基于高光谱的石楠叶片叶绿素含量估算模型

准确估算叶绿素含量对于植物生长监测、产量预测、生境的适宜性评价具有重要作用。为寻求叶片叶绿素含量的高精度估算模型,以石楠为对象,实测叶片叶绿素含量和反射光谱反射率,对原始光谱进行变换并计算植被指数,通过相关性分析挑选特征波段,运用多元逐步线性回归和偏最小二乘回归建立叶绿素预测模型。结果表明:1）FDR的逐步线性回归模型和偏最小二乘模型优于R、1/R、LR、SDR;2）DNDVI(R₆₄₅,R_{1 370})的指数函数模型为估算叶绿素含量的最佳单变量模型;3）DRI(R₇₄₇,R_{1 464})与RI(R₇₃₃,R₉₄₄)的逐步线性回归模型精度最高,验证结果的决定系数R²为0.955,均方根误差RMSE为3.145。因此,该模型可以实现叶片叶绿素含量的准确估算,从而为实现高光谱技术监测植被叶绿素含量变化提供依据。     

基于NIR高光谱成像技术的番茄叶片叶绿素含量检测

利用近红外高光谱成像技术对番茄叶片叶绿素含量的无损检测进行初步探讨。通过高光谱成像系统(900～1 700 nm)采集了192个番茄叶片图像,基于偏最小二乘回归模型(PLSR)对光谱进行样本集划分,对原始光谱与Kubelka-Munk函数曲线及多种光谱预处理的偏最小二乘回归模型进行对比分析,优选出多元散射校正(MSC)为预处理方法。采用5种方法提取特征波长,并根据特征波长建立偏最小二乘回归、多元线性回归(MLR)、主成分回归(PCR)3种模型的叶片叶绿素含量预测模型。结果表明,建立无信息变量消除法(UVE)挑选特征波长的偏最小二乘回归模型最优,其预测集的相关系数(R_P)为0.8495,均方根误差(RMSEP)为4.3375。因此,利用近红外高光谱成像技术提取特征波长进行叶绿素含量检测是可行的,同时也为今后番茄品质在线检测提供了理论依据。     

基于近红外光谱苗期玉米叶片叶绿素含量的无损检测方法

试验以42片未经处理的苗期玉米叶片为试材,采用近红外光谱检测技术和SNV+Detrending的预处理方法,应用偏最小二乘回归分析方法建立定量分析模型,通过测定近红外光谱图,研究3 300~10 000 cm-1范围内苗期玉米叶片的光谱特性。结果表明,测定苗期玉米叶片叶绿素含量的决定系数R2为0.989,残差均方根RMSE为0.047,采用近红外光谱快速检测苗期玉米叶片叶绿素含量是可行的。     

基于氮素叶绿素关系的冬小麦籽粒蛋白质含量高光谱反演

为进一步提高光谱数据反演小麦籽粒蛋白质含量的精度以及反演模型的可解释性,研究以籽粒蛋白质含量（GPC）-氮素-叶绿素之间的关系为载体,通过叶绿素筛选相关植被指数,采用偏最小二乘回归（PLS）方法建立GPC反演模型。结果表明,开花期是监测籽粒蛋白质含量的最优时期。开花期氮素与对应密度叶绿素的相关性较高。通过筛选出与叶绿素密切相关的植被指数,利用PLS建立籽粒蛋白质含量反演模型,模型决定系数R2为0.77,RMSE为0.95%,用其他年份数据进行模型验证,结果显示RMSE达到1.22%。本研究表明：基于氮素、叶绿素关系建立PLS反演模型能够实现不同年份GPC光谱遥感反演,且模型在年际间表现出较高的精度和稳定性。     

基于偏最小二乘与随机森林的土壤盐含量反演研究

针对土默川平原地区的土壤盐分含量提出了偏最小二乘与随机森林相结合(RF-PLSR、PLSR-RF)对土壤盐分含量进行预测的回归反演模型.该研究共采集45份土壤样本,随机选取35份为建模集,10份为验证集.试验首先对采集到的高光谱土壤图像进行分割处理提取出土壤在400～1000 nm的原始反射光谱,其次对原始反射光谱进行4种光谱变换(一阶微分、多元散射校正的一阶微分、SG平滑去噪的一阶微分、对数的一阶微分),并与土壤的实测盐分量进行相关性分析(CA),利用相关系数选取敏感波段,最后建立偏最小二乘与随机森林结合的回归反演模型.结果表明,与偏最小二乘回归、随机森林回归单独建模相比,2种模型结合后的预测精度有明显的改善.光谱经过对数的一阶微分变换建立的PLSR-RF反演模型更为明显,其建模集决定系数Rc 2为0.852,均方根误差RMSEc为0.102 g/kg,相对分析误差RPDc为2.600,验证集决定系数Rv 2为0.941,均方根误差RMSEv为0.049 g/kg,相对分析误差RPDv为4.117.     

