基于反射光谱的苹果叶片叶绿素和含水率预测模型

为探索苹果叶片叶绿素含量(质量比)、叶片含水率与反射光谱之间的关系,以华北地区苹果树为研究对象,分别测定了各个关键生长期苹果叶片的光谱反射率、叶绿素含量和叶片含水率。分析光谱反射率与叶绿素含量以及叶片含水率之间相关性发现,在不同生长时期,苹果叶片叶绿素a含量与反射光谱在515~590 nm和688~715 nm两组波段内具有较高的相关性,且果实成熟期数据显示相关度最高(R2=0.6)。在420~500 nm、640~680 nm、740~860 nm 3个波段叶片含水率与反射光谱有较高的相关性,且果实膨大期的叶片含水率在可见光波段的相关系数最大。根据所选敏感波段,分别利用多元线性回归、主成分分析和人工神经元网络建立基于反射光谱的苹果叶片不同生长时期叶绿素和含水率的预测模型。通过对所建立的预测模型进行校验,结果显示,利用主成分分析方法所建立的苹果叶片叶绿素含量预测模型的决定系数最高(R2=0.885 2),校验系数为0.828 9。该模型可以较为准确地预测苹果叶片叶绿素含量。而采用神经元网络所建立苹果叶片含水率预测模型的决定系数R2=0.862,校验系数为0.8375,预测效果最好。     

基于LIF技术分析玉米叶片蒸腾效应模型

玉米抽丝期是玉米由营养生长进入生殖生长的转折点,是决定玉米产量的关键时期。为此,基于激光诱导荧光光谱(LIF)技术,以抽丝期玉米叶片为研究对象,快速无损地获取植物生理信息的日变化,重点分析玉米叶片蒸腾效应与叶绿素荧光光谱的相关性,并选择706～748nm波段作为敏感光谱波段,建立了基于光谱特征参数的植物叶片蒸腾速率的预测模型。结果表明:采用荧光强度F730研究玉米叶片蒸腾效应最合适;由于气孔导度反映蒸腾效应,且影响CO_2的同化过程,故以气孔导度的信号之一的叶片温度作为模型输入修正;通过对蒸腾速率与叶片温度、叶绿素荧光强度进行回归诊断与全回归分析,建立了基于荧光强度F730和叶片温度的蒸腾速率预测模型,分析了蒸腾速率与二者的相关性,模型复相关系数为R=0.833 4,模型校验结果的相关系数R~2=0.879 8,认为模型的预测能力较好。通过激光诱导叶绿素荧光光谱技术实现了对植物生理信息的无损检测与分析,建立的玉米抽丝期蒸腾速率预测模型可为玉米优质高产的水肥精准化、智能化控制技术提供数据支持。     

玉米叶片全磷含量高光谱遥感监测诊断模型研究

在2012—2014年连续实施夏玉米磷素营养监测定位试验,在4种不同施磷量和2个夏玉米品种处理下,分别测定了拔节期、大喇叭口期、吐丝期和灌浆期玉米叶片光谱反射率及其对应叶片的全磷含量。选取了9个代表性光谱波段及其组合,利用前2年归一化光谱数据分品种与叶片全磷含量分别进行回归拟合。在各生育时期,每个品种选择决定系数和F值最高的4个模型,并利用第3年测定的光谱和全磷含量数据分别对两个品种进行均方根误差和相对误差的验证,选择均方根误差和相对误差较小的拟合模型。结果表明,在拔节期、大喇叭口期和灌浆期,玉米叶片全磷含量最佳的拟合光谱参量分别为波段(830+880)、(830+940)、(880+1 100)nm的归一化指数。     

基于正交变换与SPXY样本划分的冬小麦叶绿素诊断

冬小麦叶绿素含量的准确预测,可为冬小麦田间精细化管理提供依据。采集冬小麦冠层400~900nm范围反射光谱,经一阶微分预处理后,为了抑制由于连续波长自变量多重共线性对叶绿素含量诊断模型的干扰,利用Gram-Schmidt正交变换算法初步提取叶绿素敏感波长特征参数为848、620、677nm。在定量模型的建立过程中,对比了传统随机样本集划分与以空间中样本间距离远近为指导的SPXY样本集划分方法,并讨论了大田冠层反射光谱对叶绿素浓度诊断的最优精度,研究结果表明,以620nm和677nm两个敏感波长结合SPXY样本划分方法建立的多元线性回归模型预测精度较高,且叶绿素质量浓度为0.3mg/L分辨间隔时,建模决定系数和验证决定系数分别达0.730和0.739,可为无损检测冬小麦拔节期叶绿素含量提供技术支持。     

