有植被反射型特征,而自由放牧草地表现为植被-土壤型;返青期(4月)两种草地均表现为土壤型。过牧草地地上生物量与两种植被指数之间无显著相关性。封育草地地上生物量与NDVI,RVI之间存在显著的(P<0.05)非线性相关,旺盛生长期和返青期NDVI与地上生物量的相关性强于RVI,枯黄期RVI与地上生物量相关性强于NDVI。