基于偏最小二乘回归的玉米蛋白质含量鉴定

以10 000～4 000 cm-1波段的近红外光谱响应数据和常规生化方法检测的玉米蛋白质含量为样本数据,先对光谱响应数据进行小波去噪处理,并利用平滑技术对其降维,构建基于以光谱响应数据为输入、蛋白质含量为输出的偏最小二乘回归模型.仿真计算结果表明,利用偏最小二乘回归模型,可以较准确地预测玉米蛋白质含量,结合预测表达式回归系数和变量投影重要性指标VIP得到与蛋白质含量相关性较大的若干波段对应的光谱响应数据,模型在一定程度上揭示了蛋白质含量和光谱响应数据之间的数量关系.     

甜柚叶绿素含量高光谱无损检测模型

目的 为监测甜柚Citrus maxima果树生长健康状况及预测甜柚产量,以赣州南康地区一片甜柚果园为研究对象,建立甜柚叶片叶绿素含量检测模型。方法 使用Field Spec4便携式地物光谱仪和SPAD-502叶绿素仪测定甜柚叶片光谱及SPAD值,分别采用单变量回归、逐步回归及偏最小二乘法(PLS)构建其叶绿素含量高光谱无损检测模型并进行精度检验。结果 原始光谱在553 nm处、一阶光谱在692和752 nm处的反射率与叶绿素含量相关性最高,这3个波段为甜柚叶片光谱反射率敏感波段;当主成分个数为4时,PLS具有最高的精度,且基于PLS技术所建立的模型较单变量、逐步回归模型精度更好,模型拟合度较高,其决定系数(r²)最高,为0.869,均方根误差(RMSE)和相对误差(RE)最小,分别为3.013和6.82%。对原始光谱、一阶导数光谱及PLS拟合的估测模型进行对比分析显示,PLS模型无论是从建模样本精度还是模型预测能力方面均优于前2种传统模型。结论 PLS模型适合于利用高光谱数据进行叶绿素含量的估测,可作为甜柚叶绿素含量的最佳无损检测模型。     

基于高光谱植被指数的马铃薯叶片叶绿素含量估测模型

【目的】筛选相关性好的植被指数构建马铃薯叶片叶绿素a、叶绿素b估测模型,为科学、无损地进行马铃薯叶片叶绿素含量估算提供技术支撑。【方法】采用便携式高光谱地物波谱仪,获取不同施氮水平下不同生育时期的马铃薯植株叶片光谱反射率,提取植被指数,测定马铃薯叶片叶绿素a、叶绿素b含量,并研究叶绿素含量与植被指数的相关性。【结果】12个植被指数与叶绿素a、叶绿素b含量相关性较好,其中修正归一化差异指数(mND_(705))、修正简单比值指数(mSR_(705))、地面叶绿素指数(MTCI)、修改叶绿素吸收反射指数(MCARI)与叶绿素a、叶绿素b含量相关性最好。基于这4个植被指数建立的估测模型中,MTCI构建的乘幂模型估测叶绿素a含量的效果最佳,mND_(705)构建的指数模型估测叶绿素b含量的效果最佳。【结论】MTCI构建的乘幂模型能较为精确地估测叶绿素a含量,mND_(705)构建的指数模型能较为精确地估测叶绿素b含量;这2种模型可用于间接监测马铃薯植株的氮营养亏缺状态。     