近红外透射光谱无损检测赣南脐橙糖度的研究

探讨了近红外透射光谱无损检测赣南脐橙内部糖度指标的可行性,并建立近红外透射光谱与赣南脐橙内部糖度指标之间的关系.以80个赣南脐橙为研究对象,利用透射光谱测定法获取完整赣南脐橙的近红外光谱(200～1100nm),选取不同的光谱波段范围对水果样本的透射光谱进行有效信息的提取,并结合多元线性回归(MLR)、主成分回归(PCR)和偏最小二乘法(PLS)3种不同的数学校正方法对赣南脐橙的糖度(SC)进行定量分析.实验结果为:在550～900nm波段范围内,PLS校正模型的预测精度最好,其相关系数为0.9032,预测样本均方根误差为0.2421.实验结果表明,近红外透射光谱可以作为一种准确、可靠、无损的检测方法,用于检测赣南脐橙内部的糖度指标.     

基于高光谱成像技术的面条中马铃薯全粉含量检测

为了快速检测面条中马铃薯全粉含量,研究近红外高光谱成像技术定量检测面条中马铃薯全粉含量的可能性,自制了马铃薯全粉质量分数在0~35%内随机均匀分布的120个面条样品,在900~2500nm范围采集高光谱图像,随机选取80个样品作为校正集,分别采用原始光谱和经过6种预处理方法预处理后的光谱建立了偏最小二乘回归、主成分回归、支持向量机回归模型。结果表明经标准化预处理后用偏最小二乘回归建模效果最好,校正集决定系数（R2C）为0.8653,交叉验证集决定系数（R2CV）为0.6914。用回归系数法在经过标准化预处理后的光谱数据中提取了与全粉含量相关的特征波长,建立了马铃薯全粉含量偏最小二乘回归简化模型, 校正集决定系数（R2C）为0.8685,交叉验证集决定系数（R2CV）为0.8021,基于特征波长建立的模型效果优于全波段模型,模型效果得到了一定的提高。以剩余40个未参与校正模型建立的样品作为预测集,基于特征波长建立了标准化-偏最小二乘回归简化预测模型,预测集决定系数（R2P）为0.8546,模型具有较好的预测能力。结果表明利用近红外高光谱成像技术可检测面条中马铃薯全粉含量,可为马铃薯全粉面条的快速无损检测建立新的方法。     

基于支持向量机的叶绿素荧光预测光能利用效率研究

基于激光诱导叶绿素荧光光谱分析技术,提出了一种基于支持向量机理论的光能利用效率预测方法。同步采集黄瓜叶片的叶绿素荧光光谱、净光合速率和光合有效辐射,选取500~800 nm波段的叶绿素荧光光谱作为研究对象,首先对原光谱进行SG-FDT预处理;其次对预处理的光谱采用PCA方法提取特征值,根据累计贡献率选取前10个主成分代替原光谱信息;最后通过支持向量机建立光能利用效率预测模型。通过对惩罚系数C和核函数参数g的大量测试,最终确定C为0.031 25、g为1,并利用60个训练样本对模型进行训练。10个测试样本的预测结果表明,测试样本的平均误差为8.94%,具有很好的预测效果。     

竹叶片氮含量高光谱估测方法对比研究

为实现快速无损检测竹叶片氮含量,采用波长范围为350~2500nm的地物光谱仪获取竹叶片光谱数据,以金镶玉竹叶片为样本,对其进行高光谱分析。将高光谱原始反射率及其一阶微分、对数一阶微分和二阶微分值,与化学法测量的竹叶片氮含量值进行了相关性分析,分别获得了不同微分变化下的特征波段;基于微分变换后的高光谱反射率数据,分别采用二元线性回归、多元逐步回归、偏最小二乘回归和基于主成分分析的BP神经网络方法,建立了4种金镶玉竹叶片的氮含量高光谱估测模型。对比4种估测模型的校验结果表明,在光谱反射率的对数一阶微分变换下,采用拓扑结构为6-10-1的基于主成分分析的BP神经网络估测模型,校验环节决定系数为0.838,均方根误差RMSE为0.0452,具备较好的竹叶片氮含量估测效果。     