基于样本挑选和不同偏最小二乘方法的近红外光谱玉米淀粉组分校正模型的研究

[目的]获得精度高、鲁棒性强的玉米近红外光谱淀粉组分检测模型。[方法]用一阶导数和Savitzky．Golay平滑对玉米1300～2298nlTl近红外光谱进行预处理,而后分别以RS（random sampling）、KS（Kennard Stone）、Duplex、SPXY（sample set partitioning based on joint x-y distance）方法选取最佳校正集样本集合,最后分别用PLS（Partial Least Squares）、iPLS（intervalPLS）和siPLS（synergy interval PLS）方法建立校正模型。[结果]采用sPXY方法选取有代表性的校正集合样本,以siPLS方法所建立的近红外光谱玉米淀粉组分校正模型最优,校正样本集合中r为0．9917,RMSECV为n1073,预测样本集合中r达到了0．9944,RMSEP为0．0814。[结论]SPXY-siPLS方法建立的近红外光谱玉米淀粉组分校正模型,不但可以减小参与建模的数据规模．而且缩短了运算时间．预测能力和精度也均得到提高。     

基于成像高光谱的小麦叶片叶绿素含量估测模型研究

为了探索小麦叶片的光谱特征和敏感波段,建立小麦叶绿素含量与光谱特征参量间的定量关系模型,以促进高光谱技术在小麦精准施肥以及快速、无损长势监测中的应用。采用相关分析法分析了叶绿素含量与光谱反射率及其一阶导数的关系,建立了叶绿素含量监测模型。经筛选验证确定小麦叶绿素含量的最佳估测模型为SPAD=36.75+188.168R387和SPAD=2 094.242R'7153+112 646.744R'7152-1.561E7R'715+42.991。这2个模型均可较好地估测小麦叶片的SPAD值,相比较而言,基于波段R387建立的SPAD估测模型精确度更高。     

基于高光谱苹果品种叶片铁含量估测模型

【目的】 在叶片水平上构建基于高光谱的苹果品种叶片铁素含量估测模型,为探寻实时、高效、无损的果树树体营养诊断提供技术途径。【方法】以苹果品种岩富10号为材料,测定岩富10号叶片光谱数据和铁素含量,采用光谱分析和相关分析法,筛选与叶片铁素含量相关性较强的光谱组合,利用偏最小二乘法构建苹果叶片铁素含量光谱估测模型。【结果】岩富10号苹果叶片一阶微分光谱与铁素含量的敏感波段为R′₉₉₀、R′_{1 113}、R′_{1 360}、R′_{1 408},相关系数最高为-0.698 9。对敏感波段两两进行加、减、乘、除运算,最优波段组合形式R′₉₉₀×R′_{1 048}与铁素含量相关系数为0.846 2。估测模型拟合度(R²)最高为0.827 5。【结论】苹果叶片一阶微分光谱组合与铁素含量显著相关(P<0.05),光谱组合能够明显提高其相关性,偏最小二乘法与逐步回归建模相比估算模型的精度更佳,可以用于苹果叶片铁素含量的光谱估算。     

基于成像高光谱的苹果叶片叶绿素含量估测模型研究

以苹果树正常叶片、受红蜘蛛胁迫叶片的高光谱反射率和SPAD值为数据源,在分析SPAD值与原始光谱反射率及其一阶导数、高光谱值相关性的基础上,筛选敏感波段,建立了基于高光谱反射率的叶绿素含量估测模型。结果表明:正常苹果叶片叶绿素含量的敏感波段为513~539、564~585、694、699、720 nm,叶绿素含量的最佳估测模型为线性函数模型SPAD=152.450-1884.851R377;受红蜘蛛胁迫的苹果叶片叶绿素含量的敏感波段为961、972、720 nm,叶绿素含量的最佳估测模型为线性函数模型SPAD=49.371-46428.473 R’972。     

基于成像高光谱的苹果叶片叶绿素含量估测模型研究

以苹果树正常叶片、受红蜘蛛胁迫叶片的高光谱反射率和SPAD值为数据源,在分析SPAD值与原始光谱反射率及其一阶导数、高光谱值相关性的基础上,筛选敏感波段,建立了基于高光谱反射率的叶绿素含量估测模型。结果表明:正常苹果叶片叶绿素含量的敏感波段为513⁵39、564539、564⁵85、694、699、720 nm,叶绿素含量的最佳估测模型为线性函数模型SPAD=152.450-1884.851R377;受红蜘蛛胁迫的苹果叶片叶绿素含量的敏感波段为961、972、720 nm,叶绿素含量的最佳估测模型为线性函数模型SPAD=49.371-46428.473 R’972。     