基于高光谱的酿酒葡萄果皮花色苷含量多元回归分析

以酿酒葡萄赤霞珠果实为研究对象,利用高光谱成像技术检测葡萄果皮中的花色苷含量。采集60组样本的900~1700nm近红外波段高光谱图像,并用pH示差法测量样本果皮中花色苷含量。选取高光谱图像中葡萄果实区域作为感兴趣区域（ROI）,计算其平均光谱,并采用SG平滑、归一化、多元散射校正等预处理方法提高光谱的信噪比。然后采用偏最小二乘回归（PLSR）、支持向量回归（SVR）和BP神经网络算法建立花色苷含量预测模型。研究表明：基于PLSR模型推荐的13个隐含变量建立的BP神经网络模型的预测决定系数和预测均方根误差分别为0.9102和0.3795。     

铜胁迫下玉米叶片光谱谐波振幅特征与胁迫程度判别

为探测重金属铜污染胁迫对玉米叶片光谱的影响,判别玉米植株受铜污染胁迫的程度,在地面设置了11个梯度铜胁迫玉米盆栽实验,获取了玉米在出苗期、拔节期和出穗期的老叶光谱、叶绿素含量以及出穗期叶片铜含量,阐述了利用前3次谐波子信号振幅C1、C2与C3探测玉米叶片光谱弱畸变的机理,并选取出苗期、拔节期和出穗期玉米老叶光谱480～670 nm与670～750 nm两波段进行谐波分析,解析了前3次谐波子信号振幅C1、C2、C3与铜胁迫梯度间的规律。研究得出:出苗期,在Cu(100)到Cu(1200)梯度范围内,随铜胁迫程度增加,玉米老叶光谱在480～670 nm与670～750 nm两波段的谐波振幅C1逐渐增大,利用谐波振幅C1可以判别与区分玉米植株受铜胁迫程度;拔节期,在480～670 nm与670～750 nm两波段、所有设置胁迫梯度内,谐波振幅C1、C2、C3特征变化规律不明显;出穗期,从Cu(50)到Cu(1200)梯度范围内,除Cu(1000)外,在480～670 nm波段的谐波子信号振幅C1随胁迫梯度增加而增大;玉米出苗期与出穗期是利用谐波子信号振幅特征进行铜胁迫程度判别与分析的最佳生长阶段。     

基于无人机高光谱影像的水稻叶片磷素含量估算

为快速获取水稻叶片磷素含量信息,采用无人机搭载高光谱成像仪获取水稻冠层高光谱影像,并采样检测叶片磷素含量（质量分数）（Leaf phosphorus content, LPC）。分析了水稻LPC在无人机高光谱影像上的光谱特征,使用连续投影算法提取对磷素敏感的特征波长,通过任意波段组合构建并筛选与磷素高度相关的光谱指数,基于特征波长反射率和光谱指数建立水稻LPC的估算模型,利用最佳模型对高光谱影像进行反演填图,得到LPC空间分布信息。结果表明：全生育期内LPC与462~718 nm范围内光谱反射率显著负相关,负相关最大处相关系数达到-0.902;LPC的特征波长为670、706、722、846 nm,基于特征波长、使用偏最小二乘回归建立的LPC估算模型精度最高,验证R2达到0.925,RMSE为0.027%;在任意波段组合构建的3种类型的光谱指数中,NDSI(R498,R606)、RSI(R498,R606)和DSI(R498,R586)与LPC的相关性最高,相关系数分别为0.913、0.915和0.938;基于3个光谱指数、使用神经网络构建的LPC估算模型精度较高,验证R2为0.885,RMSE为0.029%;对各生育期水稻LPC空间分布的反演结果与实测数据相一致,说明利用无人机高光谱遥感可以实现田间水稻LPC的快速无损监测。     

基于高光谱数据的玉米叶面积指数和生物量评估

利用高光谱技术获取玉米农学参数信息,有助于提升玉米精准管理水平.本研究基于3个种植密度和5份玉米材料的田间试验,获取玉米大喇叭口期的地面ASD高光谱数据与无人机高光谱影像,分析不同种植密度下不同遗传材料的叶面积指数(LAI)和单株地上部生物量,构建基于全波段、敏感波段和植被指数的LAI和单株地上部生物量高光谱估算模型,...     

基于GF-1数据的夏玉米FPAR遥感动态估算

为探索高分一号卫星（GF-1）估算农作物光合有效辐射吸收比率（Fraction of absorbed photosynthetically active radiation, FPAR）的潜力,以田间小区与大田夏玉米为对象,基于GF-1卫星的16 m空间分辨率宽视场（Wide field view, WFV）传感器光谱响应函数对地面实测冠层高光谱反射率进行重采样,获取GF-1 WFV的模拟反射率,构建宽波段植被指数,利用与FPAR极显著相关且具有较高相关系数的植被指数,建立不同生育期夏玉米FPAR的一元与多元逐步回归模型,筛选FPAR估算的最适模型,并在此基础上实现县域尺度不同生育期的FPAR动态估算。结果表明：模拟宽波段光谱反射率与GF-1 WFV光谱反射率间的相关系数|R|为0.967～0.985,决定系数R²为0.935～0.969;基于模拟反射率构建3波段植被指数与FPAR的相关性优于2波段植被指数,增强型植被指数（EVI）、土壤调节植被指数（MTVI2）、可见光大气阻抗植被指数（VARI）、综合植被指数（TCARI/OSAVI）等3波段植被指数与FPA...     

喷施乙烯利提高玉米幼苗抗旱机理研究

以室内盆栽玉米幼苗为材料,研究４００ｍｇ／Ｌ乙烯利（ＣＥＰＡ）提高玉米幼苗抗旱的机理。结果表明：干旱条件下,ＣＥＰＡ能显著提高玉米幼叶相对含水量（ＲＷＣ）,增强其渗透调节能力（ＯＡ）,并在一定程度上降低其膜相对透性（ＲＰ）。随干旱时间的延长,玉米幼叶的净光合速率（Ｐｎ）和气孔导度（Ｇｓ）皆下降,尤其在严重胁迫下,ＣＥＰＡ对维持叶片Ｐｎ有一定极积作用     

基于SVR算法的苹果叶片叶绿素含量高光谱反演

为实现苹果叶片叶绿素含量的高光谱反演,分析了多种光谱参数与实测SPAD值的相关性,并将归一化光谱参数值及SPAD值进行多项式回归及支持向量回归。其中以归一化植被指数为变量的SVR(Support vector regression)反演模型在建模及模型检验中决定系数分别为0.741 0、0.891 4,均方根误差分别为0.133 2、0.125 6,具有较高的精度及良好的预测能力。与多项式回归相比,SVR具有更好的反演效果,可以作为叶绿素高光谱反演的优选算法。     

牛肉嫩度的高光谱法检测技术

为实现对牛肉嫩度的预测和分级,构建了试验用高光谱检测系统,在400～1000nm波长范围内获取牛肉表面的高光谱散射图像.从高光谱图像中提取牛肉的反射光谱曲线,用step-wise逐步回归法选择 430、496、510、725、760和828nm 6个波长建立了多元线性回归模型,用全交叉验证法验证模型的预测效果,模型的预测相关系数为0.96,预测标准差为0.64kg.以嫩度6.0kg为界将样本分为嫩牛肉和粗糙牛肉2类,特征波长处反射值为变量,建立了正则判别函数对牛肉嫩度分级,用全交叉验证法验证训练的效果.嫩牛肉分级准确率为83.3%,较粗糙牛肉分级准确率为90.9%,总的分级准确率为87.0%.研究表明该预测和分级技术具有一定的可行性.     

基于近红外光谱的活性米品质检测研究

选取105份具有代表性的活性米样品,研究光谱范围在918~1 045nm内12个波长点的近红外反射光谱与其品质的相关性。利用近红外光谱技术和多元线性回归、主成分回归和偏最小二乘法3种校正方法对活性米中γ-氨基丁酸、水分、蛋白质、淀粉、明度值、红度值及黄度值进行定量分析;选出最优校正模型,模型的预测决定系数分别为0.903、0.964、0.953、0.951、0.949、0.961、0.916,预测标准偏差分别为0.598、1.367、1.367、2.688、0.996、50.144、0.952。研究结果表明:应用近红外光谱技术检测活性米品质是可行性的。     

基于光环境校正的便携作物叶绿素检测仪设计

为快速获取作物的生长状态信息及时指导农业生产,基于作物生理生化光谱学响应机理,设计了基于光环境校正的便携作物叶绿素检测装置。装置测量以610、680、730、760、810、860nm为中心,20nm带宽的反射光谱以及环境光照光谱数据,计算植被指数并预测植物叶绿素含量,在环境光照强度较差时使用主动补光灯进行补光,并对补光条件下环境光照强度进行校正。实验表明GPS定位在纬度最大漂移为6.2m、经度最大漂移为4.9m;光谱传感器6个波段的光强响应与照度计测量值之间的决定系数均超过0.99;标定的2块光谱传感器的匹配系数在610nm和860nm波段分别为0.743、1.035。建立了610nm和860nm波段补光强度与测量距离间的拟合模型用于光环境校正;使用无纺布进行了叶绿素梯度实验,建立了植被指数NDVI与植物叶绿素含量的数学模型,在较差光环境条件下不进行补光的模型决定系数为0.685,补光并进行校正情况下模型决定系数为0.965。