棉花冠层叶片叶绿素含量与高光谱参数的相关性

【目的】研究棉花冠层叶片叶绿素含量与高光谱参数的相关性,建立叶绿素含量估算模型。【方法】2014年,以鲁棉研28号为研究对象,测定不同施氮水平和生育期棉花冠层叶片叶绿素含量及350~2 500nm光谱反射率,以棉花冠层高光谱反射率与冠层叶片叶绿素含量为数据源,在分析叶绿素含量与原始高光谱反射率(R)、一阶导数光谱反射率(DR)、光谱提取变量和植被指数相关性的基础上,采用一元线性与多元逐步回归的方法构建了叶绿素含量估算模型,并对从中筛选的6种棉花冠层叶片叶绿素含量估算模型进行精度对比。【结果】1)棉花冠层叶片叶绿素含量在反射光谱766nm处相关系数达到最大值,相关系数r=0.836;对于一阶导数光谱,叶绿素含量的敏感波段发生在753nm处,r=0.878;2)以9种光谱提取变量与8种植被指数为自变量,建立叶绿素含量的估算模型,筛选出的特征变量为红边面积(SDr)、绿峰与红谷的归一化值((Rg-Rr)/(Rg+Rr))、绿峰幅值(Rg),仅采用8种常用植被指数建立估算模型,筛选出的变量为比值植被指数(RVI);3)所建立的6种模型中以基于一阶导数光谱反射率建立的多元逐步回归估算模型精度最高,均方根误差(RMSE)为1.075,相对误差(RE)为2.22%,相关系数(r)为0.952。【结论】采用原始光谱、一阶导数光谱、光谱提取变量及植被指数均可对棉花叶绿素含量进行监测,其中基于一阶导数光谱的多元逐步回归模型对叶绿素含量的估算效果最优。     

中国花卉年销售额的偏最小二乘回归分析

应用偏最小二乘回归对1998-2012年中国花卉年销售额进行了分析,结果表明:建立的模型是合理可信的,花卉产业增长方式已经发生重大改变。技术人员已经成了促进花卉增长的首要因子,栽培面积退居第2位,保护地位居第3位,而花卉企业成为了花卉增长的限制因子。     

利用TM影像和偏最小二乘回归方法估测三峡库区森林蓄积量

为进一步提高遥感模型预测森林蓄积量的精度和稳定性,分析了遥感特征因子、地形特征因子、郁闭度与森林蓄积量之间的相关关系。在此基础上,利用偏最小二乘回归方法构建了森林蓄积量遥感预测模型,生成了三峡库区森林蓄积量空间等级分布图,并与地面实测值进行比较。结果表明:该模型的最佳主成分数为3,且郁闭度、海拔、坡度、TM1、TM2、TM3、TM4、TM5、TM7、NDVI、RVI、TM7/TM3、TM4×TM3/TM2、亮度和湿度为预测森林蓄积量的入选变量;森林蓄积量预测的调整决定系数为0.524,相对误差为7.33%,均方根误差为1.763m3;利用该模型计算出三峡库区森林总蓄积量约为1.12亿m3,总体预测精度达到89.58%。研究结果为提高森林蓄积量遥感预测的精度提供了一种有效手段,有利于大面积应用和推广。     

利用TM 影像和偏最小二乘回归方法估测三峡库区森林蓄积量

为进一步提高遥感模型预测森林蓄积量的精度和稳定性,分析了遥感特征因子、地形特征因子、郁闭度与森林蓄积量之间的相关关系。在此基础上,利用偏最小二乘回归方法构建了森林蓄积量遥感预测模型,生成了三峡库区森林蓄积量空间等级分布图,并与地面实测值进行比较。结果表明:该模型的最佳主成分数为3,且郁闭度、海拔、坡度、TM1、TM2、TM3、TM4、TM5、TM7、NDVI、RVI、TM7/ TM3、TM4 ⅹTM3/ TM2、亮度和湿度为预测森林蓄积量的入选变量;森林蓄积量预测的调整决定系数为0.524,相对误差为7.33%,均方根误差为1.763 m3 ;利用该模型计算出三峡库区森林总蓄积量约为1郾12 亿m3 ,总体预测精度达到89.58%。研究结果为提高森林蓄积量遥感预测的精度提供了一种有效手段,有利于大面积应用和推广。      

偏最小二乘回归分析在土地利用变化研究中的应用--以上海市嘉定区为例

以上海市嘉定区为例，首先分别应用一般最小二乘回归、主成分分析和典型相关分析3种方法进行建模分析，然后应用偏最小二乘回归方法，对该区域土地利用结构变化建立数学模型，并对该地区社会经济因子对土地利用结构变化的影响和作用机制进行简要的分析总结。结果表明：偏最小二乘回归模型的整体性较强，结论较为合理，回归系数易于解释，提供的系统信息也更丰富。     

基于RF-VR的紫丁香叶片叶绿素含量高光谱反演

利用高光谱技术精确估测植物叶片叶绿素含量,对植物生长趋势和营养状况的监测和管理具有重要意义。本文以紫丁香为研究对象,针对高光谱所含波段数量大、波段间相关性强导致数据中冗余信息增多的现象,通过卷积平滑和二阶微分(SG-SD)处理光谱数据,应用随机蛙跳(RF)算法筛选特征波段,最后结合偏最小二乘(PLSR)和投票回归器(VR)建立了植物叶片叶绿素含量反演模型,并与全波段光谱法和5种经典变量提取方法进行了比较。结果显示,相比于原始光谱数据,SG-SD是一种有效的提高建模精度的光谱预处理方法;相比于全波段光谱和经典变量提取方法,RF算法筛选出的敏感波段建模效果最佳;相比于PLSR模型,VR模型的预测精度和预测稳定性能更优。本文对原始光谱数据进行SG-SD预处理后,对经RF算法筛选出的特征波段建立VR模型,变量数由全波段数204个减少为35个,建模集决定系数0.944 2,验证集决定系数0.951 4,最后利用RF-VR模型结合伪彩图技术得到紫丁香叶片叶绿素分布反演图,为紫丁香叶片养分分布提供更直观的信息表达。结果表明,该方法可为紫丁香叶片营养含量诊断和长势监测提供技术支持。     

猕猴桃叶片叶绿素含量高光谱估算模型研究

【目的】研究猕猴桃叶片叶绿素含量的高光谱估算方法,为猕猴桃长势的遥感监测提供理论依据。【方法】以陕西杨凌蒋家寨村2018年不同生育期(初花期、幼果期、膨果期、壮果期、果实成熟期)的猕猴桃叶片为研究对象,分别测定其高光谱反射率和叶绿素含量(SPAD值),分析原始光谱和5个常见的植被指数(归一化植被指数、归一化叶绿素指数、改进的叶绿素吸收反射率指数、MERIS地面叶绿素指数、土壤调整指数)与叶绿素含量之间的相关关系,提取各生育期的特征波段,分别建立基于特征波段和植被指数的单波段叶绿素含量一元线性估算模型。利用主成分分析对原始光谱数据进行降维,将得到的主成分得分作为随机森林模型的输入变量,建立基于多波段信息的叶绿素含量多元估算模型,并对模型进行精度验证和分析。【结果】不同生育期猕猴桃叶片光谱反射率变化趋势基本一致,整体趋势为可见光波段反射率低,近红外波段反射率高;在可见光波段,光谱反射率随着叶绿素含量的升高而降低;在近红外波段,光谱反射率则随着叶绿素含量的增加而升高。通过相关性分析可知,初花期、幼果期、膨果期、壮果期、果实成熟期原始光谱的特征波段分别为729,548,707,707和712 nm,估算模型决定系数(R~2)分别为0.18,0.85,0.54,0.85和0.82,其中初花期估算模型未通过显著性检验,其余生育期均通过极显著性检验。在5个常用植被指数中,初花期与叶绿素含量相关性最高的是归一化叶绿素指数(NPCI),但是估算模型决定系数R~2只有0.1,未通过显著性检验;其他生育期与叶绿素含量相关性最高的是MERIS地面叶绿素指数(MTCI),所建立的估算模型拟合效果好,预测精度高。基于主成分分析和随机森林回归建立的不同生育期猕猴桃叶片叶绿素含量估算模型的R~2在0.91～0.98,均通过极显著性检验,其拟合效果和预测精度远高于单波段一元线性回归和基于植被指数的一元线性回归模型,是估算猕猴桃叶片叶绿素含量的最优模型。【结论】基于主成分分析的随机森林模型包含了更完整的波段信息,对不同生育期猕猴桃叶片叶绿素含量具有较好的预测能力。